(57)【要約】【課題】  簡単なメモリ構成を有し、製造コストが安い、不揮発性メモリを提供する。【解決手段】  十字状パターンを有するホール素子３上に絶縁膜２を介して形成された磁性薄膜１からなる不揮発性メモリにおいて、磁性薄膜１を容易軸が前記十字状パターンの電圧出力方向に沿い、かつ前記十字状パターン上に形成し、磁性薄膜1は、矩形状の一軸異方性を有し、少なくともＣｏとＳｍとを含有するアモルファス合金からなる不揮発性メモリである。【選択図】図１
2006173541.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
十字状パターンを有するホール素子上に絶縁膜を介して形成された磁性薄膜からなる不揮発性メモリにおいて、
前記磁性薄膜を容易軸が前記十字状パターンの電圧出力方向に沿い、かつ前記十字状パターン上に形成したことを特徴とする不揮発性メモリ。
【請求項２】
前記磁性薄膜は、矩形状の一軸異方性を有し、少なくともＣｏとＳｍとを含有するアモルファス合金からなることを特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体を磁化させることで情報を記録保持し、ホール効果を利用して記録された情報を再生する不揮発性メモリに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、特にコンピュータにおける情報の記憶・読み出しが可能な半導体メモリとして、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）やＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）が広く普及している。これらは、半導体集積回路内のコンデンサに蓄積される電荷により情報の記録保持を行うものであり、電源供給の停止によって記録されていた情報が失われる揮発性のメモリである。
【０００３】
一方、近年、デジタルカメラ、ビデオムービー、携帯電話などの普及にともない、小型で持ち運び可能な大容量の不揮発性固体メモリの需要が急速に高まっている。固体メモリは、ハードディスクや光ディスクのような機械的な駆動を必要としないので、上記のようなモバイル用のメモリとして有用である。現在、実用化されているこれらリムーバブルの固体メモリは全て、誘電体の電荷の有無を情報として記憶し、読み出している。
しかし、この方式のメモリにおいては、情報の消去・書き込みに長い時間を要する、書き込み・読み出しの可能な繰り返し回数が小さい、といった問題があり、将来の情報書き込み・読み出しの高速化に対して必ずしも十分な特性を有していない。
【０００４】
次世代の不揮発性固体メモリの候補としては、強誘電体メモリ（ＦｅＲＡＭ：Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＲＡＭ）、相変化抵抗型メモリ（ＰＲＡＭ：Ｐｈａｓｅ  ｃｈａｎｇｅ  ＲＡＭ  又は、ＯＵＭ：Ｏｖｏｎｉｃ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｍｅｍｏｒｙともいう）、抵抗型メモリ（ＲＲＡＭ：Ｒｅｓｉｓｉｔａｎｃｅ  ＲＡＭ）などが提案されているが、さらに、上記要求を全て満たすものとして、磁性体に磁界を加えると電気抵抗が変化する現象（磁気抵抗効果）を利用した高速かつ繰り返し性の高い不揮発性メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ  ＲＡＭ）が、提案され、各所で精力的に研究開発が進んでいる。
【０００５】
また、上記要求を満足するもう１つの不揮発性固体メモリの候補として、磁性体を磁化させることで情報を記録保持し、ホール効果を利用して記録された情報を再生する磁気メモリ（以下、ＨＲＡＭ：Ｈａｌｌ  ｅｆｆｅｃｔ  ＲＡＭともいう）があり、ＨＲＡＭに対する情報の書き込み／読み出しを行うための駆動方法も提案されている。
ホール効果による読み出し信号変化は、ＭＲＡＭで利用される磁気抵抗効果の抵抗変化率よりも大きくできる可能性があり、ＭＲＡＭよりも優れたメモリとして期待される。
