JPH09260743A - 磁気抵抗効果素子及び磁気情報検出方法 - Google Patents
磁気抵抗効果素子及び磁気情報検出方法Info
- Publication number
- JPH09260743A JPH09260743A JP8069581A JP6958196A JPH09260743A JP H09260743 A JPH09260743 A JP H09260743A JP 8069581 A JP8069581 A JP 8069581A JP 6958196 A JP6958196 A JP 6958196A JP H09260743 A JPH09260743 A JP H09260743A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- layer
- ferromagnetic
- ferromagnetic conductive
- layers
- conductive layer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 title claims abstract description 35
- 230000000694 effects Effects 0.000 title claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 7
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 claims abstract description 73
- 230000005415 magnetization Effects 0.000 claims description 38
- 230000006378 damage Effects 0.000 abstract 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 abstract 1
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 4
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012212 insulator Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 3
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910001291 heusler alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 238000001659 ion-beam spectroscopy Methods 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- 229910015136 FeMn Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000005290 antiferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003302 ferromagnetic material Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 229910001004 magnetic alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005389 magnetism Effects 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910000889 permalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B82—NANOTECHNOLOGY
- B82Y—SPECIFIC USES OR APPLICATIONS OF NANOSTRUCTURES; MEASUREMENT OR ANALYSIS OF NANOSTRUCTURES; MANUFACTURE OR TREATMENT OF NANOSTRUCTURES
- B82Y25/00—Nanomagnetism, e.g. magnetoimpedance, anisotropic magnetoresistance, giant magnetoresistance or tunneling magnetoresistance
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01F—MAGNETS; INDUCTANCES; TRANSFORMERS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR MAGNETIC PROPERTIES
- H01F10/00—Thin magnetic films, e.g. of one-domain structure
- H01F10/32—Spin-exchange-coupled multilayers, e.g. nanostructured superlattices
- H01F10/324—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer
- H01F10/3254—Exchange coupling of magnetic film pairs via a very thin non-magnetic spacer, e.g. by exchange with conduction electrons of the spacer the spacer being semiconducting or insulating, e.g. for spin tunnel junction [STJ]
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Nanotechnology (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
- Hall/Mr Elements (AREA)
- Measuring Magnetic Variables (AREA)
- Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)
- Magnetic Heads (AREA)
- Thin Magnetic Films (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】非破壊読み出し若しくは多値記録が可能な磁気
抵抗効果素子の提供を目的とする。 【解決手段】トンネル絶縁膜を介して３層の強磁性導電
層が形成され、中間の強磁性導電層の保磁力を小とし、
これを選択的に反転させたときのトンネル電流で、外側
の強磁性導電層の磁化状態を検出する。
抵抗効果素子の提供を目的とする。 【解決手段】トンネル絶縁膜を介して３層の強磁性導電
層が形成され、中間の強磁性導電層の保磁力を小とし、
これを選択的に反転させたときのトンネル電流で、外側
の強磁性導電層の磁化状態を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は磁気抵抗効果素子及
びこれを用いた磁気情報検出方法に関する。
びこれを用いた磁気情報検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】1988年に、磁性体と非磁性金属を積層し
た金属人工格子膜において、巨大な磁気抵抗効果が現れ
ることが発見され（Baibich 他、Phys. Rev. Lett. 61
(1988)2472頁〜2475頁）、それ以来、この現象に関連し
た研究がさかんになされるようになってきた。
た金属人工格子膜において、巨大な磁気抵抗効果が現れ
ることが発見され（Baibich 他、Phys. Rev. Lett. 61
(1988)2472頁〜2475頁）、それ以来、この現象に関連し
た研究がさかんになされるようになってきた。
【０００３】最近は、これらの巨大な磁気抵抗を示す人
工格子膜を用いた様々な応用が研究されており、例え
ば、磁気センサーや記録素子としての応用研究があり、
特に、高速かつ高密度で不揮発メモリとして利用したも
の(MRAM)が注目されている。
工格子膜を用いた様々な応用が研究されており、例え
ば、磁気センサーや記録素子としての応用研究があり、
特に、高速かつ高密度で不揮発メモリとして利用したも
の(MRAM)が注目されている。
【０００４】また、トンネル絶縁膜を介して磁性層を積
層した強磁性トンネル接合でも磁気抵抗効果がみいださ
れている。例えば、ＦｅとＡｌ2 Ｏ3 を用いた強磁性ト
ンネル接合において両側のＦｅ膜の保磁力が異なるよう
に作成されている場合、磁化過程中に両側のＦｅ膜の磁
化が平行状態から反平行状態に変化し、トンネル抵抗が
変化することで磁気抵抗効果が生じることが示されてい
る（宮崎ら、Journal of Magnetism and MagneticMater
ials 139(1995) L231-L234 ）。特にこの系では、室温
においても２０％以上の大きな磁気抵抗効果がある。
層した強磁性トンネル接合でも磁気抵抗効果がみいださ
れている。例えば、ＦｅとＡｌ2 Ｏ3 を用いた強磁性ト
ンネル接合において両側のＦｅ膜の保磁力が異なるよう
に作成されている場合、磁化過程中に両側のＦｅ膜の磁
化が平行状態から反平行状態に変化し、トンネル抵抗が
変化することで磁気抵抗効果が生じることが示されてい
る（宮崎ら、Journal of Magnetism and MagneticMater
ials 139(1995) L231-L234 ）。特にこの系では、室温
においても２０％以上の大きな磁気抵抗効果がある。
【０００５】また、最近Moodera ら（Phys. Rev. Lett.
