(57)【要約】【課題】電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ(Magnetic Random Access Memory)素子及びそれを利用した情報の記録及び判読方法を提供する。【解決手段】陽極と陰極からなる二つの基底電極を利用してＰＺＴ薄膜により円滑に電圧が印加されるだけではなく、二本の記録線及び判読線により記録と判読が相互独立的に各々なされ、圧電層に電圧を印加することにより自由強磁性体の磁化方向による逆磁歪現象(inverse magnetostriction)を利用して平面方向または平面方向に垂直な方向に制御して記録と判読がなされる非揮発性、超永続性、超節電形電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子及びそれを利用した情報の記録及び判読方法を提供する。【選択図】図１
2006179891.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＲＡＭ素子において、
陽電極と陰電極を有する二本の記録線を具備した電気伝導性基底電極；
前記電気伝導性基底電極の各記録線に左右各面が接して配置される圧電層；
前記圧電層の下部に配置され、陽電極と陰電極を分離する絶縁層；
前記絶縁層の上部に配置され、水平方向と垂直方向の磁化状態を有する自由強磁性層；
前記自由強磁性層の上部に配置される非磁性層；
前記非磁性層の上部に配置される固定強磁性層；
前記固定強磁性層の上部に配置される半強磁性層；
前記固定強磁性層の上部適所に配置される一方の判読線と前記陽電極の電気伝導性基底電極絶縁層上部に配置されるもう一方の判読線からなるお互いに垂直な二本の電気伝導性判読線；
を含むことを特徴とする電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項２】
前記電気伝導性基底電極が、Ｓｉ基板上にＳｒＲｕＯ３の金属酸化電極層を蒸着することを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項３】
前記電気伝導性基底電極、絶縁層、圧電層及びＳｉ基板が、相互格子不一致を最小化してエピタキシャル成長を可能にする物質からなることを特徴とする請求項１または請求項２記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項４】
前記電気伝導性基底電極の各記録線が絶縁層により絶縁され、各記録線の側面を間において絶縁層が配列されることを特徴とする請求項３記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項５】
前記絶縁層がＳｒＴｉＯ３からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項６】
前記圧電層がＰＺＴ系からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項７】
前記圧電層がＰＬＺＴ、ＢＬＴ、ＳＢＴ系中のいずれか一つ以上からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項８】
前記自由強磁性層がＣｏとＰｄの合金からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項９】
前記自由強磁性層が、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、
Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、
からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１０】
前記非磁性層がＣｕとＲｕの合金からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１１】
前記固定強磁性層がＮｉとＦｅの合金からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１２】
前記固定強磁性層がＣｏとＰｄの合金からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１３】
前記固定強磁性層が、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、
Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、
Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、
からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１４】
