JPH0991950A - 磁性薄膜メモリ素子及び磁性薄膜メモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 構成が単純で、消費電力が少なく、非破壊で
情報を再生することができる磁性薄膜メモリ素子及び磁
性薄膜メモリを提供することを目的とする。 【解決手段】 磁化方向として情報を記録する磁性薄膜
メモリ素子、該磁性薄膜メモリ素子の抵抗値の変化を検
出するための読み出し線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界
を印加するための書き込み線を有する磁性薄膜メモリに
於いて、前記磁性薄膜メモリ素子が、第１磁性層、非磁
性層、第２磁性層、第３磁性層をを有する磁性薄膜から
なり、前記磁性薄膜を構成する第３磁性層の保磁力が、
第２磁性層の保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性
層が交換結合していることを特徴とする磁性薄膜メモ
リ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、磁性層の磁化方向によ
って情報を記録する磁性薄膜メモリ素子及び磁性薄膜メ
モリに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】近年、
磁気抵抗効果を応用した薄膜磁気ヘッド、磁性薄膜メモ
リを初めとした素子の開発が進められている。従来、磁
気抵抗効果材料としては異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）効果
を応用したＮｉＦｅ（パーマロイ）などが代表的であっ
た。ＡＭＲとは磁性体の磁化とセンス電流の相対角度に
依存してその電気抵抗が変化する現象であり、その抵抗
変化率はパーマロイで高々３％程度であった。

【０００３】これに対して磁性層と非磁性層を交互に積
層した人工格子膜は巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）効果と呼ば
れる大きな磁気抵抗変化を示すことが知られ、基礎、応
用の両面から盛んに研究されている。ＧＭＲ効果はＡＭ
Ｒ効果とは異なり、その抵抗変化率が、磁化と電流の相
対角度ではなく、非磁性層を介して積層された２つの磁
性層の磁化の相対角度に依存する。

【０００４】特にスピンバルブと呼ばれる構造を有する
ＧＭＲ材料は、その動作磁場が小さく、しかもＡＭＲ材
料よりも大きな抵抗変化率を示すので、応用上注目され
ている。スピンバルブは、基本的には非磁性層を介して
積層されて２つの磁性層からなる３層構造をとってい
る。ここで、一方の磁性層の磁化方向は固定されており
（ピン層）、他方の磁性層の磁化方向は、比較的弱い外
部磁界により自由に動くことができる。又、両磁性層の
磁化容易軸は平行で、両磁性層の磁化方向は、外部磁界
により同一方向又は逆方向することができ、その結果、
抵抗値が変化する。

【０００５】例えば、Ｐｈｙｓ．Ｒｅｖ．Ｂ， ４３，
ｐ１２９７，（１９９１）には、磁性層ＮｉＦｅ／非
磁性層Ｃｕ／磁性層ＮｉＦｅ／反強磁性層ＦｅＭｎを積
層した素子の例が示されている。ここで、反強磁性層Ｆ
ｅＭｎと接して積層されたＮｉＦｅ磁性層（ピン層）は
ＦｅＭｎとの交換結合力によってその磁化の向きが固定
されている。一方、もう一つのＮｉＦｅ磁性層（フリー
層）は外部磁場によって自由にその磁化の向きを変える
ことができ、その結果、ＧＭＲ効果を示す。

【０００６】又、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，
３３，Ｌ１６６８，（１９９４）には非磁性層Ｃｕを介
して保磁力の大きなＣｏＰｔ（ハード層）と保磁力の小
さなＮｉＦｅＣｏ（ソフト層）を積層した例が示されて
いる。ここで、ソフト層の磁化方向は、比較的弱い外部
磁界で、自由に動かすことができ、その結果、ＧＭＲ効
果が得られる。このような保磁力差を用いるタイプのＧ
ＭＲは、上述の反強磁性層を用いるスピンバルブと区別
して、誘導フェリ型と呼ばれる。

【０００７】ところで、これら磁気抵抗効果を応用した
磁性薄膜メモリについて、いくつかの提案がなされてい
る。

【０００８】例えば、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ． Ｍａ
ｇ．，２６， ｐ２８２８，（１９９０）には、図１１
に示されるような構成を有するＡＭＲ磁気メモリが提案
されている。このＡＭＲ磁気メモリは、２種類の磁性層
７１と磁性層７３を非磁性層７２を介して積層したサン
ドイッチ膜を用いており、サンドイッチ膜には記録再生
時にデジット電流７５が流され、その上にはこれと直行
する方向にワード電流７７が流されるようになってい
る。このデジット電流７５とワード電流７７によって発
生する磁界７６、磁界７８によって記録再生が行われ
る。

【０００９】まず、記録時には、ワード電流７７とデジ
ット電流７５を流し、このときのデジット電流の方向に
よって電流を切った後の定常状態に於ける２つの磁性層
の磁化方向が変化し、この２つの磁性層の磁化方向に情
報の「０」と「１」を対応させている。

【００１０】一方、再生時には、ワード線７４に記録時
よりも弱い電流を流し、同時にデジット線７３にも検出
電流を流す。このとき記録された情報（「０」又は
「１」）によって、２つの磁性層の磁化方向が異なるた
め、ＡＭＲ効果により抵抗値に差異が生じ、この抵抗値
の差異を検出することにより、記録されている情報が
「０」であるか、又は「１」であるかを判別することが
できる。この方式は非破壊で情報を再生することができ
（再生後も記録状態が保持される）、消費電流も小さく
てすむが、抵抗変化率が小さいため、検出信号が小く、
Ｓ／Ｎ（信号／雑音）比が低いという欠点がある。

【００１１】一方、ＧＭＲを利用した磁性薄膜メモリと
しては、ＵＳＰ５，３４３，４２２に反強磁性層／磁性
層／非磁性層／磁性層のスピンバルブ型構造をとるもの
が例示されている。 図１２（ａ）はスピンバルブ型の
ＭＲ磁性層を用いた磁性薄膜メモリの断面説明図であ
る。同図に於いては、基板８１上にＭＲ磁性層８２、読
み出し線８３が順次積層されており、その上に絶縁層８
４を介して、読み出し線８３と直交する方向に書き込み
線８５が設けられている。

【００１２】又、図１２（ｂ）は、この磁性薄膜メモリ
のＭＲ磁性層を構成する各層を示したの断面図である。
基板８１上にＮｉＦｅからなる第２磁性層（フリー層）
７６、Ｃｕからなる非磁性層７７、ＮｉＦｅからなる第
１磁性層（ピン層）５８、ＦｅＭｎからなる反強磁性層
５９が順次積層されている。

【００１３】次に、このスピンバルブ型のＭＲ磁性層を
用いた磁性薄膜メモリに情報を記録する方法を説明す
る。

【００１４】図１３（ａ）、（ｂ）は、スピンバルブ型
の磁性薄膜メモリ素子に情報を記録する場合（フリー層
に記録する場合）を示し、２１は書き込み線で、３１は
ピン層に対応する第１磁性層で、３２は非磁性層で、３
３はフリー層に対応する第２磁性層である。ここで、第
１磁性層３１と第２磁性層３３の磁化容易軸は平行で、
これらの磁化容易軸は書き込み線２１と直交する方向に
設定されている。又、２２、２３は、書き込み線２１を
流れる書き込み電流によって発生する磁界であり、その
磁界の方向は、書き込み線２１を流れる書き込み電流の
方向によって決まる。かかる書き込み電流によって発生
する、磁界２２又は磁界２３によって、フリー層に対応
する第２磁性層３３の磁化方向が印加磁界の方向設定さ
れ、その磁化方向に２値の「０」、「１」を対応させる
ことによって、情報を記録している 図１３（ａ）に於いては、書き込み線２１を流れる書き
込み電流によって発生した磁界（紙面上で時計回りの磁
界）２２で、第２磁性層３３を、第１磁性層３１の磁化
方向と逆の方向（紙面上で左方向）に磁化させている。
一方、（ｂ）に於いては、書き込み線２１を流れる書き
込み電流によって発生した磁界（紙面上で反時計回りの
磁界）２３で、第２磁性層３３を、第１磁性層３１の磁
化方向と同一の方向（紙面上で右方向）に磁化させてい
る。尚、書き込み線２１を流れる書き込み電流によって
発生する磁界（以下、記録磁界という）が、ピン層に対
応する第１磁性層３１が磁化反転を起こす磁界より大き
い場合、記録磁界を印加したときには、第１磁性層３１
も記録磁界の方向に磁化されるが、記録磁界を取り除け
ば、記録磁界を印加する前の状態に戻る。