74(1995)3273 頁〜3276頁）によりＣｏＦｅ／Ａｌ2 Ｏ
3 ／Ｃｏという組み合わせの強磁性トンネル接合におい
ても接合の作成方法を改良することで、室温で１０％以
上の磁気抵抗が得られることが示されている。
74(1995)3273 頁〜3276頁）によりＣｏＦｅ／Ａｌ2 Ｏ
3 ／Ｃｏという組み合わせの強磁性トンネル接合におい
ても接合の作成方法を改良することで、室温で１０％以
上の磁気抵抗が得られることが示されている。
【０００６】このように、強磁性トンネル接合に関して
も大きな磁気抵抗効果が得られるようになってきたが、
これについての応用研究はいまだほとんどなされておら
ず、磁気センサーや情報記憶素子としての応用例はほと
んど報告されていない。
も大きな磁気抵抗効果が得られるようになってきたが、
これについての応用研究はいまだほとんどなされておら
ず、磁気センサーや情報記憶素子としての応用例はほと
んど報告されていない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】この様に強磁性トンネ
ル接合の磁気抵抗効果を用いた応用、特に記録素子とし
ての応用は検討されてはいない状況にある。本発明は以
上の点を考慮してなされたもので、強磁性トンネル接合
を用いて、非破壊若しくは多値の記録／読出しが行なえ
る新規な磁気抵抗効果素子及び磁気情報検出方法を提供
することを目的とする。
ル接合の磁気抵抗効果を用いた応用、特に記録素子とし
ての応用は検討されてはいない状況にある。本発明は以
上の点を考慮してなされたもので、強磁性トンネル接合
を用いて、非破壊若しくは多値の記録／読出しが行なえ
る新規な磁気抵抗効果素子及び磁気情報検出方法を提供
することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、第１の強磁性
導電層と、第２の強磁性導電層と、第１及び第２の強磁
性導電層の間に介在する第１のトンネル絶縁層と、第３
の強磁性導電層と、第２及び第３の強磁性導電層の間に
介在する第２のトンネル絶縁層とを具備した磁性積層体
を有し、第１乃至第３の強磁性導電層の内の一層の保磁
力が他の層の保磁力よりも小さいこと、例えば、第２の
強磁性導電層の保磁力が第１及び第３の強磁性導電層の
保磁力よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子
である。
導電層と、第２の強磁性導電層と、第１及び第２の強磁
性導電層の間に介在する第１のトンネル絶縁層と、第３
の強磁性導電層と、第２及び第３の強磁性導電層の間に
介在する第２のトンネル絶縁層とを具備した磁性積層体
を有し、第１乃至第３の強磁性導電層の内の一層の保磁
力が他の層の保磁力よりも小さいこと、例えば、第２の
強磁性導電層の保磁力が第１及び第３の強磁性導電層の
保磁力よりも小さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子
である。
【０００９】この様な磁気抵抗効果素子において、保磁
力の小さい第２の強磁性導電層の磁化の向きを変化させ
たときの、磁性積層体のトンネル電流、若しくはこれに
もとづく電圧により他の強磁性導電層の磁化状態を検出
することを特徴とする磁気情報検出方法である。
力の小さい第２の強磁性導電層の磁化の向きを変化させ
たときの、磁性積層体のトンネル電流、若しくはこれに
もとづく電圧により他の強磁性導電層の磁化状態を検出
することを特徴とする磁気情報検出方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１を用いて本発明の原理を説明
する。磁性積層体（６）は、第１の強磁性導電層
（１），第１のトンネル絶縁層（２），第２の強磁性導
電層（３），第２のトンネル絶縁層（４）及び第３の強
磁性導電層（５）が順次積層された構造を採る。
する。磁性積層体（６）は、第１の強磁性導電層
（１），第１のトンネル絶縁層（２），第２の強磁性導
電層（３），第２のトンネル絶縁層（４）及び第３の強
磁性導電層（５）が順次積層された構造を採る。
【００１１】ここでは第２の強磁性導電層が（３）の保
磁力が、第１及び第３の強磁性導電層（１）（５）の保
磁力より小さいものとする。磁気記録は第１及び第３の
強磁性導電層（１）（５）を同じ方向に磁化することで
行う。この図では上向きの磁化状態を“０”，下向きの
磁化状態を“１”とする。
磁力が、第１及び第３の強磁性導電層（１）（５）の保
磁力より小さいものとする。磁気記録は第１及び第３の
強磁性導電層（１）（５）を同じ方向に磁化することで
行う。この図では上向きの磁化状態を“０”，下向きの
磁化状態を“１”とする。
【００１２】第２の強磁性導電層（３）の磁化の向きは
不定である。ただし第２の強磁性導電層（３）の保磁力
（Ｈ2 ）は第１及び第３の強磁性導電層の保磁力（Ｈ
1 ，Ｈ3 ）よりも小とする。すなわちＨ1 ，Ｈ3 ＞Ｈ＞
Ｈ2 の磁化を印加することで中間に位置する第２の強磁
性導電層（３）の磁化方向のみを制御することができ
る。
不定である。ただし第２の強磁性導電層（３）の保磁力
（Ｈ2 ）は第１及び第３の強磁性導電層の保磁力（Ｈ
1 ，Ｈ3 ）よりも小とする。すなわちＨ1 ，Ｈ3 ＞Ｈ＞
Ｈ2 の磁化を印加することで中間に位置する第２の強磁
性導電層（３）の磁化方向のみを制御することができ
る。
【００１３】まず“０”の状態の読み出しである。電流
磁界を用いて第２の強磁性導電層の磁化の向きを制御す
るものとする。すなわちこの磁性積層体に近接して導体
格を設け、これに電流を流すことで磁界を印加するので
ある。正パルスをいれた場合は“０”と同方向に、負パ