ＨＲＡＭには、磁性体の異常ホール効果を利用するものと、磁性体とホール素子を組合わせたハイブリッド型とがあるが、異常ホール効果を示す磁性体の種類は限定されるのに対し、ハイブリッド型では材料の組合わせに対する自由度が大きい。
【０００６】
ハイブリッド型ＨＲＡＭとして、メモリセルが備えるＭＯＳトランジスタのソースまたはドレインを２つの領域に分割し、該２つの領域に接続される２本のデータ線、及び該２本のデータ線を情報の書き込み時に短絡させるためのスイッチをそれぞれ設け、情報の書き込み時にＭＯＳトランジスタのチャネル領域に流れる書き込み電流により、記録する情報に応じた方向に磁性体を磁化させ、情報の読み出し時に２本のデータ線に流れる読み出し電流をそれぞれ検出し、その２本のデータ線に流れる読み出し電流の大小関係から前記磁性体に記録された情報を再生する、というものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１７０９３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、従来のＨＲＡＭにおいては、磁性体に信号を書き込むときに磁界を発生させるための書き込み線が個別に必要であり、メモリの構造が複雑であるという問題があった。
メモリの構造が複雑になると、製造コストが高くなるばかりでなく、製造不良が発生する割合も高くなり、歩留りを低下させるという問題がある。
更に、特許文献１に示されるメモリは、ドレインが２つの領域に分割されている必要があり、構造をより複雑化させているという問題がある
【０００８】
そこで本発明は、不揮発性メモリにおいて、情報の読み出し時に、磁性体から発生する磁界が効率良くホール素子の感磁部に達し、大きな読み出し信号を得ることができる、簡単なメモリ構成を有し、製造コストが安い、安定に磁性体に情報を記録し検出できる不揮発性メモリ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】
【０００９】
上記目的を達成するための手段として、第１の発明は、十字状パターンを有するホール素子上に絶縁膜を介して形成された磁性薄膜からなる不揮発性メモリにおいて、前記磁性薄膜を容易軸が前記十字状パターンの電圧出力方向に沿い、かつ前記十字状パターン上に形成したことを特徴とする不揮発性メモリを提供する。
第２の発明として、前記磁性薄膜は、矩形状の一軸異方性を有し、少なくともＣｏとＳｍとを含有するアモルファス合金からなることを特徴とする請求項１記載の不揮発性メモリを提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の不揮発性メモリは、前記磁性薄膜を容易軸が前記十字状パターンの電圧出力方向に沿い、かつ前記十字状パターン上に形成したので、情報の読み出し時に磁性体から発生する磁界が効率良くホール素子の感磁部に達し大きな読み出し信号を得ることができる、簡単なメモリ構成を有し、製造コストが安い、安定に磁性体に情報を記録し検出できる。
また、本発明の不揮発性メモリは、前記磁性薄膜は、矩形状の一軸異方性を有し、少なくともＣｏとＳｍとを含有するアモルファス合金からなるので、より小さい書込み電流で所定の方向に磁化することにより情報の書き込みが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態につき、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る不揮発性メモリの基本構成図である。
図２は、本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合を説明するための模式図である。
図３は、本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合を説明するための模式図である。
【００１２】