前記固定強磁性層が、ＰｔとＭｎ及び人工半強磁性体で代替可能に形成されることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１５】
前記半強磁性層がＰｔとＭｎの合金薄膜からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１６】
前記半強磁性層がＣｏとＦｅの合金薄膜からなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１７】
前記二本の電気伝導性判読線がＣｕからなることを特徴とする請求項１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子。
【請求項１８】
ＭＲＡＭ素子の陽電極と陰電極からなる各記録線に電圧を印加する工程（Ｓ１−１）；
前記各記録線が交差する地点の圧電層に電場が形成される工程（Ｓ１−２）；
前記圧電層に発生する電場により圧電層に変形が誘導される工程（Ｓ１−３）；
前記圧電層に誘導された変形により圧電層の上部に配置される自由強磁性層が水平磁化状態から垂直磁化状態に変化する工程（Ｓ１−４）；及び  
前記自由強磁性層で発生する磁化変化が記録される工程（Ｓ１−５）；
を含むことを特徴とする電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の記録方法。
【請求項１９】
前記二本の記録線により記録が独立的に遂行されることを特徴とする請求項１８記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の記録方法。
【請求項２０】
相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線中いずれか一方の判読線に電流を印加する工程（Ｓ２−１）；
印加された電流が半強磁性層、固定強磁性層、非磁性層、自由強磁性に順次伝送される工程（Ｓ２−２）；
伝送された電流の抵抗が自由強磁性層と固定強磁性層の相対的な磁化方向により変化する工程（Ｓ２−３）；及び  
前記自由強磁性層に発生する磁化状態が判読される工程（Ｓ２−４）；
を含むことを特徴とする電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の判読方法。
【請求項２１】
前記自由強磁性層と固定強磁性層の各磁化方向が相互垂直または水平からなる磁化方向の配列により抵抗の変化が判読されることを特徴とする請求項２０記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の判読方法。
【請求項２２】
前記二本の判読線により判読が独立的に遂行されることを特徴とする請求項２１記載の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の判読方法。
【請求項２３】
ＭＲＡＭ素子に陽電極と陰電極からなる各記録線に電圧を印加する工程（Ｓ１−１）と、前記各記録線が交差する地点の圧電層に電場が形成される工程（Ｓ１−２）と、前記圧電層に発生する電場により圧電層に変形が誘導される工程（Ｓ１−３）と、前記圧電層に誘導された変形により圧電層の上部に配置される自由強磁性層が水平磁化状態から垂直磁化状態に変化する工程（Ｓ１−４）と、前記自由強磁性層で発生する磁化変化が記録される工程（Ｓ１−５）と、を含む記録過程；
相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線中いずれか一つの判読線に電流が印加される工程（Ｓ２−１）と、印加された電流が半強磁性層、固定強磁性層、非磁性層、自由強磁性に順次伝送される工程（Ｓ２−２）と、伝送される電流の抵抗が自由強磁性層と固定強磁性層の相対的な磁化方向により変化する工程（Ｓ２−３）と、前記自由強磁性層に発生する磁化状態が判読される工程（Ｓ２−４）を、含む判読過程；
からなり、前記二本の記録線と二本の判読線により記録及び判読が各々独立的に遂行されること、
を特徴とする電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の記録及び判読方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧制御磁化反転及び巨大磁気抵抗現象をメモリの記録及び判読方法に利用し、記録と判読が各々独立的に作動する新しい方式の次世代メモリＭＲＡＭ素子設計に関するものである。より詳細には、陽極と陰極からなる二個の基底電極を利用してＰＺＴ薄膜により円滑に電圧が印加されるだけではなく、二本の記録線及び判読線により記録と判読が各々相互独立的になされ、圧電層に電圧を印加することにより自由強磁性体の磁化方向による逆磁歪現象（ｉｎｖｅｒｓｅ  ｍａｇｎｅｔｏｓｔｒｉｃｔｉｏｎ）を利用して、平面方向または平面方向に垂直な方向に制御して記録と判読がなされる非揮発性、超永続性、超節電形電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子及びそれを利用した情報の記録及び判読方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