ルスをいれた場合は“１”と同方向に磁化の向きが定ま
るとする。
磁界を用いて第２の強磁性導電層の磁化の向きを制御す
るものとする。すなわちこの磁性積層体に近接して導体
格を設け、これに電流を流すことで磁界を印加するので
ある。正パルスをいれた場合は“０”と同方向に、負パ
ルスをいれた場合は“１”と同方向に磁化の向きが定ま
るとする。
【００１４】正パルスを入力する前の第２の強磁性導電
層の磁化の向きは不定であるが、便宜上“０”と同方向
であるとする。なお必要に応じ正パルスを印加して初期
状態を“０”の向きにしておいても良い。また逆でも良
い。
層の磁化の向きは不定であるが、便宜上“０”と同方向
であるとする。なお必要に応じ正パルスを印加して初期
状態を“０”の向きにしておいても良い。また逆でも良
い。
【００１５】正パルスを印加した場合、第１，第２及び
第３の強磁性導電層の磁化は同方向となり、磁性積層体
（６）にはトンネル電流が流れ易くなる。一方、負パル
スを印加した場合は、第１及び第２の強磁性導電膜の磁
化に向きは逆であり、また第２及び第３の強磁性導電膜
の磁化の向きは逆である。従って磁性積層体にはトンネ
ル電流が非常に流れ難くなる。
第３の強磁性導電層の磁化は同方向となり、磁性積層体
（６）にはトンネル電流が流れ易くなる。一方、負パル
スを印加した場合は、第１及び第２の強磁性導電膜の磁
化に向きは逆であり、また第２及び第３の強磁性導電膜
の磁化の向きは逆である。従って磁性積層体にはトンネ
ル電流が非常に流れ難くなる。
【００１６】図１（ａ）には正負パルス印加のタイミン
グを示し、図１（ｂ）は“０”の記録をもっている場合
の磁化の向きを示し、それに伴い図１（ｃ）はトンネル
電流の大きさを示す。正パルスを印加した時はトンネル
電流が流れ、負パルスを印加した時はトンネル電流が流
れ難いことを示している。この図では正パルスと負パル
ス間を離しているが、連続させても良い。
グを示し、図１（ｂ）は“０”の記録をもっている場合
の磁化の向きを示し、それに伴い図１（ｃ）はトンネル
電流の大きさを示す。正パルスを印加した時はトンネル
電流が流れ、負パルスを印加した時はトンネル電流が流
れ難いことを示している。この図では正パルスと負パル
ス間を離しているが、連続させても良い。
【００１７】同図では正負パルスがないときの第２の強
磁性導電層の磁化の向きは直前にかけられたパルスの状
態が保持されることにしているが、第１及び第３の強磁
性導電層との静磁接合等の影響で反転する可能性もあ
る。従って、正負パルス印加時のトンネル電流を検出す
れば良い。なお、電圧検出を行えば図１（ｃ）のチャー
トは逆になることは言うまでもない。
磁性導電層の磁化の向きは直前にかけられたパルスの状
態が保持されることにしているが、第１及び第３の強磁
性導電層との静磁接合等の影響で反転する可能性もあ
る。従って、正負パルス印加時のトンネル電流を検出す
れば良い。なお、電圧検出を行えば図１（ｃ）のチャー
トは逆になることは言うまでもない。
【００１８】“１”の場合は“０”と逆で（図１
（ｄ），（ｅ））、トンネル電流が小から大に変化する
ことになる。“０”，“１”の場合夫々正パルスを印加
したときの磁性積層体（６）の両端に生じる電圧を基準
とすれば、上述の例で電圧が上昇する場合（＋ΔＶの変
位）は“０”、下降する場合（−ΔＶの変位）は“１”
と判断できる。すなわち出力の絶対量ではなく変位の符
号で“０”，“１”が判断でき、Ｓ／Ｎ比に優れた読出
しが可能になる。
（ｄ），（ｅ））、トンネル電流が小から大に変化する
ことになる。“０”，“１”の場合夫々正パルスを印加
したときの磁性積層体（６）の両端に生じる電圧を基準
とすれば、上述の例で電圧が上昇する場合（＋ΔＶの変
位）は“０”、下降する場合（−ΔＶの変位）は“１”
と判断できる。すなわち出力の絶対量ではなく変位の符
号で“０”，“１”が判断でき、Ｓ／Ｎ比に優れた読出
しが可能になる。
【００１９】更に、この場合非破壊の読出しができる。
図２に３値データ“０”（図２（ｂ）（ｃ）），“１”
（図２（ｄ）（ｅ）），“２”（図２（ｆ）（ｇ））を
再生する場合について説明する。
図２に３値データ“０”（図２（ｂ）（ｃ）），“１”
（図２（ｄ）（ｅ）），“２”（図２（ｆ）（ｇ））を
再生する場合について説明する。
【００２０】例えば、第１及び第３の強磁性導電層の磁
化の向きが上向きの場合を“０”，下向きの場合を
“２”，異なる場合を“１”とする。図１の例と同様に
第２の強磁性導電層の磁化の向きは上向きを初期状態と
する。図２（ａ）に外部磁場発生用の電流パルスの例を
示し、図１と同様に同図（ａ）（ｅ）（ｇ）はタイミン
グをあわせて記載されている。
化の向きが上向きの場合を“０”，下向きの場合を
“２”，異なる場合を“１”とする。図１の例と同様に
第２の強磁性導電層の磁化の向きは上向きを初期状態と
する。図２（ａ）に外部磁場発生用の電流パルスの例を
示し、図１と同様に同図（ａ）（ｅ）（ｇ）はタイミン
グをあわせて記載されている。
【００２１】正パルスを印加して第２の強磁性導電層の
磁化を上向きとした場合、“０”のときは第１乃至第３
の強磁性導電層の磁化がそろうのでトンネル電流が流れ
易くなり、出力電圧は低く（ＶL ）、その他の場合は磁
化がそろっていないのでトンネル電流が流れにくくな
り、出力電圧は高く（ＶH ）なる。
磁化を上向きとした場合、“０”のときは第１乃至第３
の強磁性導電層の磁化がそろうのでトンネル電流が流れ
易くなり、出力電圧は低く（ＶL ）、その他の場合は磁
化がそろっていないのでトンネル電流が流れにくくな
り、出力電圧は高く（ＶH ）なる。
【００２２】続いて負パルスを印加した場合、“２”の
