JPH1040676A - 磁気記録媒体及びその使用方法並びに磁気記録装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】磁気的相互作用によらない情報の読み出しを可
能にする磁気記録媒体を提供する。 【解決手段】磁気記録媒体は、半導体層１１と、半導体
層１１にショットキー接合を介して接続された積層膜２
１と、積層膜２１にトンネル絶縁膜４１を介して接続さ
れた非磁性金属膜３１とを有する。積層膜２１は、第１
磁性体膜２２／非磁性体膜２３／第２磁性体膜２４から
なる。第１磁性体膜２２は磁化方向が固定される一方、
第２磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割される。
第１及び第２磁性体膜２２、２４は磁気的に非結合状態
になっている。非磁性金属膜３１からトンネル絶縁膜４
１を介して記録磁区２５にホットエレクトロンが注入さ
れ、各磁区２５の記録磁化方向に依存して変化する半導
体層１１から流出する電流に基づいて磁気記録が読み出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は大量の情報の書き込
み及び読み出しが可能な磁気記録媒体及びその使用方法
並びに磁気記録装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】磁気記録の高密度化及び高速化は、磁気
記録媒体の改良と並んで、磁気記録装置の進歩、なかで
も磁気記録の書き込み及び読み出しに用いられる磁気ヘ
ッドの進歩に負うところが多い。例えば、近年の磁気記
録媒体の小型化及び大容量化に伴って、磁気記録媒体と
読み出し用磁気ヘッドとの相対速度は小さくなってきて
いる。そこで、小さな相対速度であっても大きな出力が
取り出せる新しいタイプの読み出し用磁気ヘッドとし
て、巨大磁気抵抗効果ヘッド（ＧＭＲヘッド）が注目さ
れている。

【０００３】しかしながら磁気記録に内在する究極の問
題として微小磁区の安定性の問題、なかでも読み出しに
伴う記録情報の破壊の問題がある。かかる観点におい
て、磁気ヘッドと磁区との磁気的相互作用を利用した従
来の読み出し方法は微小磁区を破壊しやすい。従って、
磁気的相互作用によらない新しい読み出し方法とその方
法に適した新しい記録媒体の開発が望まれている。

【０００４】また従来の磁気記録媒体は磁気ディスク即
ちファイルメモリとして機能し、その情報は一旦コンピ
ュータ本体の半導体メモリに読み込まれる。このため、
その動作は遅くまたコンピュータ本体のメモリを大量に
消費するという欠点をもっている。従って、読み出し時
にコンピュータ本体から直接電気的にアクセスできる新
しいタイプの記録媒体が望まれている。このような新し
いタイプのメモリとして、従来から開発が進められてい
るフラッシュメモリや近年注目されているＦＲＡＭなど
のメモリがある。しかし、前者は記録密度に関して、後
者は強誘電体薄膜の形成に関して多くの課題を抱えてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
磁気記録は、記録密度の上昇に伴う読み出し時の情報破
壊の問題や、コンピュータ本体から直接アクセスができ
ないという問題を有している。

【０００６】本発明は、このような状況に鑑みてなされ
たもので、磁気的相互作用によらない情報の読み出し方
法とそれを可能にする記録媒体並びに磁気記録装置を提
供することを目的とする。本発明はまた、読み出し時に
コンピュータ本体から直接電気的にアクセス可能な磁気
記録媒体並びに磁気記録装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の第１の視点は、
磁気記録媒体において、第１磁性体膜と複数の記録磁区
を有する第２磁性体膜とを含む積層膜と、前記積層膜の
一方の面にショットキー接合を介して接続された半導体
層と、を具備することを特徴とする。

【０００８】本発明の第２の視点は、第１の視点の磁気
記録媒体において、前記積層膜の他方の面にトンネル接
合部を介して接続された金属膜を更に具備することを特
徴とする。

【０００９】本発明の第３の視点は、第１の視点の磁気
記録媒体において、前記積層膜の他方の面にショットキ
ー接合を介して接続された半導体膜を更に具備すること
を特徴とする。

【００１０】本発明の第４の視点は、第１の視点の磁気
記録媒体において、前記第１及び第２磁性体膜がトンネ
ル接合部を介して接続されることを特徴とする。本発明
の第５の視点は、第２または４の視点の磁気記録媒体に
おいて、前記トンネル接合部が、第１及び第２障壁層
と、前記第１及び第２障壁層間に介在する量子井戸層
と、を含む共鳴トンネル構造を具備することを特徴とす
る。

【００１１】本発明の第６の視点は、第１乃至５のいず
れかの視点の磁気記録媒体において、前記積層膜が、前
記第１及び第２磁性体膜間に介在する非磁性体膜を更に
具備することを特徴とする。

【００１２】本発明の第７の視点は、第１乃至６のいず
れかの視点の磁気記録媒体において、前記半導体層と前
記第１磁性体膜とが前記ショットキー接合を介して接続
されること特徴とする。

【００１３】本発明の第８の視点は、第１乃至７のいず
れかの視点の磁気記録媒体の使用法法において、前記記
録磁区に沿ってプローブを走査させながら、前記プロー
ブから各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁区の
記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から流出
する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴とす
る。

【００１４】本発明の第９の視点は、第１乃至７のいず
れかの視点の磁気記録媒体の使用法法において、前記記
録磁区に対応して前記磁気記録媒体に配線を接続し、前
記配線から各磁区にホットエレクトロンを注入し、各磁
区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層から
流出する電流に基づいて磁気記録を読み出すことを特徴
とする。

【００１５】本発明の第１０の視点は、磁気記録装置に
おいて、マトリックスとして配置された前記記録磁区を
有する第１乃至７のいずれかの視点の磁気記録媒体と、
各磁区にホットエレクトロンを注入するための複数の注
入線と、夫々が各磁区と前記注入線とを接続するように
配設された複数のスイッチング素子と、前記スイッチン
グ素子をオン及びオフするため複数のアドレス線と、各
磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層か
らの電流を注出するための複数の注出線と、を具備する
ことを特徴とする。

【００１６】本発明の第１１の視点は、第１０の視点の
磁気記録装置において、各アドレス線と各注出線とが共
通のワード線からなることを特徴とする。本発明の第１
２の視点は、第１０または１１の視点の磁気記録装置に
おいて、夫々が各スイッチング素子を介して前記注入線
に接続された、各磁区の記録磁化方向を書替えるための
複数の磁場発生手段を更に具備することを特徴とする。

【００１７】本発明の第１３の視点は、第１２の視点の
磁気記録装置において、前記スイッチング素子と前記記
録磁区とが前記磁場発生手段を介して接続されることを
特徴とする。

【００１８】

【発明の実施の形態】まず、図１乃至図４を参照して、
本発明に係る磁気記録の原理を説明する。磁性体の中で
は、電子状態密度に関し、アップスピンバンドとダウン
スピンバンドとが分裂している。例えば、図１（ａ）に
示すように、磁性体膜Ｆ１／非磁性体膜Ｎ１／磁性体膜
Ｆ２構造の積層膜ＭＬＦにおいて、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２
の磁化方向ＭＤ１、ＭＤ２が逆向きであるとする。この
場合、図１（ｂ）、（ｃ）に示すように、磁性体膜Ｆ
１、Ｆ２における電子状態密度は、アップスピン電子
（図において上向き矢印で示す）及びダウンスピン電子
（図において下向き矢印で示す）に関して逆の特性を有
するようになる。

【００１９】図２（ａ）は積層膜ＭＬＦの磁性体膜Ｆ２
にトンネル障壁ＴＢを介して非磁性体膜Ｎ２が接続され
ると共に、磁性体膜Ｆ２にシリコン等からなる半導体膜
ＳＥＭがショットキー接合された構造を示す。この構造
において、非磁性体膜Ｎ２が負となるように非磁性体膜
Ｎ２と積層膜ＭＬＦとの間に電圧が印加されると、非磁
性体膜Ｎ２からは、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２のフェルミ準位
Ｅ_F より高いエネルギーＥＮを有する電子（ホットエレ
クトロン）が発生する。

【００２０】ここでまず、図２（ａ）に示すように、磁
性体膜Ｆ１、Ｆ２の磁化方向ＭＤ１、ＭＤ２が逆向き
（反平行）のままであるとする。この場合、エネルギー
ＥＮにおける磁性体膜Ｆ２の電子状態密度は、ダウンス
ピン電子に対して高く、アップスピン電子に対して実質
的に零である。このため、非磁性体膜Ｎ２からは、ダウ
ンスピン電子のみがトンネル障壁ＴＢを通過し、磁性体
膜Ｆ２に至る。しかし、エネルギーＥＮにおける磁性体
膜Ｆ１の電子状態密度はダウンスピン電子に対して実質
的に零である。このため、トンネル障壁ＴＢを通過した
ダウンスピン電子は磁性体膜Ｆ１により反射され、磁性
体膜Ｆ２から磁性体膜Ｆ１に進むことはできない。

【００２１】次に、図２（ｂ）に示すように、磁性体膜
Ｆ２の磁化方向が変化し、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の磁化方
向ＭＤ１、ＭＤ２が同じ（平行）となったとする。この
場合、エネルギーＥＮにおける磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の電
子状態密度は共に、アップスピン電子に対して高く、ダ
ウンスピン電子に対して実質的に零である。このため、
非磁性体膜Ｎ２からは、アップスピン電子のみがトンネ
ル障壁ＴＢ及び磁性体膜Ｆ２を通過し、更に、反射され
ることなく磁性体膜Ｆ１に進むことができる。

【００２２】『非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとの間の
印加電圧が、磁性体膜Ｆ１と半導体膜ＳＥＭとの間のシ
ョットキー障壁の高さを超えると、磁性体膜Ｆ１に至っ
たアップスピン電子の一部は半導体膜ＳＥＭに流れ込
む。一旦半導体膜ＳＥＭ内に流れ込んだ電子は、接合電
場のために積層膜ＭＬＦに戻ることはできず、半導体膜
ＳＥＭ内でエネルギーを失い、コレクタ電流となる。
｛ＯＫ？｝』電子の注入源となる非磁性体膜Ｎ２と積層
膜ＭＬＦとをトンネル接合を介して接続すると、注入電
子（ホットエレクトロン）のエネルギーを自在に変える
ことができる。例えば、図３及び図４に夫々示すよう
に、代表的な強磁性体であるＦｅやＣｏの『電子状態密
度｛ＯＫ？｝』は、フェルミ準位よりぞれぞれ約１．５
ｅＶ及び約１．２ｅＶ上に鋭い極大を持っている。従っ
て、トンネル接合を使用することにより、磁性体膜Ｆ
１、Ｆ２の電子状態密度の極大に合うような特定のエネ
ルギーの電子を、非磁性体膜Ｎ２から選択的に注入する
ことができる。これにより、例えば、ショットキー接合
を介して電子を注入する場合に比べて高い感度が得られ
るようになる。｛ＯＫ？｝』』図５は本発明の実施の形
態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。

【００２３】図５に示す磁気記録媒体においては、コレ
クタ１０となる半導体層１１上に、ショットキー接合を
介してベース２０となる積層膜２１が配設される。積層
膜２１は、第１磁性体膜２２／非磁性体膜２３／第２磁
性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２は、磁化方向が
固定され且つ半導体層１１とショットキー接合を形成す
る。第２磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割され
る。第１及び第２磁性体膜２２、２４は、非磁性体膜２
３の膜厚を適当に選択することにより『磁気的に』非結
合状態になっている。

【００２４】『半導体層１１としては例えばｎ型シリコ
ン基板が用いられる。第１及び第２磁性体膜２２、２４
としては例えばＣｏ膜、ＣｏＦｅ膜、ＮｉＦｅ膜等の強
磁性体膜が用いられる。非磁性体膜２３としては例えば
Ｃｕ膜、Ａｇ膜等の非磁性金属膜が用いられる。｛ＯＫ
？｝』第２磁性体膜２４の記録磁区２５の磁化方向は
「１」、「０」信号に対応し、第１磁性体膜２２の磁化
方向と同じ（平行）または逆（反平行）に設定される。
即ち、各記録磁区２５の磁化方向は、本磁気記録媒体に
記録される情報に従って、予め磁気ヘッド（図示せず）
によって任意に設定される。

【００２５】記録情報の読み出しは、図５に示すよう
に、エミッタ３０として機能する非磁性プローブＰ１を
介して行われる。この時、エミッタ／ベース間には、半
導体層１１と第１磁性体膜２２との間のショットキー障
壁の高さを超える直流電圧が印加される。このため、非
磁性体膜２３が負となるように、プローブＰ１と非磁性
体膜２３との間に直流電源Ｖ１が接続される。また、コ
レクタ１０各記録磁区２５の磁化方向に依存して変化す
る半導体層１１から流出する電流は、電流計Ａ１により
検出される。電流計Ａ１は半導体層１１の表面或いは裏
面には配設されたオーミック電極（図示せず）と非磁性
体膜２３との間に接続される。

【００２６】前述の如く、第１及び第２磁性体膜２２、
２４の磁化方向が平行な場合は、磁化方向が反平行な場
合よりも、大きな電流が電流計Ａ１で検出される。従っ
て、検出された電流値から、記録情報を表す信号
「１」、「０」を読み出すことができる。この読み出し
方法では、磁気ヘッドに換えて非磁性プローブＰ１を用
いているため、微小記録磁区を磁気的に破壊することな
く情報の読み出しを行うことができる。

【００２７】より具体的には、ベース／エミッタ間に直
流電源Ｖ１から電圧を印加すると、エミッタ３０である
非磁性プローブＰ１からベース２０にホットエレクトロ
ンが注入される。ベース２０が電子の非弾性散乱長に比
べて十分に薄ければ、ホットエレクトロンはエネルギー
を失わずにベース／コレクタ界面に到達する。注入電圧
がベース／コレクタ間のショットキー障壁の高さより低
い場合は、ホットエレクトロンはコレクタ内にはいるこ
とはできず、ベースから流れ出す。

【００２８】注入電圧がショットキー障壁の高さを超え
ると、ホットエレクトロンの一部はコレクタ１０内に流
れ込むが、一度コレクタ１０内に流れ込んだホットエレ
クトロンは、接合電場のためにベース２０に戻ることは
できず、コレクタ１０内でエネルギーを失い、コレクタ
から電流計Ａ１を通って流れ出す。

【００２９】ベース２０が上述のような積層膜２１で形
成されている場合、ベース２０内に注入されたホットエ
レクトロンがベース／コレクタ界面に到達する率は、積
層膜２１の第１及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向
に強く依存する。即ち、第１及び第２磁性体膜２２、２
４の磁化方向が同じ場合には、ホットエレクトロンはス
ピン散乱を受けずにコレクタ１０に到達できるが、第１
及び第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が逆向きの場合
には、強いスピン散乱を受けるため、ほとんどがコレク
タ１０に到達できず、ベース２０でエネルギーを失い、
ベース２０から流れ出てしまう。

【００３０】この現象は、前述の図１（ｂ）（ｃ）に模
式的に示すように、強磁性体では、アップスピン及びダ
ウンスピンの電子状態密度が非対称であることに起因す
る。特に、Ｆｅ、Ｃｏなどの強磁性体ではフェルミ準位
の上方でアップスピンとダウンスピンの電子状態密度が
著しく非対称となる。なお、ホットエレクトロンのスピ
ンの向きが非磁性体膜２３内で保たれるように、非磁性
体膜２３の厚さはスピン拡散長に比較して十分薄くなる
ように設定される。 ［実施例１］図５に示す磁気記録媒体の具体的な作成例
とその特性を示す。

【００３１】コレクタ１０の半導体基板１１として、硼
素を１０¹⁶／ｃｍ³ ドープしたｎ型シリコンを用い、そ
の上に磁性積層膜２１を真空蒸着法により形成した。第
１磁性体膜２２には保磁力が約３００エルステッドの角
形ヒステリシスを示すＣｏＦｅ合金膜を、第２磁性体膜
２４には保磁力が約３０エルステッド、飽和磁場が約６
０エルステッドのＦｅ膜を、非磁性体膜２３にはＡｕ膜
を用いた。膜２２、２３、２４の膜厚は夫々２ｎｍ、１
０ｎｍ、２ｎｍとし、磁化測定により第１及び第２磁性
体膜２２、２４が『磁気的に』非結合状態にあることを
確認した。

【００３２】ベース／コレクタ間のショットキー接合
は、ｎ型シリコン基板１１の表面の自然酸化膜を弗酸に
より除去した後、１ｎｍの厚さのＡｕ膜を介在させるこ
とによって行った。Ａｕ膜を介在させたのはリークの少
ない良好なショットキー接合を形成するためである。コ
レクタ１０へのオーミックコンタクトは、ＡｕＳｂ合金
をシリコン基板１１の裏面に真空蒸着した後に熱処理す
ることにより行った。

【００３３】エミッタに対応する非磁性プローブＰ１及
びそれからのホットエレクトロン注入には走査型トンネ
ル顕微鏡（ＳＴＭ）装置を改造して用いた。ＳＴＭ装置
を用いると、プローブとベース電極との間に流れるトン
ネル電流を一定に保ったまま、プローブ／ベース間の電
圧を上昇させることができる。非磁性プローブＰ１には
電解研磨の後電界蒸発法で形成したＲｅプローブを用
い、一方コレクタ電流の測定は、オペレーショナルアン
プ回路で行った。

【００３４】トンネル電流Ｉを一定に保ちながらプロー
ブ／ベース間の電圧Ｖを増加させたところ、電圧Ｖがベ
ース／コレクタ間のショットキー障壁（〜０．８Ｖ）を
越えると、コレクタ電流Ｉｃが流れ始めた。電圧Ｖと電
流Ｉとを適当な値に固定した状態でプローブを走査し、
プローブ位置によるコレクタ電流Ｉｃの変化を画像処理
したところ、数１０ミクロンの大きさの明暗の縞模様が
観測された。この縞模様は第１及び第２磁性体膜２２、
２４の磁化方向の相対関係を反映する。即ち、第１及び
第２磁性体膜２２、２４の磁化方向が同じ領域はＩｃが
大きいので明るく、逆の領域はＩｃが小さいので暗くな
る。

【００３５】次に、約３００エルステッドの外部磁場を
膜に平行に印加して第１磁性体膜２２を一旦飽和させた
後、外部磁場零の下で上述の測定と同様な測定を行っ
た。その結果、先と同様な明暗の縞模様が観測された。
しかし、この場合、第１磁性体膜２２の磁化方向は一様
に一方向を向いているので、縞模様は第２磁性体膜２４
の記録磁区２５の磁化方向に対応する。即ち、第１磁性
体膜２２の磁化方向に対して磁化方向が平行な記録磁区
２５は明るく、磁化方向が反平行な記録磁区２５は暗く
なる。

【００３６】次に、プローブＰ１を適当な一つの記録磁
区２５の位置に固定し、振幅±６０エルステッド、振動
数１ｋＨｚの外部磁場を印加した状態でコレクタ電流Ｉ
ｃを観測した。その結果、図１８に示すようにＩｃが外
部磁場に同期して変化するのが観測された。即ち、この
結果から、記録磁区２５の磁化方向を電気的に読み出す
ことができることが判明した。

【００３７】図６は本発明の別の実施の形態に係る磁気
記録媒体を概念的に示す。図６に示す磁気記録媒体にお
いては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、ショッ
トキー接合を介してベース２０となる積層膜２１が配設
される。積層膜２１上には、トンネル絶縁膜４１からな
るトンネル接合部４０を介して、エミッタ３０となる非
磁性金属膜３１が配設される。積層膜２１は、図５に示
す磁気記録媒体と同様、第１磁性体膜２２／非磁性体膜
２３／第２磁性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２
は、磁化方向が固定され且つ半導体層１１とショットキ
ー接合を形成する。第１及び第２磁性体膜２２、２４
は、非磁性体膜２３の膜厚を適当に選択することにより
『磁気的に』非結合状態になっている。ベース２０及び
エミッタ３０は、第２磁性体膜２４の複数の記録磁区２
５に対応するように、トレンチに埋め込まれた絶縁膜１
２により分割される。

【００３８】図６に示す磁気記録媒体の記録情報の読み
出しは、図５に示すプローブＰ１を用いて行うこともで
きるが、後述するように、記録磁区２５に対応して磁気
記録媒体に接続した配線を用いて行うこともできる。即
ち、配線からエミッタ３０及びトンネル接合部４０を介
して、各磁区２５にホットエレクトロンを注入し、各磁
区の記録磁化方向に依存して変化する半導体層１１から
流出する電流に基づいて磁気記録を読み出す。配線を介
してホットエレクトロンを注入することにより、各軸２
５に対してコンピュータ本体から直接電気的にアクセス
することが可能となる。また、トンネル接合を使用する
ことにより、前述の如く、第１及び第２磁性体膜２２、
２４の電子状態密度の極大に合うような特定のエネルギ
ーの電子を、非磁性金属膜３１から選択的に注入するこ
とができる。 ［実施例２］図６に示す磁気記録媒体の具体的な作成例
とその特性を示す。

【００３９】実施例１と同様な方法で、コレクタ１０と
なるｎ型Ｓｉ基板１１を調製し、その上にＦｅＣｏ／Ａ
ｕ／Ｆｅ磁性積層膜２１を形成した。次に、積層膜２１
上にＡｌ膜を５ｎｍ蒸着し、その表面をＯ₂ −Ｈ₂ Ｏ混
合ガスで酸化してトンネル絶縁膜４１を形成した。エミ
ッタ３０となる非磁性金属膜３１には厚さ２００ｎｍの
Ａｌ膜を用い、エミッタ／ベース間のトンネル接合はＡ
ｌ／ＡｌＯ_x ／Ａｌの構造とした。ベース／コレクタ間
の層間絶縁膜にはシリコン熱酸化膜を用い、エミッタ／
ベース間の層間絶縁膜にはＳｉＯを用いた。接合面積は
１μｍ×１μｍで、接合内でスピンバルブ膜が単磁区構
造となるようにした。

【００４０】実施例１と同様に、３００エルステッドの
外部磁場で第１磁性体膜２２の磁化を飽和させた後、＋
６０エルステッド或いは−６０エルステッドの外部磁場
を印加した。この状態でトンネル電圧Ｖを増大させたと
ころ、０．８Ｖ以上でコレクタ電流Ｉｃが観測された。
ここで、外部磁場が＋６０エルステッドの場合（図１９
に線Ｌａで示す）の電流は、外部磁場が−６０エルステ
ッドの場合（図１９に線Ｌｂで示す）の電流より約１桁
大きくなった。外部磁場は第２磁性体膜２４の磁化方向
を決定するものであるから、第２磁性体膜２４の磁化方
向によってＩｃが大きく相違したこととなる。即ち、こ
の結果から、記録磁区２５の磁化方向を直接電気的に読
み出すことができることが判明した。

【００４１】図７は本発明の更に別の実施の形態に係る
磁気記録媒体を概念的に示す。図７に示す磁気記録媒体
においては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、シ
ョットキー接合を介してベース２０となる積層膜２６が
配設される。積層膜２６は第１磁性体膜２２／非磁性体
膜２３からなる。積層膜２６上には、トンネル絶縁膜４
１からなるトンネル接合部４０を介して、エミッタ３０
となる第２磁性体膜２４が配設される。即ち、第１磁性
体膜２２がベース２０に含まれる一方、第２磁性体膜２
４がエミッタ３０に含まれる。

【００４２】第１磁性体膜２２は、磁化方向が固定され
且つ半導体層１１とショットキー接合を形成する。第２
磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割される。第１
及び第２磁性体膜２２、２４は『磁気的に』非結合状態
になっている。ベース２０及びエミッタ３０は、第２磁
性体膜２４の複数の記録磁区２５に対応するように、ト
レンチに埋め込まれた絶縁膜１２により分割される。

【００４３】図８は本発明の更に別の実施の形態に係る
磁気記録媒体を概念的に示す。図８に示す磁気記録媒体
は、図７に示す構造の非磁性体膜２３が省略された構造
を有する。図８に示す構造では、但し、第１及び第２磁
性体膜２２、２４が『磁気的に』非結合状態となるよう
に、トンネル絶縁膜４１を厚くすることが必要となる。

【００４４】図７及び図８に示す磁気記録媒体の記録情
報の読み出しは、図５に示すプローブＰ１を用いて行う
こともできるが、図６に示す磁気記録媒体と同様、記録
磁区２５に対応して磁気記録媒体に接続した配線を用い
て行うこともできる。

【００４５】図７及び図８に示す磁気記録媒体は図６に
示す磁気記録媒体に比較してベース２０内の膜の数が少
なくなるため、ベース２０部を薄くすることができる。
また、ベース２０内の界面の数が少なくなるため、スピ
ンの向きに依存しない散乱が減少する。このため、ホッ
トエレクトロン電流及び従ってコレクタ電流が増加し、
情報の読み出し特性が向上する。このような理由から、
図７及び図８に示す磁気記録媒体では図６に示す磁気記
録媒体よりも優れた特性を期待することができる。

【００４６】次に、エミッタ３０とベース２０との間で
電子の注入を制御するトンネル接合部として共鳴トンネ
ル接合を使用した実施の形態について述べる。近年、量
子効果デバイスが注目される中、共鳴トンネルデバイス
は室温動作がすでに確認されている量子効果デバイスと
して知られている（Ｒｉｃｈａｒｄ．Ａ．Ｋｉｅｈｌａ
ｎｄ，Ｔ．Ｃ．Ｌ．Ｇｅｒｈａｒｄ Ｓｏｌｌｎｅｒ，
Ｈｉｇｈ Ｓｐｅｅｄ Ｈｅｔｅｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒ
ｅ Ｄｅｖｉｃｅｓ，Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒｓ
ａｎｄ Ｓｅｍｉｍｅｔａｌｓ ４１）。共鳴トンネル
ダイオードは、図９に示されている様な半導体ヘテロ接
合を用いたデバイスについては実験及び理論計算が数多
くなされている。特に、図９の様な構造を持つ共鳴トン
ネルダイオードは二重障壁共鳴トンネルダイオードと呼
ばれ、ＡｌＧａＡｓの領域が障壁部分に相当している。
また、障壁の数は幾つあっても共鳴トンネル現象が起こ
ることは良く知られている。

【００４７】図１０はカソードの電圧の変化に対するア
ノード電流の変化を示す（Ｈ．Ｏｈｎｉｓｈｉ ａｎｄ
ｅｔ．ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４９
（１９８６），１２４８）。図１０からもわかるよう
に、特定の電圧において電流電圧特性に鋭いピークが見
られるのがわかる。この現象が共鳴トンネル現象として
知られており、障壁に挟まれた量子井戸と呼ばれる領域
にできる共鳴準位とカソードのフェルミ準位が一致した
時、電子のトンネル確率が１となり、電子のトンネル抵
抗が小さくなる現象として理解される。この様に共鳴ト
ンネルダイオードは、図１０に示すように負微分電流電
圧特性を示し、非常に感度が良い。

【００４８】この半導体ヘテロ接合を用いた二重障壁ト
ンネルダイオードに磁場を印加すると、ゼーマン効果が
おき、量子井戸内の共鳴準位が電子のスピンに応じて、
分裂を起こす。このため、カソード側から注入された電
子のスピンの状態（アップまたはダウン）の違いによ
り、電流電圧特性のピークの位置に相違が現れる。この
現象を用いることにより、カソード側の電子のスピン状
態をアノード電流のピークの位置を測定することによ
り、識別することが可能である。

【００４９】共鳴トンネルデバイスは、半導体ヘテロ接
合を用いたデバイスについて実験が主になされてきた
が、現象そのものは図９に示す構造を持っていれば材料
に依存しない。しかし、量子井戸におけるフォノン等の
散乱が少なく、電子濃度が希薄な状態の方が共鳴トンネ
ル現象が顕著に見えるため、多くの実験が半導体の中で
なされてきた。よって、金属／絶縁体または金属／半導
体のヘテロ接合を用いた共鳴トンネルダイオードについ
ても共鳴トンネル現象は見え、昨今この様な系を用いた
共鳴トンネルダイオードの実験報告もなされてきてい
る。

【００５０】金属（ＣｏＳｉ₂ ）／絶縁体（ＣａＦ₂ ）
ヘテロ接合はバンド不連続が１５ｅＶと大きく、半導体
ヘテロ接合のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのバンド不連続
０．２５ｅＶに比較して６０倍以上ある。図９に示す構
造の障壁にＣａＦ₂ 、量子井戸にＣｏＳｉ₂ を用いるこ
とにより、二重障壁トンネルダイオードを実現すること
ができる。バンド不連続が大きいため、カソードから注
入された電子のトンネル確率が低いので、障壁及び量子
井戸層を薄くすることが必要であるが、『障壁層を０．
９ｎｍ、量子井戸層を１．９ｎｍ｛ＯＫ？｝』でつくる
ことにより共鳴トンネル現象を期待することができる。

【００５１】また、金属／絶縁体のヘテロ接合について
は半導体ヘテロ接合と異なり、数分子層を制御する技術
があり、この様な共鳴トンネルダイオードを実現するこ
とができる。実際、このＣａＦ₂ ／ＣｏＳｉ₂ ヘテロ接
合を用いた３重障壁共鳴トンネルダオードについては室
温により負微分抵抗特性が確認されている（Ｔ．Ｓｕｅ
ｍａｓｕ ａｎｄ ｅｔ．ａｌ．，Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｌｅｔｔ．２８，１４３２（１９９２））。また、金属
（ＮｉＡｌ）／半導体（ＡｌＡｓ）ヘテロ接合共鳴トン
ネルダイオードについても負微分抵抗特性が確認されて
いる（Ｎ．Ｔａｂａｔａｂａｉｅ ａｎｄ ｅｔ．ａ
ｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．，５３，２５２
８（１９８８））。

【００５２】前記理由により、他の金属／絶縁体ヘテロ
接合についても実現可能である。たとえば、金属にＦｅ
を用いて、この上にＡｌを成長させて、このＡｌを酸化
させることにより、金属（Ｆｅ）／絶縁体（Ａｌ₂ Ｏ
₃ ）ヘテロ接合をつくることができる。このヘテロ接合
のバンド不連続も１５ｅＶ程度の大きさを持ち、膜厚を
ＣａＦ₂ ／ＣｏＳｉ₂ ヘテロ接合と同程度の大きさにす
ることにより、共鳴トンネルダイオードを実現すること
ができる。

【００５３】更に、この様に、量子井戸にＦｅの様な強
磁性体を用いれば、分子場によりアップスピン電子とダ
ウンスピン電子との間に１ｅＶ程度のエネルギー準位の
差が生じている。このため、量子井戸の共鳴準位もアッ
プスピン電子とダウンスピン電子とで分裂を起こしてい
ることになる。よって、カソード側から入ってくる電子
のスピン状態によって電流電圧特性のピークの位置に相
違が生じることになり、カソード側の電子のスピン状態
を識別することが可能になる。

【００５４】また、この様な強磁性体を用いた共鳴トン
ネルダイオードは、半導体ヘテロ接合共鳴トンネルダイ
オードと異なり、強磁場を外部から印加することなく、
カソードの電子のスピン状態を識別することが可能にな
る。また、金属／半導体ヘテロ接合として、Ｆｅ／Ｚｎ
Ｓｅヘテロ接合を用いることも可能である。更に、グラ
ファイトの様な半金属を障壁部分に用いることも可能で
ある。特に、グラファイトは面に垂直方向に状態がない
ため、絶縁体的な振る舞いとすると同時に、分子層ごと
の制御がしやすいので障壁部分を作成しやすい特徴をも
つ。

【００５５】共鳴トンネル接合部は、図６乃至図８を参
照して述べた実施の形態のいずれのトンネル接合部とし
ても使用することができる。図１１は、その一例とし
て、図６に示す磁気記録媒体に共鳴トンネル接合部を用
いた構造を概念的に示す。図１１中、図６と共通する部
分には同一符号を付してあり、それらの詳細な説明は必
要に応じてのみ行う。

【００５６】即ち、この磁気記録媒体は、コレクタ１
０、ベース２０及びエミッタ３０を有し、エミッタ／ベ
ース間のトンネル接合部５０として二重障壁共鳴トンネ
ルダイオードが使用される。トンネル接合部５０は、ベ
ース２０側に位置する一方の障壁である半導体からなる
障壁層５１、量子井戸に相当する半導体からなる量子井
戸層５２、エミッタ３０側に位置する他方の障壁である
半導体からなる障壁層５３を有する。なお、トンネル接
合部５０に用いる共鳴トンネルダイオードには、半導体
ヘテロ接合共鳴トンネルダイオード以外にも、前述の金
属／絶縁体ヘテロ接合若しくは金属／半導体共鳴トンネ
ルダイオードを用いることもできる。また、二重障壁共
鳴トンネルダイオードに代え、三重障壁共鳴トンルダイ
オード若しくはそれ以上の障壁を持つ共鳴トンネルダイ
オードを用いることも可能である。

【００５７】トンネル接合部５０は、共鳴トンネルダイ
オードの共鳴準位が、ベース／コレクタ間のショットキ
ー障壁の高さを越えるものでなくてはならない。この共
鳴準位は、共鳴トンネルダイオードの材料及び量子井戸
の厚さを適当に選ぶことにより適宜設定可能である。ま
た、共鳴トンネルデバイスの注入電圧に対するコレクタ
電流の感度を良くするため、ベース／コレクタ間電圧を
逆電圧にすることにより、ベース／コレクタ間障壁の高
さを調整することも可能である。

【００５８】図１１に示す磁気記録媒体においては、ト
ンネル接合部５０に共鳴トンネルデバイスを用いてお
り、エミッタ３０の金属膜３１とベース２０の積層膜２
１とを絶縁すると共に、共鳴準位に匹敵するエミッタ電
圧に対しては、トンネル確率１で積層膜２１にホットエ
レクトロンを注入することが可能になる。即ち、エミッ
タから注入するホットエレクトロンのエネルギーがトン
ネル確率により選択され、エネルギー幅の狭い電子を注
入することが可能になる。よって、これにより、注入さ
れる電子のエネルギーが選択されるので、図１（ａ）、
（ｂ）に示すような状態密度をもつ磁性体を考慮する
と、注入される電子のエネルギー幅が小さい分より高い
感度が期待される。更に、金属／絶縁体ヘテロ接合共鳴
トンネルダイオードのようにバンド不連続が大きい材料
を用いれば、共鳴準位の線幅が細くなるので、より高感
度の磁気抵抗効果を期待することができる。

【００５９】エミッタ３０の金属膜３１とトンネル接合
部５０との間に、更に薄い絶縁膜をはさみ込み、電流密
度の大きさを調整することにより電流密度の絶対値を調
整することが可能である。また、トンネル接合部５０の
共鳴トンネルダイオードの障壁の厚さを調整すことによ
っても、電流密度の絶対値を調整することが可能であ
る。

【００６０】図１２は本発明の更に別の実施の形態に係
る磁気記録媒体を概念的に示す。図１２に示す構造は、
エミッタ３０としてコレクタ１０と同様な半導体層３２
を用いたものである。即ち、エミッタ３０とベース２０
とは第２のショットキー接合を形成する。従って、エミ
ッタ３０からベース２０への電子の注入がトンネル過程
ではなく、ショットキー接合を介して熱的過程によって
行われる。図１２に示す磁気記録媒体のそれ以外の原理
については図６に示す磁気記録媒体と同様である。

【００６１】図１２に示す磁気記録媒体は、しかし、図
６に示す磁気記録媒体と比べると注入電圧を十分に高く
することはできないため、注入電流に比較してコレクタ
電流が小さくなりやすい。その理由は、ベース／コレク
タ界面のホットエレクトロンの透過率がそのエネルギー
に大きく依存するためである。また、２つのショットキ
ー接合を良好に形成する上で、成膜条件や膜構造等を良
好に制御する必要がある。従って、これらの観点から
は、本発明におけるより好ましい態様は前述のようにト
ンネル接合を介して電子を注入するタイプの磁気記録媒
体である。

【００６２】更に、図１２に示す磁気記録媒体において
は、エミッタ３０となる半導体層３２に偏光した光を照
射してスピン偏極電子を励起し、ホットエレクトロンと
してベース２０に注入してもよい。このような構成とし
た場合、半導体層３２にはＧａＡｓ、ＧａＡｌＡｓ、Ｃ
ｄＳｅ、ＣｄＴｅ等の化合物半導体やＣｄＳｉＡｓ₂等
のカラコパライト型半導体に代表される直接遷移型半導
体が用いられる。このような直接遷移型半導体に円偏光
を照射すると、円偏光の偏光方向に基く極性を持つスピ
ン偏極電子が励起される。このようなスピン偏極電子が
励起された半導体は、スピン偏極した電子を注入するエ
ミッタ３０として機能し得る。

【００６３】『なお、図５乃至図１２の磁気記録媒体に
おいて、第１及び第２磁性体膜２２、２４には、膜面に
平行或いは垂直な方向に一軸性の磁気異方性が導入され
ていることが望ましい。また、非磁性体膜２３として、
第１及び第２磁性体膜２２、２４との間で原子拡散の少
ない非磁性金属膜を用いることが望ましい。更に、非磁
性体膜２３として、ホットエレクトロンの界面散乱を小
さくするため、状態密度の大きい反強磁性体膜を用いる
ことが望ましい。また、半導体層１１と積層膜２１との
間は、金属層を介在させてショットキー特性を改善する
ことができる。また、積層膜２１上に保護層やトンネル
特性を改善するための金属層を介在させることができ
る。｛ＯＫ？｝』本発明に係る磁気記録媒体の使用態様
としては、次のようなものを例示することができる。

【００６４】第１は、通常の磁気ディスクと同様な使用
態様である。情報の書き込みは磁気ヘッドで行い、読み
出しを非磁性プローブからホットエレクトロンを注入す
ることによって行う（図５参照）。

【００６５】第２は、半導体ＲＯＭとして用いる態様で
ある。ＲＯＭパッケージ或いはＲＯＭカードとして予め
情報を記録しておきコンピュータ本体に装着して用い
る。読み出しはトンネル接合からホットエレクトロンを
注入することによって行う（図６参照）。

【００６６】第３は、上述の第１及び第２の使用態様の
中間的な新規な態様である。即ち、情報の書き込みは磁
気ディスクと同様に磁気ヘッドを用いて行い、読み出し
はトンネル接合を介してホットエレクトロンを注入する
ことによって行う。この場合、図１３に模式的に示すよ
うに、磁気ディスク７２上にメモリセル領域７４と交互
に、各ビットにアクセスするための回路７６を形成する
ことができる。

【００６７】第４は、上述の第２の使用態様に加えてＲ
ＯＭに書き込み用の配線を更に設け、ＳＲＡＭとして用
いる態様である。この場合、書き込み用の配線を介して
供給される電流により発生する磁場を用いて情報を書き
込むことができる。

【００６８】次に、本発明に係る磁気記録媒体を用いた
ＲＯＭ或いはＲＡＭ、即ち本発明に係る磁気記録装置に
ついて説明する。図１４は、図６乃至図８並びに図１１
及び図１２のいずれかに示す磁気記録媒体を用いて構成
したＲＯＭを示す回路図である。

【００６９】図において、磁気記録媒体の各記録磁区２
５に対応する、コレクタ１０、ベース２０及びエミッタ
３０の部分からなる単位構造（図６乃至図８並びに図１
１及び図１２参照）即ち３端子ユニット６４は、バイポ
ーラトランジスタとして示される。ＲＯＭの各メモリセ
ル６２は、１つの３端子ユニット６４と、スイッチング
素子である１つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６６
とを有する。記録磁区２５に対応する３端子ユニット６
４は行及び列により規定されるマトリックスとして配列
され、従ってメモリセル６２もマトリックスを形成する
ように配列される。

【００７０】マトリックスの行方向に沿ってビット線Ｂ
Ｌが配設され、列方向に沿ってワード線ＷＬが配設され
る。ビット線ＢＬはＦＥＴ６６のソース／ドレインを介
して３端子ユニット６４のエミッタ３０に接続される。
ワード線ＷＬはＦＥＴ６６のゲート及び３端子ユニット
６４のコレクタ１０に接続される。３端子ユニット６４
のベース２０はグランドに接続される。

【００７１】３端子ユニット６４の記録磁区２５の磁化
方向により記録された信号を読み出す際は、ワード線Ｗ
Ｌに電圧を印加しＦＥＴ６６をオンにする。この状態で
ビット線ＢＬから３端子ユニット６４のエミッタ３０に
電流を注入する。そして、３端子ユニット６４のコレク
タ１０からの電流をワード線ＷＬに注出し、その電流値
を検出する。これにより、前述の如く、記録磁区２５の
磁化方向により記録された信号「１」、「０」を読み出
すことができる。

【００７２】即ち、図１４に示す磁気記録装置において
は、ビット線ＢＬは記録磁区２５にホットエレクトロン
を注入するための注入線として機能する。また、ワード
線ＷＬはスイッチング素子をオン及びオフするためアド
レス線として機能すると共に、コレクタからの電流を注
出するための注出線として機能する。

【００７３】アドレス線及び注出線は、図１５に示すよ
うに、別々に配設してもよい。図１５に示す磁気記録装
置において、第１ワード線ＷＬ１がアドレス線として機
能し、第２ワード線ＷＬ２が注出線として機能する。

【００７４】即ち、本発明に係るＲＯＭは、第１磁性体
膜２２とマトリックスとして配置された複数の記録磁区
２５を有する第２磁性体膜２４とを含む積層膜と、積層
膜の一方の面にショットキー接合を介して接続された半
導体層１１と、を具備する磁気記録媒体（図６乃至図８
並びに図１１及び図１２参照）を用いて構成され、更
に、図１４及び図１５図示の如く、各磁区２５にホット
エレクトロンを注入するための複数の注入線（ビット
線）ＢＬと、夫々が各磁区２５と注入線ＢＬとを接続す
るように配設された複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）
６６と、スイッチング素子６６をオン及びオフするため
複数のアドレス線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ１と、
各磁区２５の記録磁化方向に依存して変化する半導体層
１１からの電流を注出するための複数の注出線（ワード
線）ＷＬ若しくはＷＬ２と、を具備する。

【００７５】ここで、図１５図示の如く、各アドレス線
及び各注出線は共通のワード線ＷＬに纏めることができ
る。図１６は、図６乃至図８並びに図１１及び図１２の
いずれかに示す磁気記録媒体を用いて構成したＲＡＭを
示す回路図である。

【００７６】図において、磁気記録媒体の各記録磁区２
５に対応する、コレクタ１０、ベース２０及びエミッタ
３０の部分からなる単位構造（図６乃至図８並びに図１
１及び図１２参照）即ち３端子ユニット６４は、バイポ
ーラトランジスタとして示される。ＲＡＭの各メモリセ
ル６２は、１つの３端子ユニット６４と、スイッチング
素子である１つのＦＥＴ（電界効果トランジスタ）６６
と、記録磁区２５の磁化方向を書き替えるための磁場発
生素子（例えば、抵抗体やコイル）６８とを有する。記
録磁区２５に対応する３端子ユニット６４は行及び列に
より規定されるマトリックスとして配列され、従ってメ
モリセル６２もマトリックスを形成するように配列され
る。

【００７７】マトリックスの行方向に沿ってビット線Ｂ
Ｌが配設され、列方向に沿ってワード線ＷＬが配設され
る。ビット線ＢＬはＦＥＴ６６のソース／ドレインを介
して磁場発生素子６８の一端に接続される。磁場発生素
子６８の他端は３端子ユニット６４のエミッタ３０に接
続される。ワード線ＷＬはＦＥＴ６６のゲート及び３端
子ユニット６４のコレクタ１０に接続される。３端子ユ
ニット６４のベース２０はグランドに接続される。

【００７８】３端子ユニット６４の記録磁区２５に信号
を書き込む際は、ワード線ＷＬに電圧を印加しＦＥＴ６
６をオンにする。この状態でビット線ＢＬから磁場発生
素子６８に電流を注入し、磁場を発生させる。この磁場
により、記録磁区２５の磁化方向を第１磁性体膜２２と
平行或いは反平行に設定することにより信号「１」、
「０」を書き込むことができる。

【００７９】３端子ユニット６４の記録磁区２５の磁化
方向により記録された信号を読み出す際は、図１４に示
す磁気記録装置と同じ操作を行う。但し、読み出し時の
注入電流は、書き込み時の注入電流よりも弱くする。こ
れにより、記録磁区２５の磁化方向により記録された信
号を破壊しないようにすることができる。

【００８０】即ち、図１６に示す磁気記録装置において
も、ビット線ＢＬは注入線として機能し、ワード線ＷＬ
はアドレス線及び注出線として機能する。しかし、アド
レス線及び注出線は、図１７に示すように、別々に配設
してもよい。図１７に示す磁気記録装置において、第１
ワード線ＷＬ１がアドレス線として機能し、第２ワード
線ＷＬ２が注出線として機能する。

【００８１】即ち、本発明に係るＲＡＭは、第１磁性体
膜２２とマトリックスとして配置された複数の記録磁区
２５を有する第２磁性体膜２４とを含む積層膜と、積層
膜の一方の面にショットキー接合を介して接続された半
導体層１１と、を具備する磁気記録媒体（図６乃至図８
並びに図１１及び図１２参照）を用いて構成され、更
に、図１６及び図１７図示の如く、各磁区２５にホット
エレクトロンを注入するための複数の注入線（ビット
線）ＢＬと、夫々が各磁区２５と注入線ＢＬとを接続す
るように配設された複数のスイッチング素子（ＦＥＴ）
６６と、スイッチング素子６６をオン及びオフするため
複数のアドレス線（ワード線）ＷＬ若しくはＷＬ１と、
各磁区２５の記録磁化方向に依存して変化する半導体層
１１からの電流を注出するための複数の注出線（ワード
線）ＷＬ若しくはＷＬ２と、夫々が各スイッチング素子
６６を介して注入線ＢＬに接続された、各磁区２５の記
録磁化方向を書替えるための複数の磁場発生手段６８
と、を具備する。

【００８２】ここで、磁場発生手段６８は記録磁区２５
の電子注入側（実施の形態ではエミッタ）に直列に接続
することができる。換言すると、スイッチング素子６６
と記録磁区２５とは磁場発生手段６８を介して接続する
ことができる。また、図１７図示の如く、各アドレス線
及び各注出線は共通のワード線ＷＬに纏めることができ
る。

【００８３】なお、図１４乃至図１７に示す磁気記録装
置において、マトリックスの行方向及び列方向は互いに
等価であり且つ交換可能なものである。また、図１５及
び図１７に示す磁気記録装置において、アドレス線及び
注出線として列方向に延びる第１及び第２ワード線ＷＬ
１、ＷＬ２を配設したが、アドレス線及び注出線の一方
をビット線と平行に行方向に延びるように配設してもよ
い。即ち、注入線、アドレス線及び注出線は、マトリッ
クスの行方向及び列方向に適宜分配して配設することが
できる。

【００８４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明の磁気記録媒
体及びその使用方法並びに磁気記録装置によれば、読み
出し時に磁気的相互作用を利用しないため、より微小な
磁区の読み出しが可能となり、より高密度記録が可能と
なる。また本発明の磁気記録媒体は、直接電気的な読み
出しが可能なため、ＲＯＭ、ＲＡＭとして、或いは従来
の磁気ディスクと異なりコンピュータ本体から直接アク
セスできる高速磁気ディスクとして用いることが可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る磁気記録の原理を説明するための
図。

【図２】図１（ａ）に示す積層膜にトンネル障壁を介し
て非磁性体膜が接続されると共にショットキー接合を介
して半導体膜が接続された構造を示す図。

【図３】Ｆｅの電子状態密度を示す図。

【図４】Ｃｏの電子状態密度を示す図。

【図５】本発明の実施の形態に係る磁気記録媒体を概念
的に示す図。

【図６】本発明の別の実施の形態に係る磁気記録媒体を
概念的に示す図。

【図７】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒
体を概念的に示す図。

【図８】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録媒
体を概念的に示す図。

【図９】半導体ヘテロ接合を用いた二重障壁共鳴トンネ
ルデバイスのエネルギーバンドを示す図。

【図１０】図９に示す共鳴トンネルデバイスの電流電圧
特性を示す図。

【図１１】図６に示す磁気記録媒体に共鳴トンネル接合
部を用いた、本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記
録媒体を概念的に示す図。

【図１２】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
媒体を概念的に示す図。

【図１３】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
媒体を概念的に示す平面図。

【図１４】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
装置を示す回路図。

【図１５】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
装置を示す回路図。

【図１６】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
装置を示す回路図。

【図１７】本発明の更に別の実施の形態に係る磁気記録
装置を示す回路図。

【図１８】実施例１の磁気記録媒体におけるコレクタ電
流の外部磁場応答性を示す図。

【図１９】実施例２の磁気記録媒体におけるコレクタ電
流のエミッタ／ベース電圧依存性を示す図。

【符号の説明】

１０…コレクタ、１１…半導体層、１２…絶縁膜、２０
…ベース、２１…磁性積層膜、２２…第１磁性体膜、２
３…非磁性体膜、２４…第２磁性体膜、２５…記録磁
区、２６…積層膜、３０…エミッタ、３１…非磁性金属
膜、３２…半導体膜、４０…トンネル接合部、４１…ト
ンネル絶縁膜、５０…トンネル接合部、５１…障壁層、
５２…量子井戸層、、５３…障壁層、６２…メモリセ
ル、６４…３端子ユニット、６６…ＦＥＴ、６８…磁場
発生素子。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成８年１０月１日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとの間の印
加電圧が、磁性体膜Ｆ１と半導体膜ＳＥＭとの間のショ
ットキー障壁の高さを超えると、磁性体膜Ｆ１に至った
アップスピン電子の一部は半導体膜ＳＥＭに流れ込む。
一旦半導体膜ＳＥＭ内に流れ込んだ電子は、接合電場の
ために積層膜ＭＬＦに戻ることはできず、半導体膜ＳＥ
Ｍ内でエネルギーを失い、コレクタ電流となる。電子の
注入源となる非磁性体膜Ｎ２と積層膜ＭＬＦとをトンネ
ル接合を介して接続すると、注入電子（ホットエレクト
ロン）のエネルギーを自在に変えることができる。例え
ば、図３及び図４に夫々示すように、代表的な強磁性体
であるＦｅやＣｏの電子状態密度は、フェルミ準位より
ぞれぞれ約１．５ｅＶ及び約１．２ｅＶ上に鋭い極大を
持っている。従って、トンネル接合を使用することによ
り、磁性体膜Ｆ１、Ｆ２の電子状態密度の極大に合うよ
うな特定のエネルギーの電子を、非磁性体膜Ｎ２から選
択的に注入することができる。これにより、例えば、シ
ョットキー接合を介して電子を注入する場合に比べて高
い感度が得られるようになる。図５は本発明の実施の形
態に係る磁気記録媒体を概念的に示す。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２３】図５に示す磁気記録媒体においては、コレ
クタ１０となる半導体層１１上に、ショットキー接合を
介してベース２０となる積層膜２１が配設される。積層
膜２１は、第１磁性体膜２２／非磁性体膜２３／第２磁
性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２は、磁化方向が
固定され且つ半導体層１１とショットキー接合を形成す
る。第２磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割され
る。第１及び第２磁性体膜２２、２４は、非磁性体膜２
３の膜厚を適当に選択することにより磁気的に非結合状
態になっている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】半導体層１１としては例えばｎ型シリコン
基板が用いられる。第１及び第２磁性体膜２２、２４と
しては例えばＣｏ膜、ＣｏＦｅ膜、ＮｉＦｅ膜等の強磁
性体膜が用いられる。非磁性体膜２３としては例えばＣ
ｕ膜、Ａｇ膜等の非磁性金属膜が用いられる。第２磁性
体膜２４の記録磁区２５の磁化方向は「１」、「０」信
号に対応し、第１磁性体膜２２の磁化方向と同じ（平
行）または逆（反平行）に設定される。即ち、各記録磁
区２５の磁化方向は、本磁気記録媒体に記録される情報
に従って、予め磁気ヘッド（図示せず）によって任意に
設定される。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２５】記録情報の読み出しは、図５に示すよう
に、エミッタ３０として機能する非磁性プローブＰ１を
介して行われる。この時、エミッタ／ベース間には、半
導体層１１と第１磁性体膜２２との間のショットキー障
壁の高さを超える直流電圧が印加される。このため、非
磁性体膜２３が負となるように、プローブＰ１と非磁性
体膜２３との間に直流電源Ｖ１が接続される。また、各
記録磁区２５の磁化方向に依存して変化する半導体層１
１から流出する電流は、電流計Ａ１により検出される。
電流計Ａ１は半導体層１１の表面或いは裏面に配設され
たオーミック電極（図示せず）と非磁性体膜２３との間
に接続される。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】コレクタ１０の半導体基板１１として、硼
素を１０¹⁶／ｃｍ³ ドープしたｎ型シリコンを用い、そ
の上に磁性積層膜２１を真空蒸着法により形成した。第
１磁性体膜２２には保磁力が約３００エルステッドの角
形ヒステリシスを示すＣｏＦｅ合金膜を、第２磁性体膜
２４には保磁力が約３０エルステッド、飽和磁場が約６
０エルステッドのＦｅ膜を、非磁性体膜２３にはＡｕ膜
を用いた。膜２２、２３、２４の膜厚は夫々２ｎｍ、１
０ｎｍ、２ｎｍとし、磁化測定により第１及び第２磁性
体膜２２、２４が磁気的に非結合状態にあることを確認
した。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３７】図６は本発明の別の実施の形態に係る磁気
記録媒体を概念的に示す。図６に示す磁気記録媒体にお
いては、コレクタ１０となる半導体層１１上に、ショッ
トキー接合を介してベース２０となる積層膜２１が配設
される。積層膜２１上には、トンネル絶縁膜４１からな
るトンネル接合部４０を介して、エミッタ３０となる非
磁性金属膜３１が配設される。積層膜２１は、図５に示
す磁気記録媒体と同様、第１磁性体膜２２／非磁性体膜
２３／第２磁性体膜２４からなる。第１磁性体膜２２
は、磁化方向が固定され且つ半導体層１１とショットキ
ー接合を形成する。第１及び第２磁性体膜２２、２４
は、非磁性体膜２３の膜厚を適当に選択することにより
磁気的に非結合状態になっている。ベース２０及びエミ
ッタ３０は、第２磁性体膜２４の複数の記録磁区２５に
対応するように、トレンチに埋め込まれた絶縁膜１２に
より分割される。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４２】第１磁性体膜２２は、磁化方向が固定され
且つ半導体層１１とショットキー接合を形成する。第２
磁性体膜２４は複数の記録磁区２５に分割される。第１
及び第２磁性体膜２２、２４は磁気的に非結合状態にな
っている。ベース２０及びエミッタ３０は、第２磁性体
膜２４の複数の記録磁区２５に対応するように、トレン
チに埋め込まれた絶縁膜１２により分割される。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４３】図８は本発明の更に別の実施の形態に係る
磁気記録媒体を概念的に示す。図８に示す磁気記録媒体
は、図７に示す構造の非磁性体膜２３が省略された構造
を有する。図８に示す構造では、但し、第１及び第２磁
性体膜２２、２４が磁気的に非結合状態となるように、
トンネル絶縁膜４１を厚くすることが必要となる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５０】金属（ＣｏＳｉ₂ ）／絶縁体（ＣａＦ₂ ）
ヘテロ接合はバンド不連続が１５ｅＶと大きく、半導体
ヘテロ接合のＡｌＧａＡｓ／ＧａＡｓのバンド不連続
０．２５ｅＶに比較して６０倍以上ある。図９に示す構
造の障壁にＣａＦ₂ 、量子井戸にＣｏＳｉ₂ を用いるこ
とにより、二重障壁トンネルダイオードを実現すること
ができる。バンド不連続が大きいため、カソードから注
入された電子のトンネル確率が低いので、障壁及び量子
井戸層を薄くすることが必要であるが、障壁層を０．９
ｎｍ、量子井戸層を１．９ｎｍでつくることにより共鳴
トンネル現象を期待することができる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００６３