最近、次世代情報保存技術研究は、超永続性、非揮発性、低電力、超高速メモリの開発に集中している。このような様々な次世代メモリ技術の中でＭＲＡＭ技術は、ＤＲＡＭの超永続性度及びＳＲＡＭの超高速性をすべて充足する新しい技術として認識され、脚光を浴びている。
【０００３】
現在まで、ＭＴＪ(Magnetic Tunneling Junction)を基盤とする様々なＭＲＡＭ技術が開
発されたが、その一つが米国特許（特許文献１〜３）に記述されている。
【０００４】
上述したような従来技術は、情報の記録のために外部印加磁場を使用して磁性層の磁化方向を変化させることにより記録を遂行する。しかし、前記のような外部印加磁場による記録方式は、磁場の局所化が容易ではなく、そのため超永続性メモリを開発するためには根本的な限界を有していた。
【０００５】
また、既存のＭＲＡＭ技術では、二つの強磁性薄膜を分離し、絶縁薄膜層を通過するトンネル電子の磁気抵抗効果を利用して固定層(pinned layer)と自由層(free layer)との磁性薄膜の相対的スピン方向を判読するため絶縁薄膜層の厚みが約１ｎｍ以下でなければならない。
【０００６】
これは、生産工程で１ｎｍの一定厚の絶縁薄膜を所定インチの半径を有するウエハに均一に蒸着させることが難しいため、生産において精密な作業を要する等、ＭＲＡＭ素子生産に大きな弱点として作用する。
【０００７】
このような問題点を解決するための磁気記録技術として、外部磁場以外の方法で磁化反転を制御する技術に対する重要性が最近になって増大している。そのために電流や電場を印加して磁化方向を制御するための試みがなされている。
【０００８】
イービーマイヤーズ(E.B.Myers)は、Ｃｕ／Ｃｏ／Ｃｕ多層薄膜構造で電流印加磁化反転
を実験的に証明した。この現象は、流れる伝導電子及びスピン間の局所交換相互作用に起因するものと解釈されている（非特許文献１）。
【０００９】
しかし、このような構造は、スピンのスイッチングを誘導するための電流が一般的に巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）を測定するのに使用されるため、前記の判読電流は、スピンスイッチングを誘導しない小さい値の電流を使用しなければならず、それにより巨大磁気抵抗値が低くなる要因として作用し得るという問題点がある。
【００１０】
また、前記の問題点を解決するための他の試みの中の一つは、強磁性半導体で電場を利用して磁化反転を制御することである（非特許文献２）。
【００１１】
前記した方法の場合、現在まで常温で実用的に使用できる強磁性半導体が開発されていないという問題点を有している。
【００１２】
一方、強磁性薄膜で電圧を印加して磁化反転を制御する方法が米国特許（特許文献４）に記述されているが、この構造の場合にも既存のＣＭＯＳ回路との統合が容易ではない物質及び構造を使用していて、超高速ＭＲＡＭに適合した設計がなされていないという問題点を有している。
【特許文献１】米国特許第６，５１８，５８８号
【特許文献２】米国特許第６，０９７，６２５号
【特許文献３】米国特許第５，６４０，３４３号
【特許文献４】米国公開特許番号第２００３／０１０３３７１  Ａ１(Method of controlling magnetization easy axis in ferromagnetic films using voltage,ultrahigh density,low power, nonvolatile magnetic memory using the control method,and method of writing information on the magnetic memory)
【非特許文献１】Myers,E.b.,Ralph,D.C.,Katine,J.A.,Louie,R.N and Buhrman,R.A.,Current Induced Switching of Domains in Magnietc Multilayer Devices, Science,1999年,第285巻,867-870頁
【非特許文献２】Chilba,D.,Yamanouchi,M.,Matsukura,F. and Ohno,H.,Electrical Manipulation of Magnetization Reversal in a Ferromagnetic Semiconductor, Science,2003年,第301巻,943-945頁
