JPH02177197A - 超伝導メモリ素子 - Google Patents
超伝導メモリ素子Info
- Publication number
- JPH02177197A JPH02177197A JP63333524A JP33352488A JPH02177197A JP H02177197 A JPH02177197 A JP H02177197A JP 63333524 A JP63333524 A JP 63333524A JP 33352488 A JP33352488 A JP 33352488A JP H02177197 A JPH02177197 A JP H02177197A
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- JP
- Japan
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- magnetic field
- superconducting
- layer
- superlattice
- memory
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- Superconductor Devices And Manufacturing Methods Thereof (AREA)
- Semiconductor Memories (AREA)
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。
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］
この発明は、超伝導体及び超格子薄膜を利用し、且つ、
情報の書換えが可能な超伝導メモリ素子に関する。
情報の書換えが可能な超伝導メモリ素子に関する。
［従来のｖｉ術及び発明が解決しようとする課＋Ａ］従
来から、超伝導体からなるリングに、その臨界温度（Ｔ
ｃ ）以下で電流を供給すると永久電流となり、一種の
メモリ作用を有することが良く知られている（マイスナ
ー効果）。
来から、超伝導体からなるリングに、その臨界温度（Ｔ
ｃ ）以下で電流を供給すると永久電流となり、一種の
メモリ作用を有することが良く知られている（マイスナ
ー効果）。
しかしながら、これを利用したメモリを有効に検出する
ことができるメモリ素子として、実際のデイバイスに適
用することができるものは未だ提案されていない。
ことができるメモリ素子として、実際のデイバイスに適
用することができるものは未だ提案されていない。
この発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであ
って、超伝導リングのマイスナー効果を利用して書込ん
だ情報を、有効に読取ることができる超伝導メモリ素子
を提供することを目的とする。
って、超伝導リングのマイスナー効果を利用して書込ん
だ情報を、有効に読取ることができる超伝導メモリ素子
を提供することを目的とする。
［課題を解決するための手段及び作用］この発明に係る
超伝導メモリ素子は、稀薄磁性半導体及び半導体が交互
に積層されてなる超格子層と、この超格子層の量子井戸
層に電流を供給するための一対の電極と、前記超格子層
に対向して設けられた超伝導リングと、この超伝導リン
グと前記超格子層とを絶縁するための絶縁手段とを有し
、前記超伝導リングに磁場を閉込めることにより情報を
書込み、前記磁場による前記量子井戸層の電流変化を検
出することにより情報を読取ることを特徴とする。
超伝導メモリ素子は、稀薄磁性半導体及び半導体が交互
に積層されてなる超格子層と、この超格子層の量子井戸
層に電流を供給するための一対の電極と、前記超格子層
に対向して設けられた超伝導リングと、この超伝導リン
グと前記超格子層とを絶縁するための絶縁手段とを有し
、前記超伝導リングに磁場を閉込めることにより情報を
書込み、前記磁場による前記量子井戸層の電流変化を検
出することにより情報を読取ることを特徴とする。
本願発明者は、＃ｌｔ薄磁性半導体における巨大ゼーマ
ン分裂と、超伝導体マイスナー効果を組合わせることに
より、全く新規なメモリ素子をｉりることかできること
を見出した。この発明は、このような知見に基いてなさ
れたものである。