図１に示すように、本発明に係る不揮発性メモリ（以下、単にメモリともいう）１０は、基本構成として、ホール素子３とホール素子３上に絶縁体２を介して配置した磁性体薄膜（以下、単に磁性体、磁性薄膜ともいう）１より構成される。磁性体１の配置としては、ホール素子３の感磁部であるホール素子３の略中央部にその一端がくるようにされている。なお、ホール素子は十字型形状の４端子構造を有するものであるが、図では通電部の形状のみを示してあるので、磁性体１がはみ出して見えているが、実際はホール素子３のホール電圧検出端子上に渡って配置されているものである。以下の図２、図３でも同様である。
【００１３】
絶縁体２により、ホール素子３と磁性体１を電気的に絶縁してある。
ホール素子３としては、ホール効果を示すあらゆる半導体を適用可能である。適用される半導体としては、Ｐ型、Ｎ型のいずれでも良いが、一般的には、Ｎ型が、キャリア移動度が大きく、大きなホール効果が得られるので好ましい。中でも、大きなホール効果が得られるものとして、ＧａＡｓ、ＩｎＳｂ、ＧａＰ、ＩｎＰ、ＩｎＡｓ、ＩｎＧａＰといった化合物半導体が有効である。
【００１４】
磁性体１としては、自発磁化を発しかつ残留磁化を有するものであって、ホール素子３上の配置としては、磁性体１の一方の磁極から発生する磁界がホール素子３の感磁部に位置する構成にすると好ましい。
磁性体１の材質としては、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ及びこれらの合金、更にはこれらと非磁性金属との合金が用いられる。特に、本発明に係る不揮発性メモリに用いる磁性体１として好適なのは、一軸異方性を有し、その磁化容易軸がホール素子３に印加する電流の方向に対してほぼ直角の方向に向いたものである。
【００１５】
このような特性を有する磁性体として、少なくとも磁性遷移金属（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）と軽希土類（Ｌａ、Ｃｅ、Ｐｒ、Ｎｄ、Ｐｍ、Ｓｍ、Ｅｕ）とを含有するアモルファス合金が好ましい。これは、遷移金属と希土類とから成るアモルファス合金が大きな一軸異方性を有し、かつ、遷移金属原子と軽希土類原子が有する磁気モーメントが同じ方向にあることから、大きな磁束密度が得られるため、大きな読み出し信号が得られるので好ましい。中でも、ＣｏとＳｍとを含有したアモルファス合金が更に好ましい。
絶縁体２としては、ホール素子３と磁性体１とを電気的に絶縁できるものであれば良く、例えば、ＳｉＯ2、ＳｉＮx、Ａｌ2Ｏ3等が用いられる。
【００１６】
次に、図２を参照して、不揮発性メモリ１０に信号（情報）を書き込む方法について説明する。図２の（Ａ）は、信号（情報）“１”を、図２の（Ｂ）は、信号（情報）“０”を書き込む場合をそれぞれ示す。ここで、磁性体１の磁化が図示紙面に向かって右向きの場合が“１”、左向きの場合が“０”に対応するものとする。
【００１７】
図２の（Ａ）に示すように、磁性体１に情報“１”を書き込む場合には、ホール素子３に、紙面に垂直で、手前から奥に向かって強さＩｗの電流６ｗａを流す。これによってホール素子３の周辺には、時計回りの磁界５ａが発生する。このとき磁性体１には、右向きの磁界が印加されるので、磁性体１は右向きに磁化され、この磁化４ａにより、情報“１”が記録されたことになる。
【００１８】
一方、図２の（Ｂ）に示すように、磁性体１に情報“０”を書き込む場合には、ホール素子３に、紙面に垂直で、奥から手前に向かって強さＩｗの電流６ｗｂを流す。これによってホール素子３の周辺には、反時計回りの磁界５ｂが発生する。このとき磁性体１には、左向きの磁界が印加されるので、磁性体１は左向きに磁化され、この磁化４ｂにより、情報“０”が記録されたことになる。
【００１９】
なお、書き込み時において、磁性体１に印加される磁界は、磁性体１の全領域にわたって磁性体１の保磁力Ｈｃよりも大きくなるように、電流６ｗａ、６ｗｂの強さＩｗを定めるのが好ましい。ただし、磁性体１が少なくともＣｏとＳｍとを含有したアモルファス合金のように、長手方向に一軸異方性が強く、かつ交換結合力の強いものである場合は、磁性体１に印加する磁界は必ずしも磁性体１の全領域にわたって保磁力Ｈｃよりも大きい必要はなく、磁性体１の半分以上の領域でＨｃより大きくなれば、磁性体１を所望の方向に磁化することが可能である。