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、前記の問題点を解決するために案出されたもので、陽極（＋）と陰極（−）からなる二個の基底電極を利用してＰＺＴ薄膜により円滑に電圧が印加されるだけではなく、二本の記録線及び判読線により記録と判読が各々相互独立的になされ、それによりＭＲＡＭ素子の速度を向上させ、既存のＭＲＡＭ素子で使用されるナノ厚のトンネルバリアー(tunneling barrier)が必要ではなく、ＣＭＯＳ回路との統合が容易な物質及び構造を利
用することにより、既存のＣＭＯＳ回路との集積化(integration)、メモリ速度、生産性
側面で優秀な長所を有し、既存の外部磁場印加記録方式のＭＲＡＭ素子とは異なり外部磁場生成が必要でなく低電力設計が可能であり、電圧印加方式を改善することによりより効率的にＭＲＡＭ素子を製作できるだけではなく、メモリ素子の外にも電圧制御スピン素子等に利用可能な超高密度次世代メモリ開発に応用が可能な電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子及びそれを利用した情報の記録及び判読方法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】
【００１４】
前記の目的を達成するために本発明は、ＭＲＡＭ素子において、陽電極と陰電極を有する二本の記録線を具備した電気伝導性基底電極；電気伝導性基底電極の各記録線に左右各面を接して配置される圧電層；圧電層の下部に配置され、陽電極と陰電極を分離するよう形成される絶縁層；絶縁層の上部に配置され、水平方向と垂直方向の磁化状態を有する自由強磁性層；自由強磁性層の上部に配置される非磁性層；非磁性層の上部に配置される固定強磁性層；固定強磁性層の上部に配置される半強磁性層；固定強磁性層の上部適所に配置される一方の判読線と陽電極の電気伝導性基底電極絶縁層上部に配置されるもう一方の判読線からなるお互いに垂直な二本の電気伝導性判読線；を含むことを特徴とする。
【００１５】
ここで、前記電気伝導性基底電極は、Ｓｉ基板上にＳｒＲｕＯ３の金属酸化電極層を蒸着
する。そして、前記電気伝導性基底電極と絶縁層と圧電層及びＳｉ基板が相互格子不一致を最小化してエピタキシャル成長を可能にする物質からなる。
【００１６】
また、前記電気伝導性基底電極の各記録線が絶縁層により絶縁され、各記録線の側面を間に置いて絶縁層が配列される。
【００１７】
一方、前記絶縁層がＳｒＴｉＯ３からなる。
【００１８】
また、前記圧電層が、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＺＴ）系からなるか、または、（Ｐｂ，Ｌａ）（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３（ＰＬＺＴ）系、（Ｂａ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ＢＬＴ）、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ３（ＳＢＴ）系中のいずれか一つ以上からなる。
【００１９】
前記自由強磁性層は、ＣｏとＰｄの合金からなることが好ましく、または、前記自由強磁性層が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、からなる。
【００２０】
そして、前記非磁性層は、ＣｕとＲｕの合金からなる。
【００２１】
ここで、前記固定強磁性層は、ＮｉとＦｅの合金、ＣｏとＰｄの合金、または、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、からなる。
【００２２】
また、前記固定強磁性層は、ＰｔとＭｎ及び人工半強磁性体と代替可能に形成されることが好ましい。
【００２３】
また、前記半強磁性層は、ＰｔとＭｎの合金薄膜、または、ＣｏとＦｅの合金薄膜からなる。
【００２４】
一方、前記二本の電気伝導性判読線はＣｕからなる。
【００２５】
ここで、ＭＲＡＭ素子の陽電極と陰電極からなる各記録線に電圧を印加する工程；各記録線が交差する地点の圧電層に電場が形成される工程；圧電層に発生する電場により圧電層に変形が誘導される工程；圧電層に誘導された変形により圧電層の上部に配置された自由強磁性層が水平磁化状態から垂直磁化状態に変化する工程；及び自由強磁性層で発生する磁化変化が記録される工程；を含む。
【００２６】
そして、前記二本の記録線により記録が独立的に遂行される。
【００２７】