ン分裂と、超伝導体マイスナー効果を組合わせることに
より、全く新規なメモリ素子をｉりることかできること
を見出した。この発明は、このような知見に基いてなさ
れたものである。
以下、この発明の原理について説明する。
臨界温度（Ｔｃ ）以上の温度に保持された超伝導リン
グに所定の外部磁場を付与し、その後、リングを臨界温
度よりも低い温度に保持しつつ磁場をゼロにすると、マ
イスナー効果により、リングには永久電流が流れ、その
内側には磁場が閉込められる。この閉込められた磁場の
下に稀薄磁性半導体（半磁性平導体ともいう）及び半導
体が交互に積層されてなる超格子層を位置させ、これに
電流を供給すると、超格子層中の量子井戸層に流れる電
流が、磁場のない場合と比較して大きく変化する。従っ
て、この電流の変化を検出することにより、磁場の強さ
として記憶させた情報を読取ることができる。
グに所定の外部磁場を付与し、その後、リングを臨界温
度よりも低い温度に保持しつつ磁場をゼロにすると、マ
イスナー効果により、リングには永久電流が流れ、その
内側には磁場が閉込められる。この閉込められた磁場の
下に稀薄磁性半導体（半磁性平導体ともいう）及び半導
体が交互に積層されてなる超格子層を位置させ、これに
電流を供給すると、超格子層中の量子井戸層に流れる電
流が、磁場のない場合と比較して大きく変化する。従っ
て、この電流の変化を検出することにより、磁場の強さ
として記憶させた情報を読取ることができる。
このような電流の大幅な変化は、Ｓ、ＤａＬＬａ 。
Ｊ、に、Ｐｕｒｄｙｎａ及びＲ，Ｌ、Ｇｕｎｓｈｏｒに
よって予言され、５ｕｐｅｒｌａＬＬｌｃｅ ａｎｄ
ＭＩｃｒｏｓＬｒｕｃＬｕｒｅ、ｖｏｌ、ｌ。
よって予言され、５ｕｐｅｒｌａＬＬｌｃｅ ａｎｄ
ＭＩｃｒｏｓＬｒｕｃＬｕｒｅ、ｖｏｌ、ｌ。
Ｎｏ、４ｉ９８５．１２に発表されている。この文献に
記載されているように前述の大きな電流変化は巨大ゼー
マン分裂に起因するものである。
記載されているように前述の大きな電流変化は巨大ゼー
マン分裂に起因するものである。
［実施例］
以下、添付図面を参照して、この発明の実施例について
具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る超
伝導メモリ素子の概略を示す断面図である。基板１は例
えばガラスのような経時変化が少ない絶縁体で形成され
ており、この基板１」二に稀薄磁性半導体層３８及び半
導体層３ｂを交互に積層してなる超格子薄膜３が形成さ
れている。
具体的に説明する。第１図はこの発明の実施例に係る超
伝導メモリ素子の概略を示す断面図である。基板１は例
えばガラスのような経時変化が少ない絶縁体で形成され
ており、この基板１」二に稀薄磁性半導体層３８及び半
導体層３ｂを交互に積層してなる超格子薄膜３が形成さ
れている。
この超伝導薄膜３の両側端には、夫々電極２ａ。
２ｂが設けられており、図示しない電源からこの電極２
ａ、２ｂを介して超格子薄膜３に電流を供給するように
なっている。超格子薄膜３を構成する稀薄磁性半導体層
３ａは、例えばＣｄ１−エＭｎ、Ｔｅで形成することが
でき、半導体層３ｂは、例えばＣｄＴｅで形成すること
ができる。この場合に、稀薄半導体層３ａの組成比Ｘ１
又はこれらの層のドーパント量を適宜調節することによ
り、所望の特性を得ることができる。具体的には、これ
らの調節により、後述する各層のエネルギレベルを目的
とする値にすることができる。
ａ、２ｂを介して超格子薄膜３に電流を供給するように
なっている。超格子薄膜３を構成する稀薄磁性半導体層
３ａは、例えばＣｄ１−エＭｎ、Ｔｅで形成することが
でき、半導体層３ｂは、例えばＣｄＴｅで形成すること
ができる。この場合に、稀薄半導体層３ａの組成比Ｘ１
又はこれらの層のドーパント量を適宜調節することによ
り、所望の特性を得ることができる。具体的には、これ
らの調節により、後述する各層のエネルギレベルを目的
とする値にすることができる。
超格子薄膜３及び電極２ａ、２ｂの上には、Ｓｉ３Ｎ４
等の絶縁体で形成された絶縁膜４が形成されており、こ
の絶縁１１ｉ４の」二には、前記超格子層Ｉｌ！３に対
応する位置に超伝導リング５が設けられている。この超
伝導リング５は、Ｎｂ−Ｔｉ系合金等の高い臨界電流密
度を有する物質で形成されていることが好ましい。これ
により、読み出し信号のＳ／Ｎ比を高くすることができ