ときは下向きに磁化がそろいＶL となるが、その他はＶ
H となる。従って、正負のパルスを加えた場合、ＶL →
ＶH となる場合が“０”、ＶH →ＶH となる場合が
“１”、ＶH →ＶL となる場合が“２”と判断できる。
ときは下向きに磁化がそろいＶL となるが、その他はＶ
H となる。従って、正負のパルスを加えた場合、ＶL →
ＶH となる場合が“０”、ＶH →ＶH となる場合が
“１”、ＶH →ＶL となる場合が“２”と判断できる。
【００２３】この様に多値記録も可能である。しかも、
読み出し前後で第１及び第３の強磁性導電層のスピンの
向きは変わらず非破壊の読み出しができる。第３に４値
データ“０”（図３（ｂ）（ｃ）），“１”（図３
（ｄ）（ｅ）），“２”（図３（ｆ）（ｇ）），“３
“（図３（ｈ）（ｉ））を再生する場合について説明す
る。
読み出し前後で第１及び第３の強磁性導電層のスピンの
向きは変わらず非破壊の読み出しができる。第３に４値
データ“０”（図３（ｂ）（ｃ）），“１”（図３
（ｄ）（ｅ）），“２”（図３（ｆ）（ｇ）），“３
“（図３（ｈ）（ｉ））を再生する場合について説明す
る。
【００２４】例えば、第１及び第３の強磁性導電層の磁
化の向きが上向きの場合を“０”，下向きの場合を
“３”，異なる場合を第１の強磁性層の磁化が上向きの
とき“１”下向きのときを“２”とする。
化の向きが上向きの場合を“０”，下向きの場合を
“３”，異なる場合を第１の強磁性層の磁化が上向きの
とき“１”下向きのときを“２”とする。
【００２５】図１の例と同様に第２の強磁性導電層の磁
化の向きは上向きを初期状態とする。図３（ａ）に外部
磁場発生用の電流パルスの例を示し、図２と同様に同図
（ａ）（ｅ）（ｇ）（ｉ）はタイミングをあわせて記載
されている。
化の向きは上向きを初期状態とする。図３（ａ）に外部
磁場発生用の電流パルスの例を示し、図２と同様に同図
（ａ）（ｅ）（ｇ）（ｉ）はタイミングをあわせて記載
されている。
【００２６】なお、図１，２の場合、Ｈ1 ，Ｈ3 ＞Ｈ
（読み出し）＞Ｈ2 であったが、Ｈ1＞Ｈ3 の関係を更
に付加する。更に読み出し用として振幅小と大を用意
し、Ｈ1＞Ｈ（大）＞Ｈ3 ＞Ｈ（小）＞Ｈ2 とする。
（読み出し）＞Ｈ2 であったが、Ｈ1＞Ｈ3 の関係を更
に付加する。更に読み出し用として振幅小と大を用意
し、Ｈ1＞Ｈ（大）＞Ｈ3 ＞Ｈ（小）＞Ｈ2 とする。
【００２７】正パルス（振幅小）を印加して第２の強磁
性導電層の磁化を上向きとした場合、“０”のときは第
１乃至第３の強磁性導電層の磁化がそろうのでトンネル
電流が流れ易くなり、出力電圧は低く（ＶL ）、その他
の場合は磁化がそろっていないのでトンネル電流が流れ
にくくなり、出力電圧は高く（ＶH ）なる。
性導電層の磁化を上向きとした場合、“０”のときは第
１乃至第３の強磁性導電層の磁化がそろうのでトンネル
電流が流れ易くなり、出力電圧は低く（ＶL ）、その他
の場合は磁化がそろっていないのでトンネル電流が流れ
にくくなり、出力電圧は高く（ＶH ）なる。
【００２８】続いて負パルスを印加した場合、“４”の
ときは下向きに磁化がそろいＶL となるが、その他はＶ
H となる。更に正パルス（大）を印加すると第３の強磁
性層は記録状態によらず上向きとなるので“２”“３”
以外はＶH となる。
ときは下向きに磁化がそろいＶL となるが、その他はＶ
H となる。更に正パルス（大）を印加すると第３の強磁
性層は記録状態によらず上向きとなるので“２”“３”
以外はＶH となる。
【００２９】従って、正（小）負正（大）のパルスを加
えた場合、ＶL →ＶH →ＶL となる場合が“０”、ＶH
→ＶH →ＶL となる場合が“１”，ＶH →ＶH →ＶH が
“２”，ＶH →ＶL →ＶH となる場合が“３”と判断で
きる。
えた場合、ＶL →ＶH →ＶL となる場合が“０”、ＶH
→ＶH →ＶL となる場合が“１”，ＶH →ＶH →ＶH が
“２”，ＶH →ＶL →ＶH となる場合が“３”と判断で
きる。
【００３０】この様に破壊読出しではあるが４値記録も
可能である。本発明素子は例えば以下の様にして作成さ
れる。強磁性層として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性体
やパーマロイ等の磁性合金、あるいは、ホイスラー合金
等の半金属を用い、絶縁体層としてＮｉＯ、Ａｌ2 Ｏ3
などの酸化物を用いることができる。ここで、強磁性層
の膜厚は１ｎｍから５００ｎｍが好ましく、絶縁層の膜
厚は１ｎｍから４０ｎｍが好ましい。
可能である。本発明素子は例えば以下の様にして作成さ
れる。強磁性層として、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ等の強磁性体
やパーマロイ等の磁性合金、あるいは、ホイスラー合金
等の半金属を用い、絶縁体層としてＮｉＯ、Ａｌ2 Ｏ3
などの酸化物を用いることができる。ここで、強磁性層
の膜厚は１ｎｍから５００ｎｍが好ましく、絶縁層の膜
厚は１ｎｍから４０ｎｍが好ましい。
【００３１】接合の作成方法を、強磁性層としてＦｅ、
絶縁体層としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合について説明す
ると以下のようになる。強磁性トンネル接合をガラス基
板上に作成する。強磁性層はイオンビームスパッタ法に
より作成する。この際、チェンバ内を１×１０-6Torr以
下の真空状態とした後、Ａｒを１×１０-4Torr導入し、
Ａｒイオンの加速電圧を６００Ｖとして製膜を行う。ま
た、第１と第３の強磁性層の膜厚は１００ｎｍ、第２の