【００２０】
次に、メモリ１０の磁性体１に記録された情報“１”、“０”を読み出す方法について、図３を参照して説明する。図３の（Ａ）は情報“１”を、図３の（Ｂ）は情報“０”を読み出す場合をそれぞれ示す。
ここで、ホール素子３はＮ型の半導体であるとし、紙面に垂直に、手前から奥に向かって強さＩｒである電流６ｒを流す。なお、
【００２１】
図３の（Ａ）に示すように、磁化４ａに対応して信号“１”が書き込まれた磁性体１からは、ホール素子３の中央の感磁部には図示上から下に向かって磁界８ａが発生している。するとホール効果によってホール素子３の電極９Ｃと電極９Ｄとの間で電位差が発生し、右側の電極９Ｄが高電圧、左側の電極９Ｃが低電圧となり、これを差動アンプ７によって検出することによって差動アンプ７より+Ｖが読み出され、これにより信号“１”が検出読み出される。
【００２２】
図３の（Ｂ）に示すように、磁化４ｂに対応して信号“０”が書き込まれた磁性体１からは、ホール素子３の中央の感磁部には図示下から上に向かって磁界８ｂが発生している。するとホール効果によってホール素子３の電極９Ｃと電極９Ｄとの間で電位差が発生し、右側の電極９Ｄが低電圧、左側の電極９Ｃが高電圧となり、これを差動アンプ７によって検出することによって差動アンプより−Ｖが読み出され、これにより信号“０”が検出読み出される。
【００２３】
上述の信号読み出し過程において、電流６ｒの方向を上記とは逆に、紙面に垂直方向で紙面の奥から手前に向かうように設定することもできる。この場合は、ホール素子３に発生する電極間の電位差も上記と逆になる。
また、電流６ｒの強さＩｒが大きいほど、ホール効果が大きくなるので、読み出し信号が大きく取れて都合が良いが、磁性体１の磁化４ａ、４ｂが反転しない程度に小さな値に設定する必要がある。ただし磁性体１が少なくともＣｏとＳｍとを含有したアモルファス合金のように、長手方向に一軸異方性が強く、かつ交換結合力の強いものである場合は、磁性体１の半分以上の領域が保持力Ｈｃより大きくならない範囲で電流の強さＩｒを大きく設定することができる。
【００２４】
次に、不揮発性メモリについて有限要素法による磁界解析を行った結果について説明する。
最初に、信号読み出し時を想定した解析を行った。
図４は、本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合における磁界解析のための磁性体モデルを示す図である。
同図に示すように、磁性体のモデルとして、長さ１μｍ、厚さ０．１μｍの磁性体１Ａを用いる。ここで、ｘ方向は長さを示し、ｙ方向は厚さを示す。磁性体１Ａは、ｘ＝１μｍからｘ＝２μｍ、ｙ＝０μｍからｙ＝０．１μｍの領域を占めている。
【００２５】
この磁性体１Ａから発生する磁界のｙ方向成分Ｈｙを、磁性体１Ａからｙ方向に−０．０５μｍ離れたところのｘ＝０μｍからｘ＝３μｍの範囲（図４の点線で示した線上）に対して解析した。解析は、磁性体１Ａの残留磁化方向が、面内方向（ｘ方向）と垂直方向（ｙ方向）のそれぞれの場合に対して行った。磁性体１Ａの磁気特性は、保磁力Ｈｃ＝１００Ｏｅ、残留磁束密度Ｂｒ＝１Ｔとした。
【００２６】
なお、垂直磁化に対しては、Ｈｃ＝１００Ｏｅ、Ｂｒ＝０．２５Ｔの場合も検討した。これは以下の理由による。垂直磁化の場合、Ｂｒが大きいほど磁性体１Ａ内部に発生する反磁界が垂直方向に対して強くなって垂直方向に磁化容易軸を持ちにくくなる。このため、垂直方向に磁化容易軸を持つものは、重希土類と遷移金属とから成るアモルファス合金に代表されるフェリ磁性体などに限られ、実際に期待できる垂直磁化のＢｒは０．２５Ｔ程度であるからである。
【００２７】
図５は、本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合における磁界解析結果を示すグラフ図である。
同図に示すように、磁性体１Ａが面内磁化の場合、磁性体のエッジ付近（ｘ＝２μm）で、大きなＨｙが得られる。これに対し、磁性体１Ａが垂直磁化の場合には、Ｂｒ＝１Ｔであっても面内磁化ほどのＨｙが得られない。更に、より現実的なＢｒ＝０．２５Ｔの場合には更にＨｙは小さくなる。