【００１５】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図１３（ｃ）（ｄ）を用いて説
明する。 尚、図１３（ｃ）は、同図（ａ）に示した磁
界２２で記録された情報を再生する場合を示し、図１３
（ｄ）は、同図（ｂ）に示した磁界２３で記録された情
報を再生する場合を示す。

【００１６】上記磁界２２又は磁界２３により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線２５に読み出し
電流を流しながら、書き込み線２１にパルス電流（以
下、再生電流という）を一定の方向に流す。ここで、書
き込み線２１に流れる再生電流によって発生する磁界２
４は、第２磁性層３３の保磁力より大きいが、第１磁性
層３１の磁化方向を反転させない。

【００１７】図１３（ｃ）の場合、情報を記録したとき
の磁界２２と再生電流によって発生した磁界２４が、逆
方向になるため、再生電流を流したときに、第２磁性層
３３の磁化方向が反転し、磁性薄膜メモリ素子であるＭ
Ｒ磁性層の抵抗値が小さくなる。その結果、読み出し電
流が流れている読み出し線２５の出力側に電圧変動（電
圧の上昇）が生じる。一方、（ｄ）の場合、情報を記録
したときの磁界２３と再生電流によって発生した磁界２
４が、同一方向なので、再生電流を流したときに、第２
磁性層３３の磁化方向が反転せず、磁性薄膜メモリ素子
であるＭＲ磁性層の抵抗値も変化しない。従って、読み
出し電流が流れている読み出し線２５の出力側にも電圧
変動が生じない。

【００１８】つまり、再生電流を流したときに、電圧変
動が生じるか否かによって、磁化方向に対応させた情報
である「０」と「１」を判別することができる。

【００１９】しかし、この方式では、ＧＭＲを用いてい
るので再生信号の出力が大きいが、情報を再生したとき
に第２磁性層（フリー層）が磁化反転を起こした場合、
記録されていた情報を破壊されるため、一度しか情報を
再生することができないという欠点があった。

【００２０】又、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｐ
ａｒｔ２， ３４， Ｌ４１５，（１９９５）には、ハ
ード層／非磁性層／ソフト層の誘導フェリ型構造を用い
たメモリ素子の例が示されている。この誘導フェリ型で
は、情報を記録するときに、書き込み線を流れる電流に
よって発生した磁界により、ハード層を磁界の方向に磁
化させ、ハード層の磁化方向に「０」と「１」を対応さ
せて情報を記録する。そして、再生時は、読み出し線に
一定の電流を流しながら、書き込み線に極性が変化する
（流れる方向が変化する）パルス電流を流し、この電流
によって発生した磁界により、ソフト層の磁化方向だけ
が、磁界の変化に従って変化する（このときハード層の
磁化方向は変化しない）。このとき、ハード層の磁化方
向によって素子の抵抗値は低抵抗から高抵抗又は高抵抗
から低抵抗へと変化し、この２つの変化の仕方により
「０」と「１」を対応させた第２磁性層の磁化方向を判
別している。

【００２１】しかし、この方式では、情報の破壊するこ
となく再生をすることができるが、書き込み時の消費電
力が大きく、又、再生後に、第１磁性層の第２磁性層の
磁化方向が逆方向になった場合、その状態、つまり高抵
抗状態が維持されるため、情報再生に無関係な部分の消
費電力（読み出し電流を流したときに高抵抗が維持され
ているメモリ素子に於ける電力消費）も大きくなり、低
消費電力化が難しかった。

【００２２】以上の問題を解決するべく、特開平６−３
０２１８４号公報には、比較的低消費電力で、しかも再
生時に情報が破壊されない磁性薄膜メモリが示されてい
る。ここでは、ＭＲ磁性層として、２種類以上の保磁力
の異なった磁性層を、非磁性層を介して交互に積層した
多層膜を用いており、これら磁性層は互いに交換結合し
ている。この磁性薄膜メモリに於いては、記録時に、保
磁力の大きな磁性層も小さな磁性層もその磁化方向を記
録磁界の方向に向けるが、再生時には保磁力の小さな磁
性層だけが磁化方向を再生磁界の方向に向け、再生後
に、保磁力の弱い磁性層の磁化は、保磁力の大きな磁性
層からの交換結合力によって、保磁力の大きな磁性層の
磁化方向と同一の方向に戻るようになっている。しかし
ながら、この磁性薄膜メモリは、ＭＲ磁性層の構造が複
雑で工業化に向かず、低価格の磁性薄膜メモリを提供す
ることが難しい。

【００２３】そこで、本発明は、構成が単純で、消費電
力が少なく、非破壊で情報を再生することができる磁性
薄膜メモリ素子及び磁性薄膜メモリを提供することを目
的とする。

【００２４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の磁性薄膜
メモリ素子は、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層、第
３磁性層をこの順で積層した磁性薄膜メモリ素子に於い
て、第１磁性層及び第３磁性層の保磁力が、第２磁性層
の保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性層が交換結
合していることを特徴とするものである。

【００２５】請求項２記載の磁性薄膜メモリは、磁化方
向として情報を記録する磁性薄膜メモリ素子、該磁性薄
膜メモリ素子の抵抗値の変化を検出するための読み出し
線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界を印加するための書き
込み線を有する磁性薄膜メモリに於いて、前記磁性薄膜
メモリ素子が、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層、第
３磁性層をこの順で積層した薄膜からなり、第１磁性層
及び第３磁性層の保磁力が、第２磁性層の保磁力より大
きく、第２磁性層と第３磁性層が交換結合していること
を特徴とするものである。

【００２６】請求項３記載の磁性薄膜メモリは、請求項
２記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印可する磁界が、第３磁性層の保磁力
より大きく、第１磁性層の保磁力より小さい磁界であっ
て、読み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界
が、積層した状態での第２磁性層の保磁力より大きく、
第３磁性層の保磁力より小さい磁界であることを特徴と
するものである。

【００２７】請求項４記載の磁性薄膜メモリは、請求項
２記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印可する磁界が、第１磁性層及び第３
磁性層の保磁力より大きく、読み出し時に、磁性薄膜メ
モリ素子に印可する磁界が、積層した状態での第２磁性
層の保磁力より大きく、第１磁性層及び第３磁性層の保
磁力より小さい磁界であることを特徴とするものであ
る。

【００２８】請求項５記載の磁性薄膜メモリ素子は、反
強磁性層、第１磁性層、非磁性層、第２磁性層、第３磁
性層をこの順で積層した磁性薄膜メモリ素子に於いて、
第３磁性層の保磁力が、第２磁性層の保磁力より大き
く、第２磁性層と第３磁性層が交換結合していることを
特徴とするものである。