強磁性層の膜厚は５０ｎｍとして、第２の強磁性層の保
磁力が第１と第３の強磁性層の保磁力より小さくなるよ
うにした。絶縁体層は、Ａｌをイオンビームスパッタ法
により膜厚５ｎｍから２５ｎｍに製膜し、大気中で２４
時間自然酸化させてＡｌ2Ｏ3 を形成する。
絶縁体層としてＡｌ2 Ｏ3 を用いた場合について説明す
ると以下のようになる。強磁性トンネル接合をガラス基
板上に作成する。強磁性層はイオンビームスパッタ法に
より作成する。この際、チェンバ内を１×１０-6Torr以
下の真空状態とした後、Ａｒを１×１０-4Torr導入し、
Ａｒイオンの加速電圧を６００Ｖとして製膜を行う。ま
た、第１と第３の強磁性層の膜厚は１００ｎｍ、第２の
強磁性層の膜厚は５０ｎｍとして、第２の強磁性層の保
磁力が第１と第３の強磁性層の保磁力より小さくなるよ
うにした。絶縁体層は、Ａｌをイオンビームスパッタ法
により膜厚５ｎｍから２５ｎｍに製膜し、大気中で２４
時間自然酸化させてＡｌ2Ｏ3 を形成する。
【００３２】このトンネル接合は次の特徴を持つ。強磁
性層間は絶対層で区切られているため、強磁性層間の相
互作用はほとんどないため、磁場応答の線形性がよく、
また飽和磁場が小さく、典型的には１０-5Tesla から１
０-2Tesla 程度の大きさを持つ。このため、ごく弱い磁
場に対しても大きな磁気抵抗効果が期待でき、電流の変
化の検出が容易となる。さらに本発明の場合は、強磁性
層が３層とそれらの間を隔てる絶縁層２層から構成され
ているため、トンネル電流の検出がさらに容易になる。
これは以下のように説明される。
性層間は絶対層で区切られているため、強磁性層間の相
互作用はほとんどないため、磁場応答の線形性がよく、
また飽和磁場が小さく、典型的には１０-5Tesla から１
０-2Tesla 程度の大きさを持つ。このため、ごく弱い磁
場に対しても大きな磁気抵抗効果が期待でき、電流の変
化の検出が容易となる。さらに本発明の場合は、強磁性
層が３層とそれらの間を隔てる絶縁層２層から構成され
ているため、トンネル電流の検出がさらに容易になる。
これは以下のように説明される。
【００３３】一層の絶縁体によって分けられた２種の強
磁性層からなる強磁性トンネル接合については、Sloncz
ewski により理論的解析が行われている（Phys. Rev. B
39(1989)6995頁〜7002頁）。これによると、トンネルコ
ンダクタンス（Ｇ）は、絶縁体が無限に厚い極限では接
合の透過係数に比例する。
磁性層からなる強磁性トンネル接合については、Sloncz
ewski により理論的解析が行われている（Phys. Rev. B
39(1989)6995頁〜7002頁）。これによると、トンネルコ
ンダクタンス（Ｇ）は、絶縁体が無限に厚い極限では接
合の透過係数に比例する。
【００３４】すなわち、Ｇは（１＋εcos θ）に比例す
る。θは二つの強磁性層の磁化のなす角度を表わし、ε
は物質に依存した定数であり、０＜ε≦１の値をとる。
従って、強磁性層の磁化が平行の時（θ＝０）コンダク
タンスが最大値をとり、反平行のとき（θ＝π）最小値
となる。ホイスラー合金などの半金属を用いた場合はε
＝１である。
る。θは二つの強磁性層の磁化のなす角度を表わし、ε
は物質に依存した定数であり、０＜ε≦１の値をとる。
従って、強磁性層の磁化が平行の時（θ＝０）コンダク
タンスが最大値をとり、反平行のとき（θ＝π）最小値
となる。ホイスラー合金などの半金属を用いた場合はε
＝１である。
【００３５】本発明では、強磁性層が３層含まれてお
り、二つのトンネル接合の組み合わせとなっている。全
体の透過係数は、各トンネル接合の透過係数により表す
ことができ、特に、各トンネル接合の透過係数Ｔが小さ
い場合には、ＴのトータルはＴ2 に比例する。
り、二つのトンネル接合の組み合わせとなっている。全
体の透過係数は、各トンネル接合の透過係数により表す
ことができ、特に、各トンネル接合の透過係数Ｔが小さ
い場合には、ＴのトータルはＴ2 に比例する。
【００３６】従って、トンネル・コンダクタンス（Ｇ
total ）は（１＋εcos θ）2 に比例することになる。
従って３層の磁性層を有する方が磁場に関するコンダク
タンスの微係数が大きくなることがわかる。図４にε＝
１の場合に比例係数を正規化して示す。従って、磁場の
変化に対するトンネル電流の変化の検出が容易になり、
磁気センサーに適している。
total ）は（１＋εcos θ）2 に比例することになる。
従って３層の磁性層を有する方が磁場に関するコンダク
タンスの微係数が大きくなることがわかる。図４にε＝
１の場合に比例係数を正規化して示す。従って、磁場の
変化に対するトンネル電流の変化の検出が容易になり、
磁気センサーに適している。
【００３７】さらに、第１と第３の強磁性層の磁化への
外部磁場からの影響を小さくするために外側にＦｅＭｎ
のような反強磁性層を備えて、これらとの相互作用によ
り第１と第３の強磁性層の磁化を固着することも考えら
れる。
外部磁場からの影響を小さくするために外側にＦｅＭｎ
のような反強磁性層を備えて、これらとの相互作用によ
り第１と第３の強磁性層の磁化を固着することも考えら
れる。
【００３８】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば強磁
性トンネル接合を用いた新規な磁気抵抗効果素子を得る
ことができ、多値若しくは非破壊読出しが可能な磁気記
録方式を得ることができる。
性トンネル接合を用いた新規な磁気抵抗効果素子を得る
ことができ、多値若しくは非破壊読出しが可能な磁気記
録方式を得ることができる。
【図１】 本発明の概略図。
【図２】 本発明の概略図。