代案的には、相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線中一方の判読線に電流を印加する工程；印加された電流が半強磁性層、固定強磁性層、非磁性層、自由強磁性に順次伝送される工程；伝送された電流の抵抗が自由強磁性層と固定強磁性層の相対的な磁化方向によって変化する工程；及び自由強磁性層に発生する磁化状態が判読される工程；を含む。
【００２８】
そして、自由強磁性層と固定強磁性層の各磁化方向が相互垂直または水平からなる磁化方向の配列により抵抗の変化が判読される。
【００２９】
ここで、前記二本の判読線により判読が独立的に遂行される。
【００３０】
一方、ＭＲＡＭ素子に陽電極と陰電極からなる各記録線に電圧を印加する工程と、各記録線が交差する地点の圧電層に電場が形成される工程と、圧電層に発生する電場により圧電層に変形が誘導される工程と、圧電層に誘導された変形により圧電層の上部に配置された自由強磁性層が水平磁化状態から垂直磁化状態に変化する工程と、自由強磁性層で発生する磁化変化が記録される工程を含む記録過程；相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線中一方の判読線に電流を印加する工程と、印加された電流が半強磁性層、固定強磁性層、非磁性層、自由強磁性に順次伝送される工程と、伝送される電流を経験する抵抗が自由強磁性層と固定強磁性層の相対的な磁化方向により変化する工程と、自由強磁性層に発生する磁化状態が判読される工程を含む判読過程；からなり前記二本の記録線と二本の判読線により記録及び判読が各々独立的に遂行される。
【発明の効果】
【００３１】
以上、本発明は、既存のＭＲＡＭ素子で使用されるナノ厚みのトンネルバリアー(tunneling barrier)が必要なく、ＣＭＯＳ回路との統合が容易な物質及び構造を利用することに
より、既存のＣＭＯＳ回路との集積化(integration)、メモリ速度、生産性の面で優秀な
長所を有し、既存の外部磁場印加記録方式のＭＲＡＭ素子とは異なり、外部磁場生成が必要ないため低電力設計が可能で、電圧印加方式を改善することにより、さらに効率的にＭＲＡＭ素子を製作できるだけではなく、メモリ素子の他にも電圧制御スピン素子等に利用可能で、超高密度次世代メモリ開発に応用可能である等の効果を得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明による実施例を添付した例示図面を参考にして詳細に説明する。
【実施例】
【００３３】
図１は、本発明によるＭＲＡＭ素子の強磁性層と圧電層を概略的に示した断面図である。
【００３４】
図面に図示したように、本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子１は、圧電層２０と絶縁層３０と自由強磁性層４０と非磁性層５０と固定強磁性層６０と半強磁性層７０と二本の電気伝導性判読線８０と陽電極と陰電極を有する電気伝導性基底電極１０からなる。
【００３５】
前記ＭＲＡＭ素子１は、まずＳｉ基板上にＳｒＲｕＯ３金属酸化電極層を蒸着し、前記電気伝導性基底電極１０をＳｒＲｕＯ３で形成する。
【００３６】
前記のようにＳｉ基板上にＳｒＲｕＯ３金属酸化電極層を蒸着し、ＳｒＲｕＯ３からなる電気伝導性基底電極１０は、陽電極と陰電極を有し、陽電極と陰電極は記録過程で電圧が印加される場合、記録線１０ａ、１０ｂに各々代替され、該陽電極と陰電極は、絶縁層３０により相互分離され、絶縁層３０はＳｒＴｉＯ３からなる。
【００３７】
そして、ＭＲＡＭ素子１の配列において前記電気伝導性基底電極１０の陽電極と陰電極は、各々の素子を接続及び連結するために各々垂直な方向に延長される。
【００３８】
一方、陽電極と陰電極の間に圧電現象で圧力を加える時、電荷の分極が発生して電流が流れるように圧電層２０を具備し、該圧電層２０は記録線１０の各面と接触するように介在及び配置する。
【００３９】
前記圧電層２０は、ＰＺＴのように圧電常数が大きい物質からなり、圧電層２０の厚みは低電圧で最大変形が印加されるための範囲内で決定される。即ち、圧電層２０の組成、厚み及び大きさは、低電圧により逆圧電効果を最大化させるための範囲内で決定される。
【００４０】
本発明の一実施例では、圧電層２０がＰＺＴ系で成り立っているが、圧電層２０が、ＰＬＺＴ、ＢＬＴ、ＳＢＴ系中のいずれか一つからなることも好ましい。
【００４１】
一方、電気伝導性基底電極１０と絶縁層３０と圧電層２０の物質選択は、相互格子不一致(lattice mismatch)を最小化してエピタキシャル成長(epitaxial growth)を可能にする物質からなり、Ｓｉ基板上も前記のようにエピタキシャル成長が可能な物質からなることが好ましい。
【００４２】
前記自由強磁性層４０は、磁気記録層とも呼ばれ適切な保磁力、大きい電流磁気と大きい逆磁歪効果を示す強磁性薄膜が使用され、圧電層２０の上部に蒸着される。
【００４３】
前記のような条件を充足及び満足させるための物質としては、ＣｏとＰｄの合金からなるＣＯｘＰｄ１−ｘ超薄膜が適用される。