【００２９】請求項６記載の磁性薄膜メモリは、磁化方
向として情報を記録する磁性薄膜メモリ素子、該磁性薄
膜メモリ素子の抵抗値の変化を検出するための読み出し
線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界を印加するための書き
込み線を有する磁性薄膜メモリに於いて、前記磁性薄膜
メモリ素子が、反強磁性層、第１磁性層、非磁性層、第
２磁性層、第３磁性層をこの順で積層した薄膜からな
り、第３磁性層の保磁力が、第２磁性層の保磁力より大
きく、第２磁性層と第３磁性層が交換結合していること
を特徴とするものである。

【００３０】請求項７記載の磁性薄膜メモリは、請求項
６記載の磁性薄膜メモリに於いて、書き込み時に、磁性
薄膜メモリ素子に印可する磁界が、第３磁性層の保磁力
より大きく、読み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印可
する磁界が、積層した状態での第２磁性層の保磁力より
大きく、第３磁性層の保磁力より小さい磁界であること
を特徴とするものである。

【００３１】上記に於いて、書き込み時（記録時）に、
磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界とは、書き込み線を
流れる書き込み電流によって発生する磁界（記録磁界）
のことで、読み出し時（再生時）に、磁性薄膜メモリ素
子に印可する磁界とは、書き込み線を流れる再生電流に
よって発生する磁界（再生磁界）のことである。

【００３２】

【作用】本発明の磁性薄膜メモリに於いては、メモリ素
子を構成するフリー層あるいはソフト層に対応する第２
磁性層及び第３磁性層は、保磁力の異なる互いに交換結
合した２種類の磁性層からなっているので、フリー層あ
るいはソフト層に情報を記録した場合（記録磁界が、第
１磁性層の保磁力より小さい場合）、再生時に、第２磁
性層だけを再生磁界の方向に磁化させ、再生後は、再生
磁界を取り除くことにより、第２磁性層の磁化方向を、
第３磁性層からの交換磁界によって再生前の磁化方向に
戻すことができる。従って,記録された情報を、非破壊
で再生することができる。

【００３３】一方、ハード層に対応する第１磁性層とソ
フト層に対応する第３磁性層を同一の磁化方向に磁化さ
せ、その磁化方向として、情報を記録した場合（記録磁
界が、第１磁性層の保磁力より大きい場合）、再生時
に、第２磁性層だけを再生磁界の方向に磁化させ、再生
後は、再生磁界を取り除くことにより、再生時に磁化反
転を起こした第２磁性層の磁化方向を、第３磁性層から
の交換磁界によって第１磁性層及び第３磁性層と同一の
磁化方向に戻すことができる。従って、再生磁界を印加
しない状態に於ける磁性薄膜メモリ素子の抵抗値を、常
に低抵抗状態にすることができる。

【００３４】

【実施例】図１（ａ）は本発明の磁性薄膜メモリの断面
図であり、基本的な磁性薄膜メモリの動作を説明するた
めに、メモリの最小単位である１セルを示したものであ
る。同図に於いては、基板５上に、ＭＲ磁性層１からな
る磁性薄膜メモリ素子、読み出し線２、及び絶縁層３を
介して書き込み線４が設けられ、磁性薄膜メモリを構成
している。ここで、基板１１は、ガラス、表面酸化され
たＳｉウエハーなどの絶縁体が好ましい。

【００３５】尚、本発明に於いては、磁性薄膜メモリ素
子を構成するＭＲ磁性層が、スピンバルブ型、誘導フェ
リ型のいずれの構造を有するものであってもよい。

【００３６】次に、磁性薄膜メモリ素子を構成するＭＲ
磁性層について、図１（ａ）、（ｂ）に示したＭＲ磁性
層の断面図を用いて説明する。

【００３７】（スピンバルブ型構造の場合）図１（ｂ）
は、スピンバルブ型構造のＭＲ磁性層を示したものであ
り、基板５の上に、第３磁性層１５、第２磁性層１４、
非磁性層１３、第１磁性層１２、反強磁性層１１が、こ
の順で積層されている。ここで、第２磁性層１４と第３
磁性層１５は、両層一組でフリー層に対応し、第１磁性
層１２がピン層に対応する。

【００３８】尚、各層を積層する順番は、図１（ｂ）と
は逆に、基板５の上に、反強磁性層１１、第１磁性層１
２、非磁性層１３、第２磁性層１４、第３磁性層１５の
順で積層してもよい。つまり、非磁性層１３を介して設
けられるピン層とフリー層の順番が、基板側から、ピン
層、フリー層の順であっても、フリー層、ピン層の順で
あってもよい。

【００３９】次に、上記各層に用いる材料について説明
する。反強磁性層１１としては、ＦｅＭｎ、ＮｉＭｎ、
ＮｉＯ、ＦｅＯなどのネール点が高く、かつ第１磁性層
１２との交換結合力の大きい材料が好ましい。第１磁性
層１２としては、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ合金等を、用
いることができる。非磁性層１３としては、伝導電子の
仮想束縛状態を実現し易く、磁性層とフェルミ面が近
く、大きなＭＲ変化率が得られるＣｕが好ましい。第２
磁性層１４としては、保磁力が５［Oe］以下の材料を用
いることが好ましく、保磁力が５［Oe］以下のＮｉ_８０
Ｆｅ_２０やＮｉ_ｙ（Ｆｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}
（５０≦ｘ≦９０、０＜ｙ≦１００）等を用いることが
でる。第２磁性層１４と交換結合する第３磁性層１５と
しては、保磁力が１０〜３０［Oe］程度の材料を用いる
ことが好ましく、保磁力が１０〜３０［Oe］のＦｅ_ｘＣ
ｏ_{１００−ｘ}（０≦ｘ≦５０）、Ｎｉ_ｙ（Ｆｅ_ｘＣｏ
_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}（０≦ｘ≦５０、０＜ｙ≦２
０）等を用いることがでる。

【００４０】尚、第２磁性層１４と第３磁性層１５につ
いては、第３磁性層１５の保磁力が第２磁性層１４より
大きければ、上述の材料以外の材料を用いてもよい。
又、必要に応じて第２磁性層１４と第３磁性層１５の間
に非磁性層を設けてもよい。ここで、第２磁性層１４と
第３磁性層１５の間に設ける非磁性層は、両層の交換結
合力をコントロールする層で、非磁性層１３と同じ理由
でＣｕが用いることが好ましい。

【００４１】又、ＭＲ磁性層の結晶性をあげるために、
基板５とＭＲ磁性層の間に下地層を設けてもよい。この
下地層としては、Ｔａなど高抵抗でかつ面心立方格子の
（１１１）面が優先配向するものが好ましい。

【００４２】次に、上記各層の層厚について説明する。
反強磁性層１１の厚みは、５０Å以上２０００Å以下で
あることが好ましい。反強磁性層１１の厚みが薄すぎる
と、第１磁性層１２への交換磁場が不十分になるからで
あり、逆に、厚すぎても実質的な効果は、向上しないか
らである。

【００４３】又、第１磁性層１２、第２磁性層１４、第
３磁性層１５の各磁性層の厚みは２０Å以上２００Å以
下が好ましい。磁性層の厚みが２０Åよりも薄くなると
耐熱性と耐加工性が劣化するからであり、２００Åより
厚くなっても実質的なＭＲ変化率は、向上しないからで
ある。又、ＭＲ磁性層が厚くなると、電流を多く流す必
要が生じ、消費電力が大きくなる。

【００４４】又、非磁性層１３の厚みは、１０Å以上１
００Å以下であることが好ましい。非磁性層の厚みが薄
すぎると第１磁性層１２と第２磁性層１４の交換結合が
大きくなりすぎるからであり、逆に、厚くなりすぎる
と、この層の内部のみを流れる伝導電子の割合が多くな
ってしまい、ＭＲ変化率が小さくなるからである。

