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磁気記憶素子、磁気メモリ、磁気記録方法、磁気記憶素子の製造方法、及び磁気メモリの製造方法

国内特許コード P03A000427
整理番号 P2000-023-JP01
掲載日 2003年10月1日
出願番号 特願2001-150456
公開番号 特開2002-343943
登録番号 特許第3482469号
出願日 平成13年5月21日(2001.5.21)
公開日 平成14年11月29日(2002.11.29)
登録日 平成15年10月17日(2003.10.17)
発明者
  • 武笠 幸一
  • 澤村 誠
  • 末岡 和久
  • 廣田 榮一
  • 中根 了昌
  • 中村 基訓
出願人
  • 学校法人北海道大学
発明の名称 磁気記憶素子、磁気メモリ、磁気記録方法、磁気記憶素子の製造方法、及び磁気メモリの製造方法
発明の概要 実用に足るMRAMを提供することのできる新規な磁気記憶素子を提供するとともに、これを用いた磁気メモリを提供する。本発明の磁気記憶素子10は、外部磁界の印加によりスピンボルテックスを生じる第1の磁性体薄膜1と、この第1の磁性体薄膜1の上方において、膜面と略垂直な磁化Cを有する第2の磁性体薄膜2とを具えている。また、第1の磁性体薄膜1と第2の磁性体薄膜2との間には、磁気記憶素子10全体を通じて流れる電流値を制御(抑制)するための絶縁層3が形成されている。磁気記憶素子10に対して所定の外部磁界を印加することによって、第1の磁性体薄膜1中にスピンボルテックスを生じさせ、核部分において垂直に立ち上がった磁化の向きに応じて情報を記録する。
従来技術、競合技術の概要 従来、ランダムアクセスメモリ(RAM:Random Access Memory)としては、半導体素子を用いた半導体ランダムアクセスメモリ(半導体RAM)が主流であったが、このような半導体RAMは、苛酷な条件下で使用されると、その安定性が劣化するという問題があった。そして、この傾向は、半導体素子を小型して集積密度を向上させようとする場合においてより顕著となっていた。したがって、例えば、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM:dynamic Random Access Memory)などの半導体RAMにおいては、安定した動作を実現するために、所定の電流を流してデータを保持するリフレッシュ動作などの余分な操作が必要とされている。また、余分な操作を必要としない半導体RAMにおいては、アクセスに長時間を要するという問題があった。かかる観点より、近年、磁気記憶素子を用いた磁気ランダムアクセスメモリ(MRAM:Magnetic Random Access Memory)が注目されている。MRAMは、磁化の向きに対応させて“0”、“1”の信号を記録するようにしたものである。前記磁化の向きは外部磁界を加えない限り不変であるため、MRAMは極めて高い安定性を示す。このようなMRAMを構成する磁気記憶素子としては、GMR(巨大磁気抵抗:giant magnetoresistive)膜を用いたもの、TMR(トンネル磁気抵抗:tunneling magnetoresistive)膜を用いたものが提案されている。しかしながら、これらの磁気記憶素子は、“0”、“1”情報を読み出すために要求されるMR比などの磁気的特性が不十分であるために、実用に足るMRAMを実現することはできないでいた。
産業上の利用分野 ランダムアクセスメモリ(RAM)として好適に用いることのできる磁気記憶素子、磁気メモリ、並びに前記磁気記憶素子及び前記磁気メモリを用いた磁気記録方法、さらには、前記磁気記憶素子及び前記磁気メモリに対する製造方法
特許請求の範囲 【請求項1】 外部磁界の印加によりスピンボルテックスを生じる第1の磁性体薄膜と、この第1の磁性体薄膜の上方において、膜面と略垂直な磁化を有する第2の磁性体薄膜とを具えることを特徴とする、磁気記憶素子。
【請求項2】 前記第1の磁性体薄膜は、円柱状であることを特徴とする、請求項1に記載の磁気記憶素子。
【請求項3】 前記第1の磁性体薄膜は、パーマロイからなることを特徴とする、請求項1又は2に記載の磁気記憶素子。
【請求項4】 前記第1の磁性体薄膜の直径が、0.05μm~50μmであることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一に記載の磁気記憶素子。