る。この超伝導リング５は、図示しない冷却装置により
臨界温度Ｔｃよりも低い温度に保持することができるよ
うになっている。
等の絶縁体で形成された絶縁膜４が形成されており、こ
の絶縁１１ｉ４の」二には、前記超格子層Ｉｌ！３に対
応する位置に超伝導リング５が設けられている。この超
伝導リング５は、Ｎｂ−Ｔｉ系合金等の高い臨界電流密
度を有する物質で形成されていることが好ましい。これ
により、読み出し信号のＳ／Ｎ比を高くすることができ
る。この超伝導リング５は、図示しない冷却装置により
臨界温度Ｔｃよりも低い温度に保持することができるよ
うになっている。
このように構成された超伝導メモリ素子においては、先
ず、超伝導リング５に例えばレーザビームを照射して超
伝導リング５を臨界温度ＴＣ以上に保持し、図示しない
外部磁場装置（電磁石等）により超伝導リング５に所定
の強さの磁場を加え、そのままの状態でレーザビームの
照１１４を停止して超伝導リング５を臨界温度Ｔｃより
も低いｌ起度にする。その後、外部磁場装置を停止して
磁場をゼロにすると、マイスナー効果により、超伝導リ
ング５に磁場が閉込められたままとなる。これにより、
加えた磁場の強さに応じた情報が書込まれる。
ず、超伝導リング５に例えばレーザビームを照射して超
伝導リング５を臨界温度ＴＣ以上に保持し、図示しない
外部磁場装置（電磁石等）により超伝導リング５に所定
の強さの磁場を加え、そのままの状態でレーザビームの
照１１４を停止して超伝導リング５を臨界温度Ｔｃより
も低いｌ起度にする。その後、外部磁場装置を停止して
磁場をゼロにすると、マイスナー効果により、超伝導リ
ング５に磁場が閉込められたままとなる。これにより、
加えた磁場の強さに応じた情報が書込まれる。
次に、書込まれた情報の読み出しについて説明する。第
２図（ａ）及び（ｂ）は、前述のようにして書込まれた
情報の読取りの原理を説明するためのエネルギバンド図
である。第２図（ａ）は超格子を構成する半導体として
ＣｄＴｅ、稀薄磁性半導体としてｎ型のＣｄ１−ｘＭｎ
ｌＴｅを用いた場合の超格子薄膜のエネルギーレベルを
示している。磁場を印加しない場合には、稀薄磁性半導
体の組成比Ｘ及びドーパント量を最適化するこ乏により
、この図に示すように、稀薄磁性半導体装置ドナーレベ
ルを半導体層の最低量子井戸レベルＥ、よりも僅かに上
にすることができ、ドナー電子は最低量子井戸レベルＥ
１に落込んだ状態となる。この場合、量子井戸層はキャ
リア濃度が大きくなっており、電流を良く流す状態とな
っている。
２図（ａ）及び（ｂ）は、前述のようにして書込まれた
情報の読取りの原理を説明するためのエネルギバンド図
である。第２図（ａ）は超格子を構成する半導体として
ＣｄＴｅ、稀薄磁性半導体としてｎ型のＣｄ１−ｘＭｎ
ｌＴｅを用いた場合の超格子薄膜のエネルギーレベルを
示している。磁場を印加しない場合には、稀薄磁性半導
体の組成比Ｘ及びドーパント量を最適化するこ乏により
、この図に示すように、稀薄磁性半導体装置ドナーレベ
ルを半導体層の最低量子井戸レベルＥ、よりも僅かに上
にすることができ、ドナー電子は最低量子井戸レベルＥ
１に落込んだ状態となる。この場合、量子井戸層はキャ
リア濃度が大きくなっており、電流を良く流す状態とな
っている。
なお、図中Ｅｄはドナー電子の活性化エネルギーを示し
ている。
ている。
次に、このような超格子薄膜に磁場を印加した場合を考
える。この超格子薄膜に磁場が印加されると、稀薄磁性
半導体において前述したような巨大ゼーマン分裂が生じ
る。すなわち、上向きスピンレベルＥυと下向きスピン
レベルＥ、との分裂が生じる。これらのエネルギ差ΔＥ
をゼーマン分裂エネルギという。このように巨大ゼーマ
ン分裂が生じると、磁場の大きさに依存して、上向きス
ピンレベルＥＵは量子井戸層（すなわち半導体層）の最
低レベルよりも下になる。そうすると、量子井戸に存在
していた電子がバリヤ層の上向きスピンレベルＥ、に落
込む。従って、量子井戸層のキャリヤ濃度が小さくなり
、その電気抵抗が大きくなる。すなわち、磁場の存・無
を電流の大きさの変化で検出することができる。従って
、磁場を印加して記録した情報を、井戸層に流れる電流
の大きさを検出することにより読取ることができる。
える。この超格子薄膜に磁場が印加されると、稀薄磁性
半導体において前述したような巨大ゼーマン分裂が生じ
る。すなわち、上向きスピンレベルＥυと下向きスピン
レベルＥ、との分裂が生じる。これらのエネルギ差ΔＥ
をゼーマン分裂エネルギという。このように巨大ゼーマ
ン分裂が生じると、磁場の大きさに依存して、上向きス
ピンレベルＥＵは量子井戸層（すなわち半導体層）の最
低レベルよりも下になる。そうすると、量子井戸に存在
していた電子がバリヤ層の上向きスピンレベルＥ、に落
込む。従って、量子井戸層のキャリヤ濃度が小さくなり
、その電気抵抗が大きくなる。すなわち、磁場の存・無
を電流の大きさの変化で検出することができる。従って
、磁場を印加して記録した情報を、井戸層に流れる電流
の大きさを検出することにより読取ることができる。
第２図（ｂ）も、超格子薄膜に磁場を印加した場合の稀
薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂を利用している点で、
原理的に第２図（ａ）の場合と同様であるが、この場合
には、磁場がゼロの場合に抵抗が大きく、磁場印加時に
抵抗が小さくなるので、磁場に対する応答性が、第２図
（ａ）の場合とは逆になっている。この場合にも、磁場
を印加して記録した情報を、井戸層に流れる電流の大き
さを検出することにより読取ることができる。
薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂を利用している点で、
原理的に第２図（ａ）の場合と同様であるが、この場合
には、磁場がゼロの場合に抵抗が大きく、磁場印加時に
抵抗が小さくなるので、磁場に対する応答性が、第２図
（ａ）の場合とは逆になっている。この場合にも、磁場
を印加して記録した情報を、井戸層に流れる電流の大き
さを検出することにより読取ることができる。
メモリの消去に際しては、磁場ゼロの状態で、レーザビ
ーム照射等により超伝導リング５を臨界温度Ｔｃ以上に
上昇させ、その内部に閉込められた磁場を開放し、その
後超伝導リング５を再びＴＣより低い温度に戻す。
ーム照射等により超伝導リング５を臨界温度Ｔｃ以上に
上昇させ、その内部に閉込められた磁場を開放し、その
後超伝導リング５を再びＴＣより低い温度に戻す。
このようなメモリ素子においては、書込まれる情報が磁
場の状態であるため、不揮発性であり、長期に亘って安
定してメモリを保持しておくことができる。また、メモ
リを電気的に読取ることができるので、従来の光メモリ
で用いている読取り用のレーザビームが不要であり、装
置を簡略化することができる。また、このメモリは磁場
の強さに応じて変化するアナログメモリであるため、記
録容量が大きい。
場の状態であるため、不揮発性であり、長期に亘って安
定してメモリを保持しておくことができる。また、メモ
リを電気的に読取ることができるので、従来の光メモリ
で用いている読取り用のレーザビームが不要であり、装
置を簡略化することができる。また、このメモリは磁場
の強さに応じて変化するアナログメモリであるため、記
録容量が大きい。
次に、上述したメモリ素子を多数組合わせた超伝導メモ
リ装置について説明する。第３図はそのメモリ装置を示
す平面図である。図中２１は基板であり、この基板２１
上に電極ライン２２及び２３が格子状に形成され、電極
ライン２２と２３との間は絶縁部材２９で絶縁されてい
る。これら電極ラインにより囲繞される複数の領域には
、基板２１上に夫々１個づつの超格子薄膜２５が形成さ
れており、各薄膜の上には絶縁層２６を介して超伝導リ
ング２８が形成されている。また、各超格子薄８２５の
両端には、夫々電極ライン２２に接続された電極２７ａ
及び電極ライン２３に接続された電極２７ｂが設けられ
ている。このようにして、超伝導メモリ素子が複数集合
したメモリ装置を構成することができる。この場合に、
１１２数の超伝導リング２８に対応する部分に、夫々ア
ナログ的な情報を書込むことができる。
リ装置について説明する。第３図はそのメモリ装置を示
す平面図である。図中２１は基板であり、この基板２１
上に電極ライン２２及び２３が格子状に形成され、電極
ライン２２と２３との間は絶縁部材２９で絶縁されてい
る。これら電極ラインにより囲繞される複数の領域には
、基板２１上に夫々１個づつの超格子薄膜２５が形成さ
れており、各薄膜の上には絶縁層２６を介して超伝導リ
ング２８が形成されている。また、各超格子薄８２５の