【００４４】
本発明の一実施例では、自由強磁性層４０がＣｏとＰｄの合金からなっているが、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、からなる希土類と転移金属で構成されたＳｍＣｏ、ＴｂＦｅＣｏ、ＴｂＦｅＤｙ等の二元または三元合金等からなるものも可能である。
【００４５】
また、自由強磁性層４０の形態もまた、隣り合う記録素子間のストレイフィールド(stray
field)による相互干渉を最大限に減らせるように形成する。
【００４６】
非磁性層５０は、自由強磁性層４０の上部に配置され、Ｃｕからなる。非磁性層５０をはじめ自由強磁性層４０及び後述する固定強磁性層６０の組成及び厚みは巨大磁気抵抗効果を最大化させる条件により可変及び固定される。
【００４７】
本発明の一実施例では、非磁性層５０がＣｕで成り立っているが、ＣｕとＲｕの合金からなるものも可能である。
【００４８】
固定強磁性層６０は、Ｃｕからなる前記非磁性層５０の上部に蒸着して配置され、一般的にＮｉＦｅのような強磁性体が固定強磁性体６０に利用される。
【００４９】
固定強磁性層６０の磁化は、固定強磁性層６０の上部に蒸着される後述の半強磁性層７０により水平方向に磁化される。
【００５０】
本発明の一実施例では、固定強磁性層６０がＮｉＦｅのような強磁性体からなっているが、ＣｏとＰｄの合金からなるものも可能で、固定強磁性層６０が、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＴｂからなるＡ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｎｉ、ＣからなるＢ群から選択されたいずれか一つ以上と、Ｓｍ、Ｄｙ、ＴｂからなるＣ群から選択されたいずれか一つ以上の合金と、からなるものも可能である。
【００５１】
また、前記固定強磁性層６０が、ＰｔとＭｎ及び人工半強磁性体で代替可能に形成することも可能である。
【００５２】
半強磁性層７０は、固定強磁性層６０の上部に配置され、一般的にＰｔとＭｎの合金薄膜を使用する。
【００５３】
本発明の一実施例では、半強磁性層７０がＰｔとＭｎ及び人工半強磁性体で代替可能であ
るが、Ｒｕ非磁性層５０により離れているＣｏとＦｅの合金薄膜のような人工半強磁性層を使用することも可能である。
【００５４】
電気伝導性判読線８０は、半強磁性層７０の上部に蒸着して配置され、一般的に銅線が利用される。
【００５５】
電気伝導性判読線８０は二本の判読線８０ａ、８０ｂに分かれ、二本の電気伝導性判読線８０ａ、８０ｂ中、上側に配置される一方の判読線８０ａは、半強磁性層７０の上部に蒸着され、下側に配置されるもう一方の判読線８０ｂは記録線１０ａ、１０ｂに利用される基底電極１０の陽電極上部に蒸着される。
【００５６】
前記のように、半強磁性層７０の上部に蒸着される一方の判読線８０ａと基底電極１０の陽（＋）電極上部に蒸着されるもう一方の判読線８０ｂは、相互垂直に形成され、お互いに異なる平面に位置するようになる。
【００５７】
このように位置する二本の電気伝導性判読線８０ａ、８０ｂにより電流は、上部に位置する判読線８０ａを通して各々のメモリ素子を経た後、下部に位置するもう一方の判読線８０ｂに流れ、各素子の配列において各々の判読線８０ａ、８０ｂはトランジスターのような固体スイッチを使用して選択されることにより各々の素子を判読できる。
【００５８】
図２は、電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の記録基材部分を概略的に示した図面である。
図面に図示しているように、本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子の記録基材部分は、従来技術で記載した米国特許（特許文献４）に詳細に記載されているので、本発明では前記の従来技術との差異点だけを簡略に説明する。
【００５９】
陽電極と陰電極からなる基底電極１０の各電極が各々の記録線１０ａ、１０ｂになり、前記各記録線１０ａ、１０ｂは相互に垂直をなしている。即ち、陽電極と陰電極からなる各記録線１０ａ、１０ｂは上部から見ると相互交差する形態である。
【００６０】
前記のような構造の陽電極と陰電極からなる各々の記録線１０ａ、１０ｂは動作時に＋Ｖと−Ｖが印加されると、二記録線１０ａ、１０ｂが交差する地点の圧電層２０に電場が形成される。
【００６１】
このように発生する電場により圧電層２０に逆圧電効果による変形が誘導され、変形の結果、圧電層２０上部に配置された自由強磁性層４０の磁化状態が逆磁歪効果により水平磁化から垂直磁化状態に変り、その状態が記録される。
【００６２】