図４に示した点線の部分にホール素子の表面を設定した場合、ホール効果は垂直方向の磁界Ｈｙに比例して大きくなるので、磁性体１Ａの残留磁化方向は、垂直方向よりも面内方向の方が有利であることが分かる。
【００２８】
次に、信号書き込み時を想定した解析を行った。
図６は、本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合における磁界解析のためのホール素子モデルである。
同図に示すように、ホール素子のモデルとして、幅１μｍ、厚さ０．５μｍのホール素子３Ａを用いる（電流を流す部分の大きさである。）。ここで、ｘ方向は幅を示し、ｙ方向は厚さを示す。ホール素子３Ａはｘ＝０．５μｍからｘ＝１．５μｍ、ｙ＝０μｍからｙ＝−０．５μｍの領域を占めている。
【００２９】
このホール素子３Ａに、紙面に垂直方向に、手前から奥に向う方向に１００ｍＡの電流を流したとき、ホール素子３Ａからｙ方向に０．０５μｍ離れたところのｘ＝０μｍからｘ＝１μｍの範囲（図６の点線で示した線上）における、ｘ方向の磁界Ｈｘおよびy方向の磁界Ｈｙを解析した。
【００３０】
図７は、本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合における磁界解析結果を示すグラフ図である。
同図に示すように、ｘの全領域でＨｘは６０Ｏｅ以上になっている。これは、図６に示す点線位置に磁性体を配置した場合、保持力Ｈｃが６０Ｏｅ以下であれば、磁性体をｘの正の方向に磁化させることができ、図２の（Ａ）における信号“１”の書き込みを出来ることを意味する。
信号“０”を書き込む場合は、図６に示すホール素子に流す電流の方向を、紙面に垂直な方向で奥から手前にするだけで良く、他は同様である。
【００３１】
更に、磁性体の交換結合が強く、保持力Ｈｃの磁界で一斉に磁化反転する性質を有する磁性体であれば、磁性体の半分以上の領域で保持力Ｈｃ以上の磁界が印加されれば信号が書き込める。図７の例では、半分以上の領域（ｘ＝０．４９μｍからｘ＝１．０μｍの領域）でＨｘは２５０Ｏｅ以上になっているので、保持力Ｈｃは２５０Ｏｅ以下であれば良い。
【００３２】
磁性体に信号を書き込むための磁界の強さはホール素子に流す電流の大きさに比例するので、磁性体の特性と位置に応じて、書き込みのための電流値を設定すれば良い。
一方、読み出しを行う場合のホール素子に流す電流値は、磁性体に印加される磁界が保持力以下になるように設定する。このとき、磁性体の交換結合が強く、保持力Ｈｃの磁界で一斉に磁化反転する性質の磁性体であれば、磁性体の半分以上の領域で保持力Ｈｃ以下の磁界であれば、破壊読み出しになることはないので、電流値のマージンが大きくとれる。
【００３３】
次に、磁性体について説明する。
本発明に係る最良の磁性体としては、少なくともＣｏとＳｍとを含有したアモルファス合金を用いるのが好ましいとの所見を得た。
図８は、ＣｏＳｍ膜の面内容易軸方向のＭ−Ｈカーブである。
図９は、ＣｏＳｍ膜の３方向のＭ−Ｈカーブである。
図８及び図９に示されるＣｏＳｍ薄膜はマグネトロンスパッタ法で所定の基板上に作製されたものである。そのサイズは、縦１０ｍｍ、横１０ｍｍ、厚さ０．１μｍである。成膜時には、約５０Ｏｅの磁界が基板に印加され、磁化容易軸はその磁界方向に付与される。
【００３４】
図８は、膜面内方向の磁化容易軸方向に磁界を印加した場合である。同図より、保持力Ｈｃ＝１２０Ｏｅ、残留磁化Ｍｒ＝８ｍ  ｅｍｕ／ｃｍ2×０．１μｍ＝８００ｅｍｕ／ｃｍ3である。Ｂｒ［Ｔ］＝（４π／１０４）×Ｍｒ［ｅｍｕ／ｃｍ3］であるので、Ｂｒ＝（４π／１０４）×８００＝１．０Ｔである。
同図から分かるように、このＣｏＳｍ薄膜は、Ｈｃの磁界のところで一斉に磁化反転が起きており、Ｓ＊は０．９以上あり、ほぼ１に近い。また、角型比（飽和磁化Ｍｓと残留磁化Ｍｒとの比Ｍｒ／Ｍｓ）も０．９以上でほぼ１に近い。Ｈｃの値は小さ過ぎると記録安定性が悪く、大き過ぎると大きな書き込み電流が必要になるので、１００Ｏｅから２００Ｏｅの範囲が好ましい。
【００３５】