【図３】 本発明の概略図。
【図４】 本発明の特性図。
Claims (2)
- 【請求項１】第１の強磁性導電層と、第２の強磁性導電
層と、第１及び第２の強磁性導電層の間に介在する第１
のトンネル絶縁層と、第３の強磁性導電層と、第２及び
第３の強磁性導電層の間に介在する第２のトンネル絶縁
層とを具備した磁性積層体を有し、第１乃至第３の強磁
性導電層の内の一層の保磁力が他の層の保磁力よりも小
さいことを特徴とする磁気抵抗効果素子。 - 【請求項２】他の層より保磁力の小さい前記強磁性導電
層の磁化の向きを変化させたときの、磁性積層体のトン
ネル電流により他の強磁性導電層の磁化状態を検出する
ことを特徴とする請求項１記載の磁性積層体の磁気情報
検出方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06958196A JP3585629B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 磁気抵抗効果素子及び磁気情報読み出し方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP06958196A JP3585629B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 磁気抵抗効果素子及び磁気情報読み出し方法 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2004198732A Division JP4346517B2 (ja) | 2004-07-06 | 2004-07-06 | 磁気抵抗効果素子及び情報記憶素子 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09260743A true JPH09260743A (ja) | 1997-10-03 |
| JP3585629B2 JP3585629B2 (ja) | 2004-11-04 |
Family
ID=13406931
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP06958196A Expired - Fee Related JP3585629B2 (ja) | 1996-03-26 | 1996-03-26 | 磁気抵抗効果素子及び磁気情報読み出し方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3585629B2 (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1085586A2 (en) * | 1999-09-16 | 2001-03-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US6590803B2 (en) | 2001-03-27 | 2003-07-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic memory device |
| JP2003273334A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Hewlett Packard Co <Hp> | 二重トンネル接合を有する磁気抵抗記憶デバイス |
| JP2003531476A (ja) * | 2000-03-22 | 2003-10-21 | モトローラ・インコーポレイテッド | 改善された磁気抵抗比を有する磁気素子 |
| US6839206B2 (en) | 2001-03-12 | 2005-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ferromagnetic double tunnel junction element with asymmetric energy band |
| US7042753B2 (en) | 2001-02-14 | 2006-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-value magnetic random access memory with stacked tunnel magnetoresistance (TMR) elements |
| JP2009145217A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Tohoku Univ | 磁界検出素子および磁界検出装置 |
| WO2010041719A1 (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 株式会社アルバック | 記憶素子 |
| JP2014229325A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | 富士通株式会社 | メモリ装置 |
| US10418101B1 (en) | 2018-03-20 | 2019-09-17 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device and method of controlling the same |
-
1996