【００４５】又、第２磁性層１４と第３磁性層１５の間
に交換結合力を制御するための非磁性層を設ける場合に
は、この非磁性層の厚みは、５０Å以下が望ましい。こ
れ以上厚くなると交換結合力が小さくなりすぎてしまう
からである。

【００４６】又、基板５とＭＲ磁性層の間に下地層を設
ける場合には、この下地層の厚みは、は３０Å以上５０
０Å以下であることが好ましい。下地層の厚みが、３０
Åより薄くなると結晶性の向上という効果が得られず、
逆に、５００Åより厚くしても、その効果が頭打ちにな
るからである。

【００４７】（誘導フェリ型構造の場合）図１（ｃ）
は、誘導フェリ型構造のＭＲ磁性層を示したものであ
り、基板５の上に、第３磁性層１９、第２磁性層１８、
非磁性層１７、第１磁性層１６が、この順で積層されて
いる。ここで、第２磁性層１８と第３磁性層１９は、両
層一組でソフト層に対応し、第１磁性層１６は、ハード
層に対応する。

【００４８】尚、各層を積層する順番は、図１（ｃ）と
は逆に、基板５の上に、第１磁性層１６、非磁性層１
７、第２磁性層１８、第３磁性層１９の順で積層しても
よい。つまり、非磁性層１７を介して設けられるソフト
層とハード層の順番が、基板側から、ソフト層、ハード
層の順であっても、ハード層、ソフト層の順であっても
よい。

【００４９】次に、上記各層に用いる材料について説明
する。第１磁性層１６の材料は、特に限定されるもので
はないが、保磁力が１０［Oe］以上のＣｏ、ＰｔＣＯ合
金、又はＦｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}（０≦ｘ≦５０）、Ｎｉ
_ｙ（Ｆｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}（０≦ｘ≦５
０、０＜ｙ≦２０）等を用いることができる。ここで、
第１磁性層１６に情報を記録する場合は、第１磁性層１
６の保磁力は、第３磁性層１９の保磁力と同程度するこ
とが好ましい。非磁性層１７としては、伝導電子の仮想
束縛状態を実現し易く、磁性層とフェルミ面が近く、大
きなＭＲ変化率が得られるＣｕが好ましい。第２磁性層
１８としては、保磁力が５［Oe］以下の材料を用いるこ
とが好ましく、保磁力が５［Oe］以下のＮｉ_８０Ｆｅ
_２０やＮｉｙ（Ｆｅ_ｘＣｏ_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}（５
０≦ｘ≦９０、０＜ｙ≦１００）等を用いることがで
る。第２磁性層１８と交換結合する第３磁性層１９とし
ては、保磁力が１０〜３０［Oe］程度の材料を用いるこ
とが好ましく、保磁力が１０〜３０［Oe］のＦｅ_ｘＣｏ
_{１００−ｘ}（０≦ｘ≦５０）、Ｎｉ_ｙ（Ｆｅ_ｘＣｏ
_{１００−ｘ}）_{１００−ｙ}（０≦ｘ≦５０、０＜ｙ≦２
０）等を用いることがでる。

【００５０】尚、第２磁性層１８と第３磁性層１９につ
いては、第３磁性層１９の保磁力が第２磁性層１８より
大きければ、上述の材料以外の材料を用いてもよい。
又、必要に応じて第２磁性層１８と第３磁性層１９の間
に非磁性層を設けてもよい。ここで、第２磁性層１８と
第３磁性層１９の間に設ける非磁性層は、両層の交換結
合力をコントロールする層で、非磁性層１７と同じ理由
でＣｕを用いることが好ましい。

【００５１】又、ＭＲ磁性層の結晶性をあげるために、
基板５とＭＲ磁性層の間に下地層を設けてもよい。この
下地層としては、Ｔａなど高抵抗でかつ面心立方格子の
（１１１）面が配向するものが好ましい。

【００５２】次に、上記各層の層厚について説明する。
第１磁性層１６、第２磁性層１８、第３磁性層１９の各
磁性層の厚みは２０Å以上２００Å以下が好ましい。磁
性層の厚みが２０Åよりも薄くなると耐熱性と耐加工性
が劣化するからであり、２００Åより厚くなっても実質
的なＭＲ変化率は、向上しないからである。又、ＭＲ磁
性層が厚くなると、電流を多く流す必要が生じ、消費電
力が大きくなる。

【００５３】又、非磁性層１７の厚みは、１０Å以上１
００Å以下であることが好ましい。非磁性層の厚みが薄
すぎると第１磁性層１６と第２磁性層１７の交換結合が
大きくなりすぎるからであり、逆に、厚くなりすぎる
と、この層の内部のみを流れる伝導電子の割合が多くな
ってしまい、ＭＲ変化率が小さくなるからである。

【００５４】又、第２磁性層１８と第３磁性層１９の間
に交換結合力を制御するための非磁性層を設ける場合に
は、この非磁性層の厚みは、５０Å以下が望ましい。こ
れ以上厚くなると交換結合力が小さくなりすぎてしまう
からである。

【００５５】又、基板５とＭＲ磁性層の間に下地層を設
ける場合には、この下地層の厚みは、は３０Å以上５０
０Å以下であることが好ましい。下地層の厚みが、３０
Åより薄くなると結晶性の向上という効果が得られず、
逆に、５００Åより厚くしても、その効果が頭打ちにな
るからである。

【００５６】（記録再生方法について）次に、本発明の
磁性薄膜メモリの記録再生方法について説明する。

【００５７】まず、１素子の磁性薄膜メモリ素子に対し
て情報を記録する場合について、図２（ａ）（ｂ）を用
いて説明する。図２（ａ）（ｂ）は、スピンバルブ型の
磁性薄膜メモリ素子に情報を記録する場合（フリー層に
記録する場合）を示し、２１は書き込み線で、３１はピ
ン層に対応する第１磁性層で、３２は非磁性層で、３
３、３４はフリー層に対応する第２磁性層と第３磁性層
である。ここで、第１磁性層３１、第２磁性層３３及び
第３磁性層３４の磁化容易軸は全て平行で、これらの磁
化容易軸は書き込み線２１と直交する方向に設定されて
いる。又、２２、２３は、書き込み線２１を流れる書き
込み電流によって発生する磁界であり、その磁界の方向
は、書き込み線２１を流れる書き込み電流の方向によっ
て決まる。かかる書き込み電流によって発生する、磁界
２２又は磁界２３によって、フリー層に対応する第２磁
性層３３及び第３磁性層３４の磁化方向が磁界の方向設
定され、その磁化方向に２値の「０」、「１」を対応さ
せることによって、情報を記録している 図２（ａ）に於いては、書き込み線２１を流れる書き込
み電流によって発生した磁界（紙面上で時計回りの磁
界）２２で、第２磁性層３３及び第３磁性層３４を、第
１磁性層３１の磁化方向と逆の方向（紙面上で左方向）
に磁化させている。一方、（ｂ）に於いては、書き込み
線２１を流れる書き込み電流によって発生した磁界（紙
面上で反時計回りの磁界）２３で、第２磁性層３３及び
第３磁性層３４を、第１磁性層３１の磁化方向と同一の
方向（紙面上で右方向）に磁化させている。ここで、書
き込み線２１を流れる書き込み電流によって発生する磁
界は、フリー層に対応する第２磁性層３３及び第３磁性
層３４の保磁力よりも大きくする。尚、磁界２２又は磁
界２３を印加したときに、ピン層に対応する第１磁性層
３１が磁化反転を起こしても、磁界を取り除けば磁界を
印加する前の状態に戻るので、第１磁性層の磁化方向
は、記録磁界（磁界２２又は磁界２３）により反転して
もよい。

【００５８】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図２（ｃ）（ｄ）を用いて説明
する。尚、図２（ｃ）は、同図（ａ）に示した磁界２２
で記録された情報を再生する場合を示し、図２（ｄ）
は、同図（ｂ）に示した磁界２３で記録された情報を再
生する場合を示す。

【００５９】上記磁界２２又は磁界２３により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線２５に読み出し
電流を流しながら、書き込み線２１に書き込み電流より
も小さいパルス電流（以下、再生電流という）を一定の
方向に流す。ここで、書き込み線２１に流れる再生電流
によって発生する磁界２４は、第２磁性層３３の保磁力
より大きく、第３磁性層３４の保磁力より小さくなるよ
うにする。又、再生磁界である磁界２４の方向は、第１
磁性層の磁化方向と同一方向でも逆方向でもよいが、磁
界２４を印加したときに、第１磁性層の磁化方向が反転
しない強度に設定する。

【００６０】尚、再生電流を流す方向は、紙面上で時計
回りの磁界が発生する方向に設定しても、反時計回りの
磁界が発生する方向に設定してもよいが、図２（ｃ）、
（ｄ）に於いては、反時計回りの磁界２４が発生する方
向に設定されている。

【００６１】図２（ｃ）の場合、情報を記録したときの
磁界２２と再生電流によって発生した磁界２４が、逆方
向になるため、再生電流を流したときに、第２磁性層３
３の磁化方向が反転し、磁性薄膜メモリ素子であるＭＲ
磁性層の抵抗値が小さくなる。その結果、読み出し電流
が流れている読み出し線２５の出力側に電圧変動（電圧
の上昇）が生じる。一方、（ｄ）の場合、情報を記録し
たときの磁界２３と再生電流によって発生した磁界２４
が、同一方向なので、再生電流を流したときに、第２磁
性層３３の磁化方向が反転せず、磁性薄膜メモリ素子で
あるＭＲ磁性層の抵抗値も変化しない。従って、読み出
し電流が流れている読み出し線２５の出力側にも電圧変
動が生じない。

【００６２】ここで、書き込み線２１を流れる再生電流
と読み出し線２５の出力側の電圧の関係を、図３に示し
た。図３（ａ）に示した再生電流を流したときに、第２
磁性層３３の磁化方向が反転した場合は、（ｂ）に示し
たように読み出し線２５の出力側に電圧変動が発生し、
第２磁性層３３の磁化方向が反転しない場合は、（ｃ）
に示したように読み出し線２５の出力側に電圧変動が発
生しない。

【００６３】尚、図２（ｃ）、（ｄ）に於いて、再生電
流を、時計回りの磁界が発生する方向に設定した場合、
（ｃ）では、第２磁性層３３の磁化方向が反転せず、磁
性薄膜メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗値も変化しな
いが、（ｄ）では、第２磁性層３３の磁化方向が反転
し、磁性薄膜メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗値が大
きくなる。従って、（ｄ）の場合だけ、読み出し線２５
に電圧変動（電圧の降下）が生じる。

【００６４】つまり、再生電流を流す方向が一定であれ
ば、第２磁性層３３の磁化方向が、いずれか一方のとき
だけ電圧変動が生じ、その逆方向に磁化しているときは
電圧変動が生じないので、第２磁性層３３の磁化方向
は、電圧変動の有無として判断することができる。

【００６５】上述のように、情報を記録するときには、
フリー層の磁化方向に「０」、「１」を対応させ、書き
込む情報に応じた方向の書き込み電流を書き込み線２１
に流すことにより、情報を記録し（フリー層の磁化方向
を設定し）、記録した情報を再生するときには、読み出
し電流を読み出し線２５に流しながら、書き込み線２１
に再生電流を流し、そのときの読み出し線２５に於ける
電圧変動の有無を検出することにより、記録した情報を
再生することができる。

【００６６】又、本発明の磁性薄膜メモリ素子に於いて
は、再生時、つまり、書き込み線２１に再生電流を流し
た時に、第２磁性層３３の磁化方向が反転した場合、再
生後、つまり、再生電流を切り再生電流による磁界の印
加を止めると、反転した第２磁性層３３の磁化方向は、
第３磁性層３４からの交換磁場によって、再生前の状態
に戻る。従って、本発明の磁性薄膜メモリ素子を用いれ
ば、記録した情報を破壊すること無く、記録した情報の
再生を行うことができる。

【００６７】次に、誘導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子
に対して記録を行う場合（ハード層に記録する場合）に
ついて、図４、図５を用いて説明する。図４に示した誘
導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子では、第１磁性層３１
はハード層に対応し、第２磁性層３３と第３磁性層３４
はソフト層に対応する。ここで、第１磁性層３１、第２
磁性層３３及び第３磁性層３４の磁化容易軸は、スピン
バルブ型の場合と同様に、全て平行で、書き込み線２１
と直交する方向に設定されている。

【００６８】誘導フェリ型の磁性薄膜メモリ素子の場
合、書き込み線２１を流れる書き込み電流によって発生
する、磁界２２又は磁界２３によって、ハード層に対応
する第１磁性層３１の磁化方向が磁界の方向に設定さ
れ、その磁化方向に２値の「０」、「１」を割り当てて
いる。

【００６９】図４（ａ）に於いては、書き込み線２１を
流れる書き込み電流によって発生した磁界（紙面上で時
計回りの磁界）２２で、第１磁性層３１を、磁界２２の
方向（紙面上で左方向）に磁化させている。一方、
（ｂ）に於いては、書き込み線２１を流れる書き込み電
流によって発生した磁界（紙面上で反時計回りの磁界）
２３で、第１磁性層３１を、磁界２３の方向（紙面上で
右方向）に磁化させている。

【００７０】尚、書き込み線２１を流れる書き込み電流
によって発生する磁界は、ハード層に対応する第１磁性
層３１の保磁力よりも大きいため、ソフト層に対応する
第２磁性層３３と第３磁性層３４も磁界の方向に磁化さ
れる。

【００７１】次に、上述のようにして記録された情報を
再生する場合について、図５を用いて説明する。尚、図
５（ａ）、（ｂ）は、図４（ａ）に示した磁界２２で記
録された情報を再生する場合を示し、（ｃ）、（ｄ）
は、図４（ｂ）に示した磁界２３で記録された情報を再
生する場合を示す。

【００７２】上記磁界２２又は磁界２３により記録され
た情報を再生する場合には、読み出し線２５に読み出し
電流を流しながら、書き込み線２１に書き込み電流より
も小さく、時分割で流れる方向が切り替わる電流（以
下、再生変化電流という）を流す。ここで、書き込み線
２１に流れる再生変化電流によって発生する磁界２４ａ
と磁界２４ｂは、第２磁性層３３の保磁力より大きく、
第３磁性層３４の保磁力より小さくなるようにする。

【００７３】図５（ａ）、（ｂ）の場合、磁界２４ａが
印加されているときは、第１磁性層３１の磁化方向と第
２磁性層３３の磁化方向が逆方向になるので、磁性薄膜
メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗値が大きくなる。一
方、磁界２４ｂが印加されているときは、第１磁性層３
１の磁化方向と第２磁性層３３の磁化方向が同一方向に
なるので、磁性薄膜メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗
値が小さくなる。従って、磁界が、磁界２４ａから磁界
２４ｂに変化するときに、ＭＲ磁性層の抵抗が、高抵抗
から低抵抗に変化する。その結果、磁界の変化時に、読
み出し電流が流れている読み出し線２５の出力側の電圧
が上昇する。

【００７４】図５（ｃ）、（ｄ）の場合、磁界２４ａが
印加されているときは、第１磁性層３１の磁化方向と第
２磁性層３３の磁化方向が同一方向になるので、磁性薄
膜メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗値が小さくなる。
一方、磁界２４ｂが印加されているときは、第１磁性層
３１の磁化方向と第２磁性層３３の磁化方向が逆方向に
なるので、磁性薄膜メモリ素子であるＭＲ磁性層の抵抗
値が大きくなる。従って、磁界が、磁界２４ａから磁界
２４ｂに変化するときに、ＭＲ磁性層の抵抗が、低抵抗
から高抵抗に変化する。その結果、磁界の変化時に、読
み出し電流が流れている読み出し線２５の出力側の電圧
が降下する。

【００７５】ここで、書き込み線２１を流れる再生変化
電流と読み出し線２５の出力側の電圧の関係を、図６に
示した。図６（ａ）に示した再生変化電流を流したとき
に、第１磁性層３１の磁化方向に応じて、電流の方向が
変化した時に、読み出し線２５の出力側の電圧が上昇
（（ｂ））、又は、降下（（ｃ））する。従って、再生
変化電流に於いて、電流の方向が変化した時に、読み出
し線２５の出力側の電圧が上昇するか、又は、降下する
かを検出することにより、第１磁性層３１の磁化方向を
判断することができる。

【００７６】上述のように、情報を記録するときには、
ハード層の磁化方向に「０」、「１」を割り当て、書き
込む情報に応じた方向の書き込み電流を書き込み線２１
に流すことにより、情報を記録し（ハード層の磁化方向
を設定し）、記録した情報を再生するときには、読み出
し電流を読み出し線２５に流しながら、書き込み線２１
に再生変化電流を流し、そのときの読み出し線２５に於
ける電圧の上昇又は降下を検出することにより、記録し
た情報を再生することができる。尚、再生変化電流は、
磁界２４ｂ、磁界２４ａの順で磁界が変化するように設
定してもよい。

【００７７】又、本発明の磁性薄膜メモリ素子に於いて
は、再生後、つまり、再生変化電流を切り再生変化電流
による磁界の印加を止めると、第２磁性層３３の磁化方
向は、第３磁性層３４からの交換磁場によって、第３磁
性層３４の磁化方向、つまり、第１磁性層の磁化方向と
同一の方向に戻る。従って、本発明の磁性薄膜メモリ素
子は、磁界を印加していない状態では、低抵抗になるの
で、メモリを構成した場合に、発熱及び発熱によるパワ
ーロスを少なくすることができる。

【００７８】次に、マトリックス状に配列された磁性薄
膜メモリ素子に、情報書き込む場合について説明する。

【００７９】図７は、磁性薄膜メモリの平面図（ａ）と
そのＡＡ’断面図（ｂ）を示し、書き込み線５１、５
２、５３と書き込み補助線６１、６２、６３が直交する
部分に、磁性薄膜メモリ素子であるＭＲ磁性膜がマトリ
ックス状に配列されている。ここで、磁性薄膜メモリ素
子は、読み出し補助線方向に直列に接続され、読み出し
線を形成している。例えば、ＡＡ’断面に示した部分で
は、磁性薄膜メモリ素子４１、４２、４３が直列に接続
された部分が、読み出し線２になる。

【００８０】このように、磁性薄膜メモリ素子がマトリ
ックス状に配列されている場合に、書き込み線に、磁性
薄膜メモリ素子の第２磁性層の磁化方向を変化させるの
に十分な書き込み電流を流した場合、書き込み電流を流
した書き込み線に沿って配列された磁性薄膜メモリの第
１磁性層及び第２磁性層は、全て書き込み電流により発
生した磁界の方向に磁化されてしまう。つまり、書き込
み電流を流した書き込み線に沿って配列された磁性薄膜
メモリには、全て書き込みが行われる。従って、磁性薄
膜メモリ素子をマトリックス状に配列した場合には、１
本の書き込み線を流れる電流だけでは、磁性薄膜メモリ
素子の一部の素子の磁化方向だけを所望の磁化方向に向
かせること、つまり、一部の素子だけに情報を書き込む
ことができない。

【００８１】ここで、書き込み線と書き込み補助線の双
方に電流を流すことにより、マトリックス状に配列され
た磁性薄膜メモリ素子の一部の素子だけに情報を記録す
る場合について、図８、図９を参照して説明する。

【００８２】図８（ａ）に於いて、Ｉｗ１は書き込み線
５０を流れる書き込み電流を示し、Ｉｗは書き込み補助
線６０を流れる書き込み補助電流を示す。そして、Ｈｗ
１は、書き込み電流Ｉｗ１により発生した書き込み磁界
を示し、Ｈｗは、書き込み補助電流Ｉｗにより発生した
書き込み補助磁界を示す。ここで、第３磁性層（フリー
層）に情報を記録するメモリ素子の場合、書き込み磁界
Ｈｗ１及び書き込み補助磁界Ｈｗは、共に磁性薄膜メモ
リ素子の第３磁性層の保持力より小さいため、一方の磁
界だけでは、第３磁性層の磁化方向を変えることができ
ない。しかし、書き込み磁界Ｈｗ１と書き込み補助磁界
Ｈｗの合成磁界Ｈ１は、第３磁性層の保持力より大きい
ため、書き込み電流Ｉｗ１と書き込み補助電流Ｉｗの双
方を流した場合には、第３磁性層の磁化方向を変えるこ
と、つまり情報を記録することができる。尚、第２磁性
層も第３磁性層の磁化方向と同一方向に磁化する。

【００８３】図８（ｂ）は、書き込み磁界Ｈｗ１、書き
込み補助磁界Ｈｗ、合成磁界Ｈ１及び第３磁性層４０の
磁化容易軸４０ａを示す。ここで、合成磁界Ｈ１は、第
２磁性層２の保持力より大きいため、第３磁性層４０
は、合成磁界Ｈ１により磁化され、その磁化方向Ｂ１
は、合成磁界Ｈ１の磁化容易軸４０ａに平行な成分の方
向になる。尚、書き込み電流Ｉｗ１により発生する書き
込み磁界Ｈｗ１は、第３磁性層４０の磁化容易軸４０ａ
にほぼ平行で、書き込み補助電流Ｉｗにより発生する書
き込み補助磁界Ｈｗは、第３磁性層４０の磁化容易軸４
０ａにほぼ垂直なので、磁化方向Ｂ１は、書き込み磁界
Ｈｗ１つまり書き込み電流Ｉｗ１により決まる。

【００８４】図９（ａ）は、図８の書き込み電流Ｉｗ１
と逆の方向に書き込み電流Ｉｗ２を流している。従っ
て、発生する書き込み磁界Ｈｗ２の方向も図８の書き込
み磁界Ｈｗ１と逆の方向になる。従って、（ｂ）に示し
たように第３磁性体４０の磁化方向Ｂ２も図８の磁化方
向Ｂ１と逆の方向になる。

【００８５】上述のように、マトリックス状に、磁性薄
膜メモリ素子を配列した場合には、情報を記録したい磁
性薄膜メモリ素子の部分を通る書き込み線及び書き込み
補助線だけに電流を流すことにより、その部分の磁性薄
膜メモリ素子だけに情報を記録することができる。又、
磁性薄膜メモリ素子の磁化方向として記録される情報
（「０」又は「１」）は、書き込み線を流れる電流の方
向により、自由に設定することができる。

【００８６】又、ハード層（第１磁性層）に情報を記録
する場合も、書き込み電流及び書き込み補助電流の大き
さを調整することにより、上記と同様に、情報を記録す
ることができる。

【００８７】一方、マトリックス状に配列された磁性薄
膜メモリ素子に、書き込まれた情報を読み出す場合に
は、読み出したい磁性薄膜メモリ素子が接続された読み
出し線に読み出し電流を流すと共に、その磁性薄膜メモ
リ素子の部分を通る書き込み線に再生電流又は再生変化
電流を流すことにより、１素子の場合と同様に記録され
た情報を再生することができる。

【００８８】尚、上記説明では、書き込み線及び書き込
み補助線に電流を流し、情報を記録したが、書き込み補
助線を設けず、書き込み補助線の代わり読み出し線に電
流を流しても、情報を記録することができる。

【００８９】（実施例１）本実施例は、磁性薄膜メモリ
素子がスピンバルブ型構造のＭＲ磁性層（図１（ａ）、
（ｂ）参照）である場合の磁性薄膜メモリの例である。

【００９０】本実施例に於いては、Ｎｉ_８０Ｆｅ_１５Ｃ
ｏ_５からなる層厚５０Åの第３磁性層１５、Ｎｉ_８０Ｆ
ｅ_２０からなる層厚５０Åの第２磁性層１４、Ｃｕから
なる層厚３０Åの非磁性層１３、Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０から
なる層厚１００Åの第１磁性層１２、ＦｅＭｎからなる
層厚２００Åの反強磁性層１１を積層し磁性薄膜メモリ
素子を形成し、Ａｌ_２Ｏ_３からなる層厚１０００Åの絶
縁層３で被膜した後、大きさ５μｍ×２０μｍに加工
し、１素子の磁性薄膜メモリ素子を作製した。更に、読
み出し電極２、絶縁層３、書き込み線４を順次積層、加
工し、磁性薄膜メモリを作製した。

【００９１】尚、上記磁性薄膜メモリ素子は、各磁性層
の磁化容易軸が素子長手方向に向くように、磁場を印加
しながら形成され、書き込み線は、磁化容易軸と直交す
る方向に配線されている。又、上記磁性薄膜メモリ素子
は、ＤＣスパッタ法により以下に示す成膜条件で形成
し、絶縁層はＲＦスパッタ法で形成した。

【００９２】 到達圧力 ５×１０^−５ Pa Ａｒガス １０ SCCM 成膜圧力 ０．５ Pa 投入パワ− １００ W 成膜レ−ト ０．５ nm／sec 又、上記磁性薄膜メモリ素子は、真空蒸着法、分子線エ
ピタキシー（ＭＢＥ）法、イオンビームスパッタリング
（ＩＢＳ）法により形成してもよい。

【００９３】図１０はこの磁性薄膜メモリ素子の±３０
［Oe］の磁化曲線を示す。尚、この磁場範囲では、第１
磁性層は磁化反転を起こさない。第３磁性層１６からの
交換磁場のため第２磁性層１７のヒステリシスループが
シフトしているのがわかる。また、同図から第２磁性層
の保磁力は約３Ｏｅ、第３磁性層の保磁力は約２０Ｏｅ
であることがわかる。

【００９４】以下、磁化曲線上のＰ１〜Ｐ１０の順で、
第２磁性層及び第３磁性層の磁化方向の変化を説明す
る。

【００９５】Ｐ１〜Ｐ３：第２磁性層及び第３磁性層の
磁化方向（以下、Ｐ１に於ける第２磁性層及び第３磁性
層の磁化方向を順方向とする）と逆の方向に磁界を印可
し、その磁界を大きくしていくと、約８［Oe］で、まず
第２磁性層だけが、磁化反転を起こす（Ｐ２、Ｐ３）。
従って、Ｐ３に於いては、第２磁性層の磁化方向は、逆
方向を向き、第３磁性層の磁化方向は順方向を向いてい
る。尚、第２磁性層だけの保磁力は３［Oe］であるが、
第３磁性層からの交換磁場のため、積層した状態では、
第２磁性層は約８［Oe］まで、磁化反転を起こさない。

【００９６】Ｐ３〜Ｐ５：第２磁性層が磁化反転を起こ
した後、更に磁界を大きくしていくと、約２０［Oe］
で、第３磁性層も磁化反転を起こす（Ｐ４、Ｐ５）。従
って、Ｐ５に於いては、第２磁性層の磁化方向も、第３
磁性層の磁化方向も逆方向を向いている。尚、Ｐ３から
Ｐ４の間、つまり、第３磁性層が磁化反転を起こす前に
印加磁界を取り去ると、第２磁性層の磁化方向は、第３
磁性層との交換結合力により、第３磁性層の磁化方向、
つまり、順方向に戻る。

【００９７】Ｐ５〜Ｐ８：第２磁性層及び第３磁性層が
磁化反転を起こした後、逆方向の磁界を取り去り、順方
向の磁界を印加し、その磁界を大きくしていくと、約８
［Oe］で、まず第２磁性層だけが、磁化反転を起こす
（Ｐ７、Ｐ８）。従って、Ｐ８に於いては、第２磁性層
の磁化方向は、順方向を向き、第３磁性層の磁化方向は
逆方向を向いている。尚、第３磁性層からの交換磁場の
ため、第２磁性層は約８［Oe］まで、磁化反転を起こさ
ない。

【００９８】Ｐ８〜Ｐ１０：第２磁性層が磁化反転を起
こした後、更に順方向の磁界を大きくしていくと、約２
０［Oe］で、第３磁性層も磁化反転を起こす（Ｐ９、Ｐ
１０）。従って、Ｐ１０に於いては、第２磁性層の磁化
方向も、第３磁性層の磁化方向も順方向を向いている。
尚、Ｐ８からＰ９の間、つまり、第３磁性層が磁化反転
を起こす前に印加磁界を取り去ると、第２磁性層の磁化
方向は、第３磁性層との交換結合力により、第３磁性層
の磁化方向、つまり、逆方向に戻る。

【００９９】上記説明からもわかるように、再生電流に
よって生じる磁界が、８［Oe］より大きく、２０［Oe］
より小さい磁界、つまり、積層した状態で、第２磁性層
が磁化反転を起こす磁界よりも強く、第３磁性層が磁化
反転を起こす磁界よりも弱い磁界であれば、非破棄で情
報を再生することができる。

【０１００】ここで、書き込み線に３０ｍＡの書き込み
電流を流し、第２磁性層及び第３磁性層を順方向に磁化
させた後、順方向の磁界が生じる１０ｍＡの再生電流を
書き込み線に流すと、読み出し線に電圧変動が生じなか
った。

【０１０１】次に、書き込み線に上記と逆の方向に３０
ｍＡの書き込み電流を流し、第２磁性層及び第３磁性層
を逆方向に磁化させた後、順方向の磁界が生じる１０ｍ
Ａの再生電流を書き込み線に流すと、第２磁性層だけが
磁化反転を起こし、読み出し線に１５ｍＶの電圧変動が
生じた。

【０１０２】又、複数回、再生を行っても、同様の結果
が得られ、非破壊で情報を再生できることが確認でき
た。

【０１０３】（実施例２）本実施例は、磁性薄膜メモリ
素子が誘導フェリ型構造のＭＲ磁性層（図１（ａ）、
（ｃ）参照）である場合の磁性薄膜メモリの例である。

【０１０４】本実施例に於いては、Ｎｉ_８０Ｆｅ_１５Ｃ
ｏ_５からなる層厚５０Åの第３磁性層１９、Ｎｉ_８０Ｆ
ｅ_２０からなる層厚５０Åの第２磁性層１８、Ｃｕから
なる層厚３０Åの非磁性層１７、、Ｎｉ_８０Ｆｅ_１５Ｃ
ｏ_５からなる層厚５０Åの第１磁性層１６、Ａｌ_２Ｏ_３
からなる層厚１０００Åの絶縁層３を積層した後、大き
さ５μｍ×２０μｍに加工し、１素子の磁性薄膜メモリ
素子を作製した。更に、読み出し電極２、絶縁層３、書
き込み線４を順次積層、加工し、磁性薄膜メモリを作製
した。

【０１０５】尚、上記磁性薄膜メモリ素子は、各磁性層
の磁化容易軸が素子長手方向に向くように、磁場を印加
しながら形成され、書き込み線は、磁化容易軸と直交す
る方向に配線されている。又、上記磁性薄膜メモリ素子
は、ＤＣスパッタ法により実施例１と同様の成膜条件で
形成した。

【０１０６】又、第１磁性層と第３磁性層の保磁力は、
共に２０［Oe］程度にし、第２磁性層の磁化反転は、積
層した状態で、約８［Oe］の磁界を印加したときに起こ
った。

【０１０７】ここで、書き込み線に３０ｍＡの書き込み
電流を流し、第１磁性層、第２磁性層及び第３磁性層を
順方向に磁化させた後、順方向の磁界が生じる１０ｍＡ
の再生電流を書き込み線に流すと、読み出し線に電圧変
動が生じなかった。

【０１０８】次に、書き込み線に上記と逆の方向に３０
ｍＡの書き込み電流を流し、第１磁性層、第２磁性層及
び第３磁性層を逆方向に磁化させた後、順方向の磁界が
生じる１０ｍＡの再生電流を書き込み線に流すと、第２
磁性層だけが磁化反転を起こし、読み出し線に１８ｍＶ
の電圧変動が生じた。

【０１０９】又、再生電流を流さない状態では、磁性薄
膜メモリ素子が常に低抵抗状態になっていることが確認
できた。

【０１１０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁性薄膜
メモリは、スピンバルブ型のフリー層、あるいは誘導フ
ェリ型のソフト層に情報を記録した場合に、記録した情
報を非破壊で再生することができる。又、書き込み電流
を小さくし、書き込み時の消費電力を小さくすることが
できる。

【０１１１】又、構造が単純なので、製造が容易で、低
価格の磁性薄膜メモリ素子を提供することができる。

【０１１２】一方、誘導フェリ型のソフト層に情報を記
録した場合には、磁界を印加しない状態では、磁性薄膜
メモリ素子が常に低抵抗になるので、読み出し電流を流
したときに、再生電流又は再生変化電流による磁界を印
加していない磁性薄膜メモリ素子、つまり、再生を行っ
ていない素子における、無駄な電力消費や発熱を抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる磁性薄膜メモリとメモリ素子を
示す断面図である。

【図２】磁性薄膜メモリ素子のフリー層又はソフト層に
情報を記録する記録再生方式を示す説明図である。

【図３】書き込み線に流す再生電流と読み出し線の出力
側の電圧を示す、波形図である。

【図４】磁性薄膜メモリ素子のハード層に情報を記録す
る場合の記録方式を示す説明図である。

【図５】磁性薄膜メモリ素子のはハード層に情報を記録
した場合の再生方式を示す説明図である。

【図６】書き込み線に流す再生変化電流と読み出し線の
出力側の電圧を示す、波形図である。

【図７】本発明にかかる磁性薄膜メモリを示す平面図と
断面図である。

【図８】マットリックス状に配列された磁性薄膜メモリ
素子に情報の記録する場合を示す説明図である。

【図９】マットリックス状に配列された磁性薄膜メモリ
素子に情報の記録する場合を示す説明図である。

【図１０】本発明にかかる磁性薄膜メモリ素子の磁化曲
線を示すグラフである。

【図１１】従来のＡＭＲを用いた磁性薄膜メモリを示す
斜視図である。

【図１２】従来のＧＭＲを用いた磁性薄膜メモリを示す
断面図である。

【図１３】従来のＧＭＲを用いた磁性薄膜メモリの記録
再生方式を示す説明図である。

【符号の説明】

１ ＭＲ磁性層 ２ 読み出し線 ３ 絶縁層 ４ 書き込み線 ５ 基板 １１ 反強磁性層 １２ 第１磁性層（ピン層） １３ 非磁性層 １４ 第２磁性層（フリー層） １５ 第３磁性層（フリー層） １６ 第１磁性層（ハード層） １７ 非磁性層 １８ 第２磁性層（ソフト層） １９ 第３磁性層（ソフト層） ２２、２３ 磁界（記録磁界） ２４、２４ａ、２４ｂ 磁界（再生磁界）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 悟 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内 (72)発明者 篠浦 治 東京都中央区日本橋一丁目13番１号ティー ディーケイ株式会社内

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 第１磁性層、非磁性層、第２磁性層、第
   ３磁性層をこの順で積層した磁性薄膜メモリ素子に於い
   て、第１磁性層及び第３磁性層の保磁力が、第２磁性層
   の保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性層が交換結
   合していることを特徴とする磁性薄膜メモリ素子。
2. 【請求項２】 磁化方向として情報を記録する磁性薄膜
   メモリ素子、該磁性薄膜メモリ素子の抵抗値の変化を検
   出するための読み出し線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界
   を印加するための書き込み線を有する磁性薄膜メモリに
   於いて、前記磁性薄膜メモリ素子が、第１磁性層、非磁
   性層、第２磁性層、第３磁性層をこの順で積層した薄膜
   からなり、第１磁性層及び第３磁性層の保磁力が、第２
   磁性層の保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性層が
   交換結合していることを特徴とする磁性薄膜メモリ。
3. 【請求項３】 請求項２記載の磁性薄膜メモリに於い
   て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界
   が、第３磁性層の保磁力より大きく、第１磁性層の保磁
   力より小さい磁界であって、読み出し時に、磁性薄膜メ
   モリ素子に印可する磁界が、積層した状態での第２磁性
   層の保磁力より大きく、第３磁性層の保磁力より小さい
   磁界であることを特徴とする磁性薄膜メモリ。
4. 【請求項４】 請求項２記載の磁性薄膜メモリに於い
   て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界
   が、第１磁性層及び第３磁性層の保磁力より大きく、読
   み出し時に、磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界が、積
   層した状態での第２磁性層の保磁力より大きく、第１磁
   性層及び第３磁性層の保磁力より小さい磁界であること
   を特徴とする磁性薄膜メモリ。
5. 【請求項５】 反強磁性層、第１磁性層、非磁性層、第
   ２磁性層、第３磁性層をこの順で積層した磁性薄膜メモ
   リ素子に於いて、第３磁性層の保磁力が、第２磁性層の
   保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性層が交換結合
   していることを特徴とする磁性薄膜メモリ素子。
6. 【請求項６】 磁化方向として情報を記録する磁性薄膜
   メモリ素子、該磁性薄膜メモリ素子の抵抗値の変化を検
   出するための読み出し線、該磁性薄膜メモリ素子に磁界
   を印加するための書き込み線を有する磁性薄膜メモリに
   於いて、前記磁性薄膜メモリ素子が、反強磁性層、第１
   磁性層、非磁性層、第２磁性層、第３磁性層をこの順で
   積層した薄膜からなり、第３磁性層の保磁力が、第２磁
   性層の保磁力より大きく、第２磁性層と第３磁性層が交
   換結合していることを特徴とする磁性薄膜メモリ。
7. 【請求項７】 請求項６記載の磁性薄膜メモリに於い
   て、書き込み時に、磁性薄膜メモリ素子に印可する磁界
   が、第３磁性層の保磁力より大きく、読み出し時に、磁
   性薄膜メモリ素子に印可する磁界が、積層した状態での
   第２磁性層の保磁力より大きく、第３磁性層の保磁力よ
   り小さい磁界であることを特徴とする磁性薄膜メモリ。