図９は、図８に示した膜面内方向の磁化容易軸方向に加えて、膜面内方向の磁化困難軸方向および膜面垂直方向の３方向に対して、Ｈ軸を１０ｋＯｅまで広げて測定したものである。
同図より明らかに、膜面内方向の磁化容易軸方向に対して極めて強い異方性を有している。異方性磁界Ｈｋは困難軸方向のＭ−Ｈカーブが飽和する磁界と定義することができるので、面内方向に対してはＨｋ＝４ｋＯｅ、垂直方向も含めた３次元的な意味でのＨｋは約４０ｋＯｅ（垂直方向のカーブにおいて、１０ｋＯｅでのＭが約Ｍｓ／４であるので）に達する。
【００３６】
Ｃｏ−Ｓｍ薄膜にこのような一軸異方性を付与する方法としては、上記のように成膜時に基板に磁界を印加する方法以外に、成膜後、磁化が飽和する磁界を印加しながら結晶化温度以下で熱処理を行う方法もある。
ここで用いられるＣｏ−Ｓｍは、広く永久磁石材料として用いられる結晶質とは異なり、アモルファスであることがＸ線回折によって確かめられている。つまり、本Ｃｏ−Ｓｍ薄膜に付与される一軸異方性は、Ｃｏ原子とＳｍ原子との原子配列による誘導磁気異方性と強い交換結合に寄与するものである。
【実施例１】
【００３７】
図１０は、本発明の不揮発性メモリの第１実施例を示す構成図である。
図１１は、第１実施例の不揮発性メモリを用いた不揮発性メモリアレイの構成図である。
図１０に示すように、第１実施例の不揮発性メモリ２０は、基板（図示しない）上に形成された４端子構造を有するホール素子１３と各端子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ上に形成された電極１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄと、ホール素子１３の中央の感磁部に一端を接して配置されるホール素子１３上に順次形成された所定形状の絶縁体１２と磁性体１１とから構成される。
【００３８】
ここで、絶縁体例えばガラス基板上に、例えばＩｎＳｂからなるホール素子１３が形成されている。ホール素子１３は、図のように十字型になっており、端子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄが形成されている。あるいは、ＳＩ（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）ＧａＡｓ基板上に、十字型にｎ−ＧａＡｓをエピタキシャル成長させてホール素子１３とする。
ホール素子１３の端子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄの幅は１μｍとし、厚さは０．５μｍとする。長さは、特別限定しないが、電極１９Ａ〜１９Ｄが形成できれば良い。
【００３９】
ホール素子１３上に、ＳｉＯ2からなる絶縁体１２とＣｏ−Ｓｍからなる磁性体１１を順次積層する。磁性体１１とホール素子１３との位置関係は、図６で示したとおりとし、磁性体の一端がホール素子１３の中央の感磁部の略中央に位置しており、磁性体１１のサイズは、長さ１μｍ、厚さ０．１μｍ、幅はホール素子１３上からみ出さない大きさにする。
絶縁体１２は磁性体１１より一回り大きくして、磁性体１１とホール素子１３を絶縁できるようにしておく。
【００４０】
磁性体１１を構成するＣｏ−Ｓｍは図８、図９で示した磁気特性を有し、磁化容易軸１４は図１０に図示する左右方向（矢印の方向：端子１３Ｃと端子１３Ｄを結ぶ方向）に設定する。
ホール素子１３の各端子１３Ａ、１３Ｂ、１３Ｃ、１３Ｄ上にはＡｌ合金からなる電極１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄがそれぞれ形成されている。
【００４１】
磁性体１１に信号を書き込む場合は、電極１９Ａと電極１９Ｂとの間に、図示しない電源により、所定の電流を流し、この電流による磁界によって磁性体１１の磁化を左右のいずれかの方向に向ける。電流を流す方向は、前述した書き込みの原理に従って、書き込む信号に応じて、磁性体１１の磁化を左右のどちらの方向に向けるかで定める。
【００４２】