即ち、各記録線１０ａ、１０ｂが交差する圧電層２０に発生する電場により前記圧電層２０が変形し、変形した圧電層２０の上部に配置される自由強磁性層４０の磁化状態が逆磁歪効果により水平磁化状態の‘０’状態から垂直磁化状態の‘１’状態に変化し、その変化した状態が記録される。
【００６３】
図３は、電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の判読基材部分を概略的に示した図面である。
図面に図示されているように、本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子の記録基材部分は、相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線８０が、前記陽電極と陰電極からなる各々の記録線１０ａ、１０ｂと独立的に作動する。
【００６４】
そのために各判読線８０ａ、８０ｂは、各記録線１０ａ、１０ｂと絶縁層３０により相互に分離される。
【００６５】
前記のような各判読線８０ａ、８０ｂは、素子の動作時各状態の判読のため電流が二本の判読線８０ａ、８０ｂ中、一方の判読線８０ａを通して半強磁性層７０、固定強磁性層６０、非磁性層５０、自由強磁性層４０を経てもう一方の判読線８０ｂに流れる。
【００６６】
ここで、電流が経験する抵抗は、自由強磁性層４０と固定強磁性層６０の相対的な磁化方向により異なる。即ち、自由強磁性層４０の磁化状態が垂直方向なら電流は高い抵抗を経験し、自由強磁性層４０の磁化状態が水平方向なら電流は低い抵抗を経験する。
【００６７】
言い換えると、前記自由強磁性層４０の磁化方向が垂直方向なら電流は‘１’状態の高い抵抗を経験し、自由強磁性層４０の磁化方向が水平方向なら電流は‘０’状態の低い抵抗を経験する。
【００６８】
ここで、電気伝導性判読線１０中の一方の判読線８０ａを通して入力される電流がＭＲＡＭ素子１の各構成要素を経てもう一方の判読線８０ｂに流れると、発生する巨大磁気抵抗効果によりＭＲＡＭ素子１の情報を判読する。
【００６９】
図４は、本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の配列を概略的に示した図面で、図５は本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の記録方法を概略的に示したブロック図で、図６は本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の判読方法を概略的に示したブロック図である。
【００７０】
図面に図示されているように、本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭの各判読線８０ａ、８０ｂと各記録線１０ａ、１０ｂは、相互独立的に駆動及び作動する。
【００７１】
そして、陽電極と陰電極からなる前記各記録線１０ａ、１０ｂに電圧を印加することによりセル(Cell)１に記録され、前記各判読線８０ａ、８０ｂに電流を印加することによりセル(Cell)２の記録状態を判読できる。
【００７２】
上述した構造及び構成によりＭＲＡＭ素子１は、記録と判読過程が同時に可能であるため、素子速度の向上が可能なだけではなく、記録及び判読に大きな柔軟性を有する。
【００７３】
以下、本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の記録方法及び判読方法を説明する。
【００７４】
まず、電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子１の記録方法について説明する。
半強磁性層７０、固定強磁性層６０、非磁性層５０、自由強磁性層４０が上から下向きに順次的に配列及び配置され、自由強磁性層４０の下部に圧電層２０と前記圧電層２０に電圧を印加する二本の基底電極１０が配置されるＭＲＡＭ素子１の陽電極と陰電極で形成された基底電極１０の各記録線１０ａ、１０ｂに電圧を印加する（Ｓ１−１）。
【００７５】
それにより各記録線１０ａ、１０ｂが交差する地点の圧電層２０に電場が形成される（Ｓ１−２）。
【００７６】
圧電層２０で発生する電場により圧電層２０に変形が誘導される（Ｓ１−３）。
【００７７】
圧電層２０に誘導された変形により圧電層２０上部に配置された自由強磁性層４０が水平磁化から垂直磁化に変化する（Ｓ１−４）。
【００７８】
即ち、各記録線１０ａ、１０ｂが交差する圧電層２０に発生する電場により前記圧電層２０が逆圧電効果により変形され、変形した圧電層２０の上部に配置された自由強磁性層４０の磁化状態が逆磁歪効果により水平磁化状態の‘０’状態から垂直磁化状態の‘１’状
態に変化する。
【００７９】
このように磁化変化により自由強磁性層４０で発生する磁化変化が記録される（Ｓ１−５）。
【００８０】
次に、電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子１の判読方法について説明する。