- 1996-03-26 JP JP06958196A patent/JP3585629B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7038894B2 (en) | 1999-09-16 | 2006-05-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US7593193B2 (en) | 1999-09-16 | 2009-09-22 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US7345852B2 (en) | 1999-09-16 | 2008-03-18 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US6751074B2 (en) | 1999-09-16 | 2004-06-15 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic memory having antiferromagnetically coupled recording layer |
| EP1085586A3 (en) * | 1999-09-16 | 2005-04-27 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| US6987653B2 (en) | 1999-09-16 | 2006-01-17 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| EP1085586A2 (en) * | 1999-09-16 | 2001-03-21 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetoresistive element and magnetic memory device |
| JP2003531476A (ja) * | 2000-03-22 | 2003-10-21 | モトローラ・インコーポレイテッド | 改善された磁気抵抗比を有する磁気素子 |
| US7042753B2 (en) | 2001-02-14 | 2006-05-09 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Multi-value magnetic random access memory with stacked tunnel magnetoresistance (TMR) elements |
| US6995962B2 (en) | 2001-03-12 | 2006-02-07 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ferromagnetic double tunnel junction element with asymmetric energy band |
| US6839206B2 (en) | 2001-03-12 | 2005-01-04 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Ferromagnetic double tunnel junction element with asymmetric energy band |
| US6590803B2 (en) | 2001-03-27 | 2003-07-08 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Magnetic memory device |
| JP2003273334A (ja) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Hewlett Packard Co <Hp> | 二重トンネル接合を有する磁気抵抗記憶デバイス |
| JP2009145217A (ja) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Tohoku Univ | 磁界検出素子および磁界検出装置 |
| WO2010041719A1 (ja) * | 2008-10-10 | 2010-04-15 | 株式会社アルバック | 記憶素子 |
| JP2014229325A (ja) * | 2013-05-20 | 2014-12-08 | 富士通株式会社 | メモリ装置 |
| US10418101B1 (en) | 2018-03-20 | 2019-09-17 | Toshiba Memory Corporation | Semiconductor memory device and method of controlling the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3585629B2 (ja) | 2004-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Daughton | Magnetoresistive memory technology | |
| US11735242B2 (en) | Electric field switchable magnetic devices | |
| US4949039A (en) | Magnetic field sensor with ferromagnetic thin layers having magnetically antiparallel polarized components | |
| US5936293A (en) | Hard/soft magnetic tunnel junction device with stable hard ferromagnetic layer | |