流す電流値Ｉｗは、５０ｍＡ以上とする。その理由について説明する。図７において、Ｉｗ＝１００ｍＡのとき、磁性体が配置されるｘの領域（図でｘ＝０〜１μｍの領域）の半分以上の領域（ｘ＝０．５〜１．０μｍの領域）でＨｘは２５０Ｏｅ以上になっている。ＩｗとＨｘとは比例するので、Ｉｗ＝５０ｍＡのときにはｘの半分以上の領域で、Ｈｘは２５０×（５０／１００）＝１２５Ｏｅ以上となる。ここで、磁性体１１がＣｏ−Ｓｍアモルファス合金であって、Ｈｃが１２０Ｏｅであるので、ｘの半分以上の領域で、Ｈｘが１２０Ｏｅ以上となっているので、Ｉｗ＝５０ｍＡで磁性体１１の磁化を反転させることができ、磁性体１１に信号が書き込めるからである。
【００４３】
次に、書き込まれた信号を読み出すためには、前述した読み出しの原理に従って、５０ｍＡより小さな電流Ｉｒ、例えば５ｍＡを、図示しない電源により、電極１９Ａと電極１９Ｂ２との間に流し、電極１９Ｃと電極１９Ｄとの間に接続した電圧計１５により、印加された電圧を読み出し信号として検出する。電流値Ｉｒを、ｘの半分以上の領域でＨｘがＨｃを超えない値に選ぶことによって、読み出し時に磁性体１１の磁化が反転することはない。
【００４４】
次に、図１１に、不揮発性メモリ２０をアレイ化した場合の例を示す。
同図においては、不揮発性メモリ２０を３行３列にマトリクス状に配置した例を示してある。なお、不揮発性メモリ２０の配置数は任意に選べるものである。
配置する不揮発性メモリを、この行列に対応して、記号Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、Ｍ２３、Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３と表してある。これに対応する各ホール素子をＨ１１〜Ｈ３３とし、各磁性体をＪ１１〜Ｊ３３と表示してある。
各不揮発性メモリＭ１１〜Ｍ３３には、これを選択するための電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）Ｔ１１〜Ｔ３３が接続されている。
ＦＥＴＴ１１〜Ｔ３３の各ドレインＤは、各ホール素子Ｈ１１〜Ｈ３３の図示下方の端子に接続されている。
【００４５】
Ｂ１〜Ｂ４は電流駆動線である。
Ｒ１〜Ｒ４は読出し線である。
Ｗ１〜Ｗ３はメモリ選択線である。
以下、説明の簡単のために１つの不揮発性メモリＭ１１の動作について説明する。他のメモリについても同様であるのでその説明を省略する。
【００４６】
電流駆動線Ｂ１が、メモリＭ１１を構成するホール素子Ｈ１１の図示上方の端子に接続している。電流駆動線Ｂ２はＦＥＴＴ１１のソースＳに接続している。
読出し線Ｒ１が、ホール素子Ｈ１１の図示左方の端子に接続している。読出し線Ｒ２はホール素子の図示右方の端子に接続している。
メモリ選択線Ｗ１はＦＥＴＴ１１のゲートＧに接続している。
【００４７】
ここで、メモリＭ１１に信号を書き込む場合、メモリ選択線Ｗ１を通してＦＥＴＴ１１のゲートＧに電圧を印加して、ＦＥＴＴ１１をオンにし、電流駆動線Ｂ１と電流駆動線Ｂ２との間に電圧を印加して、ホール素子Ｈ１１の上方の端子と下方の端子間に、書き込み電流Ｉｗを流す。これにより、ホール素子Ｈ１１の左方と右方の端子間の方向に磁化容易軸を有して配置されている磁性体Ｊ１１を所定の方向に磁化させる。書き込み電流Ｉｗの方向は電流駆動線Ｂ１及び電流駆動線Ｂ２に印加する電圧の大小で制御し、書き込み電流のＩｗの大きさは、メモリ選択線Ｗ１に印加する電圧、つまりＦＥＴＴ１１のゲート電圧で制御する。
【００４８】
次に、メモリ１１に書き込まれた信号を読み出す場合は、メモリ選択線Ｗ１に電圧を印加してＦＥＴＴ１１をオンにし、電流駆動線Ｂ１と電流駆動線Ｂ２との間に電圧を印加してホール素子Ｈ１１の上方の端子と下方の端子間に、読出し電流Ｉｒを流す。ホール素子の左方の端子に接続する読出し線Ｒ１と、右方の端子に接続する読み出し線Ｒ２間で発生するホール電圧を読み出し信号として検出する。このときメモリ選択線Ｗ１に印加する電圧値は、書き込み時に印加する電圧よりも小さく設定して、磁性体Ｊ１１の磁化が反転しないようにする。
以上、メモリアレイを構成するのにメモリとＦＥＴを別々に設けて配置構成した例を説明した。
【実施例２】
【００４９】