まず、相互直角からなる垂直方向の二本の電気伝導性判読線８０ａ、８０ｂ中の一方の判読線８０ａに電流が印加される（Ｓ２−１）。
【００８１】
各判読線８０ａ、８０ｂ中の一方の判読線８０ａに印加された電流が半強磁性層７０、固定強磁性層６０、非磁性層５０、自由強磁性層４０へ伝送される（Ｓ２−２）。
【００８２】
ここで、伝送された電流を経験する抵抗は、自由強磁性層４０と固定強磁性層６０の相対的な磁化方向により変化する（Ｓ２−３）。
【００８３】
即ち、自由強磁性層４０の磁化状態が垂直方向なら電流は高い抵抗を経験し、自由強磁性層４０の磁化状態が水平方向なら電流は低い抵抗を経験する。
【００８４】
言い換えると、電流が二本の電気伝導性判読線８０ａ、８０ｂ中で上部に配置された判読線８０ａを通して半強磁性層７０、固定強磁性層６０、非磁性層５０、自由強磁性層４０を通して流れる場合、自由強磁性層４０の磁化方向により抵抗が異なって現れる現象を利用して情報を判読し、前記自由強磁性層４０の磁化方向が垂直方向なら電流は‘１’状態の高い抵抗を経験し、自由強磁性層４０の磁化方向が水平方向なら電流は‘０’状態の低い抵抗を経験する。
【００８５】
このように磁化状態の変化により自由強磁性層４０に発生する磁化状態が判読される（Ｓ２−４）。
【００８６】
一方、前記自由強磁性層４０と固定強磁性層６０の各磁化方向が相互垂直または水平の磁化方向の配列により抵抗の変化を判読することが好ましい。
【００８７】
このように前記のような構造及び構成による本発明の電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報判読方法は、前記二本の記録線１０ａ、１０ｂと二本の判読線８０ａ、８０ｂにより記録及び判読が各々独立的に遂行され、記録と判読を同時に実行可能であるためＭＲＡＭ素子１の速度を増加させられる。
【００８８】
以上、本発明の好ましい実施例を例示的に説明したが、本発明の範囲はこのような特定実施例にだけ限定されるものではなく、当分野で通常の知識を有する者なら本発明の特許請求の範囲内に記載された範疇内で適切に変更が可能である。    
【産業上の利用可能性】
【００８９】
以上で説明したように、前記のような構成を有する本発明は、陽極（＋）と陰極（−）からなる二本の基底電極を利用してＰＺＴ薄膜により円滑に電圧が印加されるだけではなく、二本の記録線及び判読線により記録と判読が各々相互独立的になされ、それによりＭＲＡＭ素子の速度を向上させ、既存のＭＲＡＭ素子で使用されるナノ厚みのトンネルバリアー(tunnelling barrier)が必要なく、ＣＭＯＳ回路との統合が容易な物質及び構造を利用することにより、既存のＣＭＯＳ回路との集積化(integration)、メモリ速度、生産性側
面で優秀な長所を有し、既存の外部磁場印加記録方式のＭＲＡＭ素子とは異なり、外部磁場生成が必要ないため低電力設計が可能で、電圧印加方式を改善することにより、さらに効率的にＭＲＡＭ素子を製作できるだけではなく、メモリ素子の他にも電圧制御スピン素
子等に利用可能で、超高密度次世代メモリ開発に応用可能である等の効果を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００９０】
【図１】本発明によるＭＲＡＭ素子の強磁性層と圧電層を概略的に示した断面図。
【図２】本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の記録基材部分を概略的に示した図。
【図３】本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の判読基材部分を概略的に示した図。
【図４】本発明による電圧制御磁化反転ＭＲＡＭ素子の配列を概略的に示した図。
【図５】本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の記録方法を概略的に示したブロック図。
【図６】本発明による電圧制御磁化反転記録方式のＭＲＡＭ素子を利用した情報の判読方法を概略的に示したブロック図。
【符号の説明】
【００９１】
１：ＭＲＡＭ素子            １０：基底電極
１０ａ、１０ｂ：記録線      ２０：圧電層
３０：絶縁層                ４０：自由強磁性層
５０：非磁性層              ６０：固定強磁性層
７０：半強磁性層            ８０：電気伝導性判読線
８０ａ、８０ｂ：判読線
【図１】
2006179891.tif 000003
【図２】
2006179891.tif 000004
【図３】
2006179891.tif 000005
【図４】
2006179891.tif 000006
【図５】
2006179891.tif 000007
【図６】
2006179891.tif 000008