両端には、夫々電極ライン２２に接続された電極２７ａ
及び電極ライン２３に接続された電極２７ｂが設けられ
ている。このようにして、超伝導メモリ素子が複数集合
したメモリ装置を構成することができる。この場合に、
１１２数の超伝導リング２８に対応する部分に、夫々ア
ナログ的な情報を書込むことができる。
［発明の効果］
この発明によれば、超伝導体のマイスナー効果、及び稀
薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂を応用して、従来にな
い全く新規な超伝導メモリ素子を提供することができる
。
薄磁性半導体の巨大ゼーマン分裂を応用して、従来にな
い全く新規な超伝導メモリ素子を提供することができる
。
このメモリ素子は、超伝導リングに磁場を閉込めること
により情報を書込むのでメモリが不揮発性であり、メモ
リを長期間に互って安定に保持することができる。また
、メモリの読取りをレーザビームを用いずに電気的に行
なえるので、装置を簡略化することができる。更に、情
報をアナログ量として記憶することができるので、メモ
リの容量が大きい。
により情報を書込むのでメモリが不揮発性であり、メモ
リを長期間に互って安定に保持することができる。また
、メモリの読取りをレーザビームを用いずに電気的に行
なえるので、装置を簡略化することができる。更に、情
報をアナログ量として記憶することができるので、メモ
リの容量が大きい。
第１図はこの発明の実施例に係る超伝導メモリ素子の概
略を示す断面図、第２図は情報の読取りを説明するため
の超格子薄膜のエネルギバンド図、第３図はこの発明に
係る超伝導メモリ素子を多数組込んだメモリ装置を示す
平面図である。 １；基板、２ａ、２ｂ；ｆｆｉ極、３；超格子薄膜、４
；絶縁層、５；超伝導リング。 特許出願人 カシオ計算機株式会社 弔３
略を示す断面図、第２図は情報の読取りを説明するため
の超格子薄膜のエネルギバンド図、第３図はこの発明に
係る超伝導メモリ素子を多数組込んだメモリ装置を示す
平面図である。 １；基板、２ａ、２ｂ；ｆｆｉ極、３；超格子薄膜、４
；絶縁層、５；超伝導リング。 特許出願人 カシオ計算機株式会社 弔３
Claims (1)
- 稀薄磁性半導体及び半導体が交互に積層されてなる超格
子層と、この超格子層の量子井戸層に電流を供給するた
めの一対の電極と、前記超格子層に対向して設けられた
超伝導リングと、この超伝導リングと前記超格子層とを
絶縁するための絶縁手段とを有し、前記超伝導リングに
磁場を閉込めることにより情報を書込み、前記磁場によ
る前記量子井戸層の電流変化を検出することにより情報
を読取ることを特徴とする超伝導メモリ素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63333524A JPH02177197A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 超伝導メモリ素子 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63333524A JPH02177197A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 超伝導メモリ素子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02177197A true JPH02177197A (ja) | 1990-07-10 |
Family
ID=18267007
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63333524A Pending JPH02177197A (ja) | 1988-12-28 | 1988-12-28 | 超伝導メモリ素子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH02177197A (ja) |
-
1988
- 1988-12-28 JP JP63333524A patent/JPH02177197A/ja active Pending
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