| US6205008B1 (en) | Magnetic-resistance device, and magnetic head employing such a device | |
| KR100624762B1 (ko) | 고밀도 ｍｒａｍ 어플리케이션을 위한 합성-페리자성체센스-층 | |
| JP2001195878A (ja) | 磁気抵抗効果メモリ、および、それに記録される情報の再生方法とその再生装置 | |
| US6721201B2 (en) | Magnetoresistive film and memory using the same | |
| JP3691898B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子、磁気情報読み出し方法、及び記録素子 | |
| JPH11238924A (ja) | スピン依存伝導素子とそれを用いた電子部品および磁気部品 | |
| JP3585629B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び磁気情報読み出し方法 | |
| US6291993B1 (en) | Magnetic field sensor and method for making same | |
| JP2001156358A (ja) | 磁気抵抗効果素子および磁気メモリ素子 | |
| JP3547974B2 (ja) | 磁気素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 | |
| EP0724303B1 (en) | Magnetoresistance effect element | |
| US6590268B2 (en) | Magnetic control device, and magnetic component and memory apparatus using the same | |
| JP2001339110A (ja) | 磁気制御素子とそれを用いた磁気部品及びメモリー装置 | |
| JP3891511B2 (ja) | 磁性薄膜メモリ及びその記録再生方法 | |
| JPH0870149A (ja) | 磁気抵抗素子 | |
| JP3455055B2 (ja) | 磁気素子とそれを用いた磁気ヘッドおよび磁気記憶装置 | |
| JP4136028B2 (ja) | 磁性薄膜メモリ素子、それを用いた磁性薄膜メモリ及びその記録再生方法 | |
| JP4346517B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子及び情報記憶素子 | |
| JP3677107B2 (ja) | 磁気抵抗効果素子 | |
| JP2003197872A (ja) | 磁気抵抗効果膜を用いたメモリ | |
| JPH0945074A (ja) | 磁気抵抗効果を利用したメモリー素子および増幅素子 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040427 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040507 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20040706 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20040730 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20040804 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20070813 Year of fee payment: 3 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080813 Year of fee payment: 4 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090813 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090813 Year of fee payment: 5 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100813 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100813 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110813 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110813 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120813 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120813 Year of fee payment: 8 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130813 Year of fee payment: 9 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |