JPH01178190A - 多層固体磁気メモリー素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はコンピュータの外部記憶装置としての用いられ
る多層固体磁気メモリー素子に関する。

（従来の技術） 従来、コンピュータ用外部記憶装置は磁気ディスク装置
がその主流を占めているが、磁気テープ装置、フロッピ
ディスク装置も使用されている。

最近では光デイスク装置やＩＣメモリーを用いた電子デ
ィスクも使用されだした。

（発明が解決しようとする問題点） 従来の磁気ディスク装置は、回転機構を有しているため
、アクセスタイムが大きい欠点があり、又ディスク及び
ヘッドに対して機械的耐久性の点で問題があり、同様に
光ディスクも回転機構とその記録再生方法のためにアク
セスタイムが大きいという問題点がある。さらに電子デ
ィスクは不揮発性のため長期のデータの保存が出来ない
という問題点がある。

本発明の目的はこれらの欠点を除去し、回転系を必要と
せず、長期のデータ保存も、できるようにした固体磁気
メモリー素子を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の固体磁気メモリー素子の構成は、磁気記憶媒体
層の一方の主面上に絶縁層を介して複数の第２のストラ
イプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成され、これら
第２のストライプ状超伝導体状および前記磁気記憶媒体
層の主面上に絶縁層を介して前記各第２のストライプ状
超伝導体と所定の角度で交差するように複数の第１のス
トライプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成され前記
磁気記憶媒体層の他方の主面上の絶縁層を介して複数の
ストライプ状磁気抵抗効果素子が所定の間隔で形成され
、前記磁気記憶媒体層の主面上および前記ストライプ状
磁気抵抗効果素子上に絶縁層を介して複数の第３のスト
ライプ状超伝導体が所定の間隔で形成され、前記第１お
よび第２の各ストライプ状超伝導体の交差部分と前記第
３のストライプ状超伝導体および前記ストライプ状磁気
抵抗効果素子の交差部分とが前記磁気記憶媒体層を介し
て対向する位置に配置された固体磁気メモリー素子が、
複数層積層されてなることを特徴とする。

〔作用〕

本発明の構成によれば、回転系が必要なく、機械的耐久
性が問題とならない固体メモリー素子を構成することが
出来る。即ち、ストライプ状超伝導体に流れる電流によ
る磁場により磁性媒体に情報を記録し、又ストライプ状
磁気抵抗効果素子により媒体に書かれた情報を再生し、
これらが媒体と一体に形成されている。また、媒体は磁
性媒体を用いているためｌこ長期の媒体保存が可能であ
る。

〔実施例〕

次に、本発明を図面ｌこより詳細に説明する。

第１図は本発明の一実施例とその周辺回路を示す模式的
斜視図、第２図は本実施例の一部分を示す模式的斜視図
である。本実施例は、第２図に示す一部分の固体メモリ
ー素子を複数個積層したもので、この場合、複数の固体
メモリー素子１００゜１０１．１０２が接着層１２０，
１２１ｆこより接合された構造となっている。また、こ
の多層固体メモリー素子の周辺回路は、例えば一部分の
固体メモリー素子のデータ用フリップフロップ４５がバ
ッファーレジスタ１３０にまとめられ、ＣＰＵおよびイ
ンターフェース１４と接続される。

本実施例の一層は、第２図に示すように、磁気記録媒体
＃５の一方の主面に交差した第１のストライプ状超伝導
体２と第２のストライプ状超伝導体１が形成されている
。ここで第２の超伝導体１は直接磁気記録媒体層に形成
される。記録時には、この２つのストライプ状超伝導体
１．２に電流を流し、これらの交点近傍の磁気記録媒体
５を磁化する。−万、磁気記録媒体層５の他方の主面に
は交差したストライプ状磁気抵抗効果素子７と第３のス
トライプ状超伝導体８とが形成されている。

ここで磁気記録媒体層５はストライプ状磁気抵抗効果素
子７の上に直接形成される。再生時には第３のストライ
プ状超伝導体８にセンス電流を流し、記憶した磁化情報
をストライプ状磁気抵抗効果素子７の抵抗変化として取
り出す。

次に、記録時のメモリー回路の構成例を第２図を用いて
説明する。第１のストライプ状超伝導体２と第２のスト
ライプ状超伝導体１は、それぞれ第１のスイッチ群２０
．２１．２２．２３．２４゜２５及び２６．２７．２８
．２９と接続している。

スイッチ２６，２７．２８．２９はそれぞれ電流源３０
．３１と接続し、かつ第１のＹ軸アドレス７”コーグ１
９と接続している。スイッチ２０゜２１．２２，２３．
２４．２５は一方で電流源に接続し、他方でデータ”１
“、′０”を選択するアントゲ−）４７，４８，４９，
５０，５１　。

５２を介して第１のＸ軸アドレスデコーダと接続してい
る。

また、アンドゲート４７．４８，４９．５０゜５１．５
２はデータ用フリップフロップ４５を会して介してＣＰ
Ｕ及びインタフェース１４に接続し、第１のＸ軸アドレ
スデコーダ４４は第１のＸ軸アドレスレジスタ４６を介
して、第１のＹ軸アドレスデコーダ１９は第１のＹ軸ア
ドレスレジスタを介してＣＰＵおよびインターフェース
１４に接続している。

次ｌこ、再生時のメモリー回路の構成例を第４図を用い
て説明する。再生時には、磁気記憶媒体層５上に形成さ
れたストライプ状磁気抵抗効果素子７と第３のストライ
プ状超伝導体８を用いる。第３のストライプ状超伝導体
８はスイッチ３２゜３４を介して電流源３３に接続して
いる。スイッチ３２．３４は第２のＹ軸アドレスデ；−
ダ３５、第２のＹ軸アドレスレジスタ３６を介してＣＰ
Ｕ及びインターフェース１４に接続している。一方、ス
トライプ状磁気抵抗効果素子７はスイッチ３８゜３９．
４０に接続され、これらスイッチ３８゜３９．４０は再
生回路系４３を介してＣＰＵ及びインターフェース１４
１こ接続し、同時に第２のＸ軸アドレスデコーダ４１と
第２のＸ軸アドレスレジスタ４２を介してＣＰＵ及びイ
ンターフェース１４に接続している。

次に、本実施例のデータ記鎌時の動作を、第５図および
第６図により説明する。

第５図（，０はフェライト磁気記憶媒体ｓ上に直交する
超伝導体１．２のある場合の斜視図で、この磁気記憶媒
体５のＢ−Ｈカーブである磁気特性図を第５図（すに示
す。

第５図（、！ｌｌに於いて、第２図のＣＰＵ及びインタ
ーフェース１４からの命令により第１のＸ軸アドレスレ
ジスタ４６、第１のＸ軸アドレスデコーダ４４、データ
用フリップフロッグ４５を設定し、第］のスイッチ群２
０，２１．２２，２３，２４゜２５と第１のＸ軸重流源
１６．１７とアンドゲート４７，４８．４９，５０，５
１．５２から１つ選択しＯＮ状態にして、第１（Ｘ軸）
のストライプ状超伝導体２に電流Ｉｘ　（パルス又は直
流）を流し、第５図（呻のＢ−Ｈカーブ状上で電流Ｉｘ
による磁場（磁気記録媒体のＨｃより小さい磁場Ｈｘ）
が磁気記録媒体５に記録される。しかし、この状態では
磁気記録媒体へデータは紀祿されない。次に直交する第
２のストライプ状超伝導体１（こ電流工ｙを流すと、第
５図（φに示すようζこ、電流Ｉｙが印加され、結果と
してＨｘとＨｙの合成磁場ＨｔがＨｃよシ大きい磁場と
なり、それぞれの印加磁場ＨｘおよびＨｙに対して４５
度の角度を有している。

ζこで第１のストライプ状超伝導体の電流による磁場Ｈ
ｙは、第２のストライプ状超伝導体１０部分でマイナー
効果ｔこより曲がるので、第２のストライプ状超伝導体
ｌの下側の部分で元の位置へもどり、記録媒体５上での
磁場は、第２のストライプ状超伝導体ｌがない場合と同
じ様に働らく。

この合成磁場Ｈｔ　ｆこより磁気記憶媒体５がＨｔのベ
クトルの方向に磁化される。ここで第１のストライプ状
超伝導体２により発生する磁場を計算する。

アンペアの周回積分の法則からストライプ状超伝導体の
断面形状を０．５μｍの正方形とし、絶縁層３の厚さを
０．１μｍ１ストライプ状超伝導体に流す電流を２００
ｍＡ及び３００ｍＡとして磁気記憶媒体上での磁場を計
算すると、ｉ＝２００ｍＡのときＨｘ＝８０００ｅ、ｉ
＝３００ｍＡのときＨＸ＝１２０００ｅが得られる。こ
の時の電流密度はＪ＝８　Ｘ　１０’Ａ／ｃｄ（ｉ　＝
　２００　ｍＡ　）及びＪ　＝　１．２Ｘ　Ｉ　Ｏ”　
Ａ／ＣＩ７！　（ｉ　＝　３００　ｍＡ）　　となり、
合成磁場Ｈｔは１１２００ｅ及び１６８００ｅ　　とな
る。

例えば、文献によればＮｂＣＮ　　超伝導体を用いれば
、臨界電流密度Ｊｃ＝１０”Ａ／ｃＩＩが得られるので
、高Ｈｃ媒体（Ｈｃ＝６００〜８００　）　ｌこ対して
、十分記録が可能である。次ｔＣ電流Ｉｘ及び工ｙの゛
電流方向を逆転することにより、第５図（ｄ）に示す様
に前述の合成磁場Ｈｔの逆方向の磁場を得ることが出来
る。

この合成磁場Ｈｔにより直交する第１及び第２のストラ
イプ状超伝導体２，１の直交点下の磁気記憶媒体５を逆
方向に磁化する。磁化状態の１方向（１３５°）をデー
ダ゛１”ｌこ対応させ、逆方向（−４５°）を＠０“に
対応させれば、直交する第１と第２のストライプ状超伝
導体（１，２）の直交点の下の磁気記憶媒体５に情報″
ｌ”及び”０”を記録することが出来る。この様にして
記録された磁化の状態は、第６図のように示される。

次に、磁気記憶媒体５に記録された磁化Ｍを再生する場
合を、第７図により説明する。磁気記憶媒体５の下側の
絶縁層６を介して、ストライプ状磁気抵抗効果素子７が
存在し、さらにストライプ状磁気抵抗効果素子７の下側
に絶縁層１２を介して、ストライプ状磁気抵抗効果素子
７に直交する第３のストライプ状超伝導体８が存在して
いる。

いま、磁気記憶媒体５の磁化Ｍが、第７図に示される様
にストライプ状磁気抵抗効果素子７に流れる電流ベクト
ルＩＭＲに対して＋１３５°　になっているとする。こ
の状態において直交点の磁化Ｍから発生する磁場がスト
ライプ状磁気抵抗効果素子７に与える磁場ＨＭは第７図
（橡に示す様に電流ベクトルＩＭＲに対して一４５°角
度を有している。

ここで、第３のストライプ状超伝導体８にセンス電流ｌ
５ｅ（パルス）を流すと、磁気抵抗効果素子７の直交点
に電流ベクトルＩＭＲと同じ方向にＩｓｅ　　によりセ
ンス磁場Ｈｓｅ　　を生じさせると、ＭＲストライプ状
の幅方向の反磁場に打ち勝つ程度のＨＭとＨｓｅの合成
磁場はＨＭ方向（−４５°）より電流ベクトルＩＭＲの
方向へ近づく。

次に、磁気記憶媒体５上の直交点の磁化が第５図（Φの
様に、磁気記憶媒体の磁化状態と逆に（データ１０”に
対応）になっている場合も同様に第３のストライプ状超
伝導体８にセンス電流ｌ５ｅ（パルス）を流すと直交点
において、Ｈｓｅの磁場を発生し、ＨＭとＨｓｅの合成
磁場Ｈｔの角度は電流ベクトル・ＩＭＲに対してＨ，の
＋１３５°　よりも小さくなり（第７図（ψ）、＋９０
°　近くになる様にＨｓｅ　　を制御しておく。ここで
ストライプ状磁気抵抗効果素子７の印加磁場Ｈによる抵
抗Ｒの変化は、第８図（，０に示される。この第８図（
→において、磁気抵抗効果素子７の電流ＩＭの方向に対
して磁気記憶媒体５の磁化方向は一４５°又は＋１３５
゜のどちらかであるが、このＲ−Ｈカーブ上で、θ＝−
４５°　のＡ点がデータ１１”に対応し、θ＝＋１３５
°のＢ点がデータ１０”に対応する。抵抗の値自身はθ
＝＋１３５°と一４５°で変化がない状態となっている
。

この様な状態において、第３のストライプ状超伝導体８
にセンス電流Ｉｓｅ　　（パルス）を流すと、このセン
ス電流Ｉｓｅによる誘導磁場Ｈｓｅが印加されると、第
８図（，０のＡ点は矢印の方向へ変化し、抵抗値はＩＳ
ｅ　　の電流パルスが加わったときだけ増大する。さら
に第８図（尋のＢ点（”０”に対応）に対して抵抗値Ｒ
はＩｓｅ　　の電流パルスが加わったときだけ減少する
。従ってこのそれぞれの抵抗変化を電圧に変換するため
、第８図（０に示す様に、デーダ１”に対応したパルス
及びデータ“Ｏ”に対応したパルスが逆極性で得られ、
データの再生が可能である。

例えばＮｉ　ｓｓ　Ｆｅｌ’ｅの場合、Ｔ　＝　４．２
°ＫにおいてΔ？　／　９　ｏ　＝　１６．４　ｆｏの
ＭＲ素子（固有抵抗ｆ’。

＝４．７５Ω）が得られている。そこでストライプ幅を
０．５μｍ１厚さを０．０５μｍとすると１ビット当＝
０．９５Ωとなり、この値Ｒｘｆこ対して抵抗変化量△
Ｒ１＝０．９５Ｘ０．１６４＝０．１５５８Ωとなる。

従って、ストライプ状磁気抵抗効果素子７に流す電流ｉ
をｉ＝１ｍＡとしたとき、再生出力ｅは０．１５５８ｍ
Ｖとなり、ｉ＝２ｍＡとすると再生出力ｅは０．３１１
６ｍＶとなるので、十分実用的な値を得ることが出来る
。ここでストライプ状磁気抵抗効果素子７０両端の抵抗
及び電圧は４８．３にΩ及ヒ４８．３　Ｖ　（ｉ　＝　
１　ｍＡ　）、９６Ｖ（ｉ＝及びθ＝＋１３５°に対し
て第８図（時に示す様なパルスが得られる。

ここでストライプ状超伝導体はＮｂＣＮを、ストライプ
状磁気抵抗効果素子はＮｉ−Ｆｅ％ＮｉＣｏ　等を、絶
縁層はＡＡ２０！、５ｉＯｚ、チッ化シリコン等を、基
板は研摩されたＳｉが適する。又前記固体磁気メモリー
デバイス部はスパッタ法、イオンミリング、Ｘ線露光（
又は光学露光）、研摩等の薄膜形成技術を用いることが
できる。

なお、磁気記憶媒体層の両主面に形成されるストライプ
状パターンは直交するものでなくともよい。またパター
ンの幅はすべて同じでなくともよい。

また、超伝導体及び磁気抵抗効果素子が形成された磁気
記憶媒体部分と必要な周辺回路部分は超低温の環境に設
置される。

本実施例の多層固体磁気メモリー素子の一層を第２図（
再生系）、第２図（記録系）の様に形成し、これらを３
層に貼り合わせた構造を有する多層固体磁気メモリーを
作製した。基板１３の上にストライプ幅０．５μｍの第
３のストライプ状超伝導体（ＮｂＣＮ）８をスパッタ法
による成膜とイオンミリング法によるパターンエツチン
グにより形成し、第３のストライプ状超伝導体８の上ｌ
こ絶縁層に（ｓｉｏｔ）をスパッタ法により形成し、絶
縁層（Ｓｉｎ２）の表面の段差解消をイオンミリング法
を用いたエッチバック法により行ない、表面を平坦にし
た後、絶縁層１２（Ｓｉｎｇ）の上に、ストライプ状超
伝導体８に直交するストライプ幅０．５μｍのストライ
プ状磁気抵抗効果素子７（ＮｉＦｅ）をスパッタ法によ
る成膜とイオンミリング法によるエツチングにより形成
し、ストライプ状磁気抵抗効果素子の上を含む全面に絶
縁層６（ＳｉＯｚ）をスパッタ法により形成し、さらに
段差解消を行なった後、絶縁層６の上ｆこ全面に一様に
磁気記録媒体５（ＣｏＰｔ）をスパッタ法により形成し
、磁気記憶媒体５の上に絶縁層（Ｓｉｎ２）をスパッタ
法により形成し該絶縁層４の上にストライプ＠０．５μ
ｍの第２のストライプ状超伝導体１　（ＮｂＣＮ）’を
スパッタ法による成膜とイオンミリング法ｔこよるエツ
チングｌこより形成し、第２のストライプ状超伝導体ｌ
を含む全面ｌこ絶縁層３をスパッタ法により形成し、絶
縁層３の上に、第２のストライプ状超伝導体と直交する
様にストライプ＠０．５μｍの第１のストライプ状超伝
導体２（ＮｂＣＮ）をスパッタ法による成膜とイオンミ
リング法によるエツチングにより形成した。この様に形
成した固体磁気メモリ素子を３個接続層（１２０，１２
１）により３層構造に接着し、配線を施こした。この様
に形成した超伝導体部分を４２゜Ｋ程度（液体ヘリウム
）の極低温状態において動作させた。

なお、それぞれのストライプ状超伝導体及びストライプ
状磁気抵抗効果素子７のストライプ間距離は０．５μｍ
とし、厚さｔを０．５μｍ（ストライプ状超伝導体）及
び０．０５μｍ（ストライブ状磁　。

気抵抗効果素子）とし、ストライプの長さｔを１インチ
として形成した。

本実施例において１ビツトは１μ７ＦＩＸ１μｍの大き
さとなり、面密度としては６．４５ＸｌＯ’ビット平方
インチが実現された。さらに、ストライプ幅を小さくす
れば、平方インチ当りの容量は増大する。また前記のビ
ットの大きさ１μ７ＦＩＸ１μｍの場合、１層の固体磁
気メモリー素子に２５インチ角の基板を用いれば、３枚
の基板で３層構造を実現し、約３ギカバイト（ＧＢ）の
容量のメモリーが可能となる。

〔発明の効果〕

以上に説明したようｌこ本発明は、従来の磁気ディスク
装置の回転機構及びディスク・ヘッド系に要求される機
械的耐久性等が除去され、かつ大容量（１，５Ｘ１０’
ビット／平万インチ、以上）の不揮発性固体磁気ファイ
ルメモリーを得ることが出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例および周辺回路を含む模式的
斜視図、第２図は第１図のメモリー素子の一部分を示す
模式的斜視図、第３図、纂４図は明する素子の部分斜視
図、磁化特性図およびベクトル図、第６図は磁気記憶媒
体の磁化状態を示す部分斜視図、第７図（ａ）　、　（
ｂ）　、　（ｃ）は第１図の再生時の動作を説明する素
子の部分斜視図、磁化特性図およびベクトル図、第８図
（ａ）、（ｂ）は本実施例の動作を説明する磁化特性図
および、出力波形図である。 １・・・・・・第２のストライプ状超伝導体、２・・・
・・・第１のストライプ状超伝導体、８・・・・・・第
３のストライプ状超伝導体、３．４，６，１２．１３・
・・・・・絶縁層、５・・・・・・磁気記憶媒体、７・
・・・・・ストライプ状磁気抵抗効果素子、９・・・・
・・抵抗、１１・・・・・・基板、１４・・・・・・Ｃ
ＰＵ及びインターフェース、４６・・・・・・第１のＸ
軸アドレスレジスタ、１８・・・・・・ｇｌのｙ軸アド
レスレジスタ、４４・・・・・・ｇｌのＸ軸アドレスデ
コーダ、１９・・・・・・第１のｙｍアドレスデコーダ
、４５・・・・・・データ用フリップフｎツブ、４７〜
５２・・・−・・アンドゲート、１６．１７，３０，３
１゜３３・・・・・・電流源、２０〜２９・−・・・・
第１のスイッチ群、３２．３４．３９−＝４０・・・・
・・第２のスイッチ群、３６・・・・・・第２のｙ軸ア
ドレスレジスタ（再生用）、４２・・・・・・第２のＸ
軸アドレスレジスタ、３５・・・・・・第２のｙ軸アド
レスデコーダ、４１・・・・・・第２のＸ細アドレスデ
コーダ、４３・・・・・・再生回路系、１００，１０１
，１０２・・・・・・固体磁気メモリー素子、１２０，
１２１・・・・・・接着層、１３０・・・・・・バッフ
ァレジスタ。 代理人　弁理士　　　内　原　　　晋 条３図 粥４図 Ａ如１１子 多乙圀 子２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 磁気記憶媒体層の一方の主面上に絶縁層を介して複数の
   第２のストライプ状超伝導体が所定の間隔をおいて形成
   され、これら第２のストライプ状超伝導体状および前記
   磁気記憶媒体層の主面上に絶縁層を介して前記各第２の
   ストライプ状超伝導体と所定の角度で交差するように複
   数の第１のストライプ状超伝導体が所定の間隔をおいて
   形成され前記磁気記憶媒体層の他方の主面上に絶縁層を
   介して複数のストライプ状磁気抵抗効果素子が所定の間
   隔で形成され、前記磁気記憶媒体層の主面上および前記
   ストライプ状磁気抵抗効果素子上に絶縁層を介して複数
   の第３のストライプ状超伝導体が所定の間隔で形成され
   、前記第１および第２の各ストライプ状超伝導体の交差
   部分と前記第３のストライプ状超伝導体および前記スト
   ライプ状磁気抵抗効果素子の交差部分とが前記磁気記憶
   媒体層を介して対向する位置に配置された固体磁気メモ
   リー素子が、複数層積層されてなることを特徴とする多
   層固体磁気メモリー素子。