【補正方法】変更

【補正内容】

【００６３】なお、図５乃至図１２の磁気記録媒体にお
いて、第１及び第２磁性体膜２２、２４には、膜面に平
行或いは垂直な方向に一軸性の磁気異方性が導入されて
いることが望ましい。また、非磁性体膜２３として、第
１及び第２磁性体膜２２、２４との間で原子拡散の少な
い非磁性金属膜を用いることが望ましい。更に、非磁性
体膜２３として、ホットエレクトロンの界面散乱を小さ
くするため、状態密度の大きい反強磁性体膜を用いるこ
とが望ましい。また、半導体層１１と積層膜２１との間
は、金属層を介在させてショットキー特性を改善するこ
とができる。また、積層膜２１上に保護層やトンネル特
性を改善するための金属層を介在させることができる。
本発明に係る磁気記録媒体の使用態様としては、次のよ
うなものを例示することができる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猪俣 浩一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町１番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１磁性体膜と複数の記録磁区を有する第
   ２磁性体膜とを含む積層膜と、 前記積層膜の一方の面にショットキー接合を介して接続
   された半導体層と、を具備することを特徴とする磁気記
   録媒体。
2. 【請求項２】前記積層膜の他方の面にトンネル接合部を
   介して接続された金属膜を更に具備することを特徴とす
   る請求項１に記載の磁気記録媒体。
3. 【請求項３】前記積層膜の他方の面にショットキー接合
   を介して接続された半導体膜を更に具備することを特徴
   とする請求項１に記載の磁気記録媒体。
4. 【請求項４】前記第１及び第２磁性体膜がトンネル接合
   部を介して接続されることを特徴とする請求項１に記載
   の磁気記録媒体。
5. 【請求項５】前記トンネル接合部が、第１及び第２障壁
   層と、前記第１及び第２障壁層間に介在する量子井戸層
   と、を含む共鳴トンネル構造を具備することを特徴とす
   る請求項２または４に記載の磁気記録媒体。
6. 【請求項６】前記積層膜が、前記第１及び第２磁性体膜
   間に介在する非磁性体膜を更に具備することを特徴とす
   る請求項１乃至５のいずれかに記載の磁気記録媒体。
7. 【請求項７】前記半導体層と前記第１磁性体膜とが前記
   ショットキー接合を介して接続されること特徴とする請
   求項１乃至６のいずれかに記載の磁気記録媒体。
8. 【請求項８】前記記録磁区に沿ってプローブを走査させ
   ながら、前記プローブから各磁区にホットエレクトロン
   を注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前
   記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を読み
   出すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載
   の磁気記録媒体の使用方法。
9. 【請求項９】前記記録磁区に対応して前記磁気記録媒体
   に配線を接続し、前記配線から各磁区にホットエレクト
   ロンを注入し、各磁区の記録磁化方向に依存して変化す
   る前記半導体層から流出する電流に基づいて磁気記録を
   読み出すことを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに
   記載の磁気記録媒体の使用方法。
10. 【請求項１０】マトリックスとして配置された前記記録
    磁区を有する請求項１乃至７のいずれかに記載の磁気記
    録媒体と、 各磁区にホットエレクトロンを注入するための複数の注
    入線と、 夫々が各磁区と前記注入線とを接続するように配設され
    た複数のスイッチング素子と、 前記スイッチング素子をオン及びオフするため複数のア
    ドレス線と、 各磁区の記録磁化方向に依存して変化する前記半導体層
    からの電流を注出するための複数の注出線と、を具備す
    ることを特徴とする磁気記録装置。
11. 【請求項１１】各アドレス線と各注出線とが共通のワー
    ド線からなることを特徴とする請求項１０に記載の磁気
    記録装置。
12. 【請求項１２】夫々が各スイッチング素子を介して前記
    注入線に接続された、各磁区の記録磁化方向を書替える
    ための複数の磁場発生手段を更に具備することを特徴と
    する請求項１０または１１に記載の磁気記録装置。
13. 【請求項１３】前記スイッチング素子と前記記録磁区と
    が前記磁場発生手段を介して接続されることを特徴とす
    る請求項１２に記載の磁気記録装置。