【請求項5】 前記第1の磁性体薄膜の厚さが、1μm以下であることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一に記載の磁気記憶素子。
【請求項6】 前記第2の磁性体薄膜は、コバルトからなることを特徴とする、請求項1~5のいずれか一に記載の磁気記憶素子。
【請求項7】 前記第2の磁性体薄膜の厚さが、1μm以下であることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一に記載の磁気記憶素子。
【請求項8】 前記第1の磁性体薄膜と前記第2の磁性体薄膜との間に、絶縁層を具えることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一に記載の磁気記憶素子。
【請求項9】 前記絶縁層の厚さが、1nm~10nmであることを特徴とする、請求項8に記載の磁気記憶素子。
【請求項10】 請求項1~9のいずれか一に記載の磁気記憶素子を、所定の基板上において、平面状に複数配置したことを特徴とする、磁気メモリ。
【請求項11】 前記磁気記憶素子を囲むようにしてワイヤを配置したことを特徴とする、請求項10に記載の磁気メモリ。
【請求項12】 請求項1~9のいずれか一に記載の磁気記憶素子を、所定の基板上において平面状に複数配置するとともに、前記磁気記憶素子を囲むようにしてワイヤを配置し、このワイヤに所定の電流を流すことにより生じた順方向磁場によって前記磁気記憶素子中にスピンボルテックスを生じさせ、情報の磁気的な書き込みを行うようにしたことを特徴とする、磁気記録方法。
【請求項13】 前記ワイヤに所定の電流を流すことによって、前記順方向磁場と逆向きの逆方向磁場を生じさせ、この逆方向磁場によって磁気記録された前記磁気記憶素子中に逆方向のスピンボルテックスを生じさせ、情報の磁気的な書き換えを行うようにしたことを特徴とする、請求項12に記載の磁気記録方法。
【請求項14】 所定の基板上にレジスト膜を一様に形成する工程と、前記レジスト膜に露光現像処理を施すことにより、前記所定の基板の主面が露出した開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを介して成膜処理を施すことにより、前記所定の基板の前記主面上に、外部磁界の印加によりスピンボルテックスを生じる第1の磁性体薄膜と、膜面と略垂直な磁化を有する第2の磁性体薄膜とを順次に積層して、前記第1の磁性体薄膜と、前記第2の磁性体薄膜とを具える磁気記憶素子を製造する工程と、を含むことを特徴とする、磁気記憶素子の製造方法。
【請求項15】 前記第1の磁性体薄膜と前記第2の磁性体薄膜との間に絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項13に記載の磁気記憶素子の製造方法。
【請求項16】 所定の基板上にレジスト膜を一様に形成する工程と、前記レジスト膜に露光現像処理を施すことにより、前記所定の基板の主面が露出した複数の開口部を有するレジストパターンを形成する工程と、前記レジストパターンを介して成膜処理を施すことにより、前記所定の基板の前記主面上に、外部磁界の印加によりスピンボルテックスを生じる第1の磁性体薄膜と、膜面と略垂直な磁化を有する第2の磁性体薄膜とを順次に積層して、前記第1の磁性体薄膜と、前記第2の磁性体薄膜とを具える複数の磁気記憶素子を製造する工程と、を含むことを特徴とする、磁気メモリの製造方法。
【請求項17】 前記第1の磁性体薄膜と前記第2の磁性体薄膜との間に絶縁層を形成する工程を含むことを特徴とする、請求項16に記載の磁気メモリの製造方法。
【請求項18】 前記磁気記憶素子を囲むようにしてワイヤを形成する工程を含むことを特徴とする、請求項16又は17に記載の磁気メモリの製造方法。
産業区分
  • 固体素子
  • 磁性材料
  • 電子応用機器
  • 記憶装置
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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出願権利状態 権利存続中
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