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FERROMAGNETIC DOUBLE QUANTUM WELL TUNNEL MAGNETO-RESISTANCE DEVICE

Foreign code F040000906
File No. (K007P40)
Posted date Apr 25, 2005
Country WIPO
International application number 2000JP001476
International publication number WO 2001/004970
Date of international filing Mar 10, 2000
Date of international publication Jan 18, 2001
Priority data
  • P1999-196724 (Jul 9, 1999) JP
  • P2000-022691 (Jan 31, 2000) JP
Title FERROMAGNETIC DOUBLE QUANTUM WELL TUNNEL MAGNETO-RESISTANCE DEVICE
Abstract A ferromagnetic double quantum well tunnel magneto-resistance device which can obtain an infinite tunnel magneto-resistance ratio with a required bias voltage by utilizing a 2-dimensional electron (positive hole) system, a high sensitivity sensor utilizing the device and a nonvolatile memory device utilizing the device. A ferromagnetic 1st quantum well layer (4) and a ferromagnetic 2nd quantum well layer (8) in which carrier quanta are confined in 2-dimensional electron (positive hole) states are held between nonmagnetic barrier layers (2, 6 and 10) through which tunneling is enabled. By providing a difference in coercive force between the 1st quantum well layer (4) and the 2nd quantum well layer (8), magnetization of only one of the quantum wells is reversed by external magnetic field. When the magnetization directions of the two quantum wells are in parallel with each other, the tunneling is enabled and, when the magnetization directions of the two quantum wells are in reverse-parallel with each other, the tunneling is prohibited, so that the infinite tunnel magneto-resistance ratio can be obtained.
Scope of claims (In Japanese)
【請求項1】【請求の範囲】1.強磁性体の第1量子井戸層と強磁性体の第2量子井戸層とを非磁性体の障壁層で挟んだ構造を有し、上記第1量子井戸層及び上記第2量子井戸層の磁化の向きに基づきキャリアのトンネリングが生じて磁気抵抗が変化する強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項2】2.前記第1量子井戸層と前記第2量子井戸層とが保磁力に差を有していることを特徴とする、請求項1記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項3】3.前記第1量子井戸層及び前記第2量子井戸層がキャリアのドブロイ波長より薄い厚さを有していることを特徴とする、請求項1又は2に記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項4】4.前記第1量子井戸層及び前記第2量子井戸層がキャリアを量子閉じこめする2次元電子又は正孔状態を実現していることを特徴とする、請求項1~3のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項5】5.前記第1量子井戸層及び前記第2量子井戸層と前記障壁層とのヘテロ界面が原子的に平坦かつ急峻であることを特徴とする、請求項1~4のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項6】6.前記障壁層をキャリアのトンネリングが可能な厚さに形成していることを特徴とする、請求項1~5のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項7】7.前記第1量子井戸層が金属の強磁性体又は強磁性を示す半導体のいずれかであることを特徴とする、請求項1~6のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項8】8.前記第2量子井戸層が金属の強磁性体又は強磁性を示す半導体のいずれかであることを特徴とする、請求項1~7のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項9】9.前記障壁層のそれぞれが非磁性の半導体又は非磁性の絶縁体のいずれかであることを特徴とする、請求項1~8のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項10】10.前記第1量子井戸層及び前記第2量子井戸層の膜厚並びに前記障壁層の膜厚及びエネルギー障壁の高さを制御して、上記第1量子井戸層及び上記第2量子井戸層の量子準位のエネルギーと、キャリアのトンネル確率とを設定したことを特徴とする、請求項1~9のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項11】11.前記第1量子井戸層及び前記第2量子井戸層の膜厚を変えることにより所望のバイアス電圧に設定可能にしたことを特徴とする、請求項1-10のいずれかに記載の強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイス。

【請求項12】12.強磁性体の第1量子井戸層と強磁性体の第2量子井戸層とを非磁性体の障壁層で挟んだ構造を有し、上記第1量子井戸層及び上記第2量子井戸層の磁化の向きに基づきキャリアのトンネリングが生じて磁気抵抗が変化する強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイスにあって、外部磁場により抵抗が変化することを利用して磁気を検知する高感度磁気センサ。

【請求項13】13.強磁性体の第1量子井戸層と強磁性体の第2量子井戸層とを非磁性体の障壁層で挟んだ構造を有し、上記第1量子井戸層及び上記第2量子井戸層の磁化の向きに基づきキャリアのトンネリングが生じて磁気抵抗が変化する強磁性2重量子井戸トンネル磁気抵抗デバイスにあって、上記磁化の平行な状態と反平行な状態とが磁気抵抗値から判別可能であること及び上記磁化の平行な状態と反平行な状態とが双安定で制御可能であることを利用した、書き込み可能な不揮発性メモリデバイス。

【請求項14】14.請求項13記載の不揮発性メモリデバイスであって、さらにこの第1量子井戸層及び第2量子井戸層にそれぞれ電極を設け、この電極間に加える電圧差によって、上記第1量子井戸層と第2量子井戸層間の共鳴トンネリング状態を制御することにより、上記第1量子井戸層と第2量子井戸層の磁化状態の読み出しを可能又は不可能に制御するようにした、不揮発性メモリデバイス。

【請求項15】15.請求項13記載の不揮発性メモリデバイスと半導体スイッチングデバイスとから成る不揮発性メモリセル。

【請求項16】16.請求項13記載の不揮発性メモリデバイスであって、さらにこの第1量子井戸層及び第2量子井戸層にそれぞれ電極を設け、この電極間に加える電圧差によって、上記第1量子井戸層と第2量子井戸層間の共鳴トンネリング状態を制御することにより、上記第1量子井戸層と第2量子井戸層の磁化状態の読み出しを可能又は不可能に制御するようにした、不揮発性メモリデバイスから成る不揮発性メモリセル。
  • Applicant
  • ※All designated countries except for US in the data before July 2012
  • Japan Science And Technology Corporation
  • Inventor
  • Tanaka,Masaaki
  • Hayashi,Toshiaki
IPC(International Patent Classification)
Reference ( R and D project ) PRESTO Fields and Reactions AREA
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