図１２は、本発明の不揮発性メモリの第２実施例を示す構成図である。
図１３は、第２実施例の不揮発性メモリを用いた不揮発性メモリアレイの構成図である。
本第２実施例の不揮発性メモリにおいては、ホール素子部にＦＥＴ構造を設け、より高密度化を図った。
図１２の（Ａ）は、不揮発性メモリ３０の上面図であり、図１２の（Ｂ）は、図１２の（Ａ）中のＸ−Ｙ断面図である。
【００５０】
図１２の（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、不揮発性メモリ３０は、４端子構造のホール素子兼ＦＥＴ２３と、その上に順次形成された絶縁体２２と磁性体２１とから構成される。
ホール素子２３の端子２３Ｃ、端子２３Ｄ上には、これと電気的に接続する電極２９Ａ、電極２９Ｂがそれぞれ形成されている。
【００５１】
磁性体２１は、その一端をホール素子兼ＦＥＴ２３の中央の感磁部の中央に接して配置されており、端子２３Ｃと端子２３Ｄとを結ぶ方向に磁化容易軸２４を有している。Ｎ型ホール素子兼ＦＥＴ２３の端子２８Ａと端子２８Ｂを結ぶ方向にＦＥＴが形成されている。ホール素子兼ＦＥＴ２３の中央の感磁部のＮ型領域（ゲートになる）上には、所定形状のゲート酸化膜２６ＧＳ、ゲート電極２６ＧＤが順次形成されている。端子２３Ａ側には、Ｐ型領域であるソース２６Ｓが形成されており、端子２３Ｂ側には、Ｐ型領域のドレイン２６Ｄが形成されている。このように、ホール素子兼ＦＥＴ２３中に、ソース２６Ｓ、ゲート、ドレイン２６Ｄから構成されるＦＥＴが形成されている。
【００５２】
上述したＣｏ−Ｓｍからなる磁性体２１は、ゲート電極２６ＧＤ上にまたがって、絶縁体２２を介して配置されている。
ドレイン２６Ｄには端子２８Ｄが接続され、ゲート電極２６ＧＤには端子２８Ｇが接続され、ソース２６Ｓには端子２８Ｓが接続され、それぞれ図示しない接続線と接続している。
【００５３】
磁性体２１に信号を書き込む場合は、ゲート電極２６ＧＤに所定電圧を印加して、ＦＥＴをオンにし、ソース２６Ｓとドレイン２６Ｄ間に、所定の書き込み電流Ｉｗを流す。書き込み電流Ｉｗの大きさは、ゲート電極２６ＧＤに印加する電圧により、制御し、その方向は、ソース２６Ｓとドレイン２６Ｄに印加する電圧で制御する。この記録電流Ｉｗによる磁界によって磁性体２１の磁化を左右のいずれかの方向に向ける。電流を流す方向は、前述した書き込みの原理に従って、書き込む信号に応じて、磁性体１１の磁化を左右のどちらの方向に向けるかで定める。
【００５４】
次に、書き込まれた信号を読み出すためには、前述した読み出しの原理に従って、電流Ｉｒを、ゲート電極２６ＧＤに所定電圧を印加してＦＥＴをオンにして、ソース２６Ｓとドレイン２６Ｄ間に流し、電極２９Ａと電極２９Ｂとの間に接続した電圧計２５により、電極間の電圧を読み出し信号として検出する。
書き込み電流Ｉｗ、読出し電流Ｉｒの大きさは、それぞれ上述の第１実施例と同様にする。
【００５５】
次に、図１３に、不揮発性メモリ３０をアレイ化した場合の例を示す。
同図においては、不揮発性メモリ３０を３行３列にマトリクス状に配置した例を示す不揮発性メモリアレイ３００を示してある。ここでは、配置する不揮発性メモリを、この行列に対応して、記号ｍ１１〜ｍ３３のように表してある。これに対応する各磁性体をｊ１１〜ｊ３３と表示してある。なお、不揮発性メモリ３０の配置数は任意に選べるものである
各不揮発性メモリｍ１１〜ｍ３３には、ＦＥＴが形成してある。ソースをｓ、ドレインをｄ、ゲートをｇと表示してある。
【００５６】
ｂ１〜ｂ４は電流駆動線である。
ｒ１〜ｒ４は読出し線である。
ｗ１〜ｗ３はメモリ選択線である。
以下、説明の簡単のために１つの不揮発性メモリｍ１１の動作について説明する。他のメモリについても同様であるのでその説明を省略する。
【００５７】
電流駆動線ｂ１が、メモリｍ１１を構成するＦＥＴのソースｓに接続している。電流駆動線ｂ２はＦＥＴのドレインｄに接続している。
読出し線ｒ１が、メモリｍ１１の図示左方の端子に接続している。読出し線ｒ２は図示右方の端子に接続している。
メモリ選択線ｗ１はＦＥＴのゲートｇに接続している。
【００５８】
ここで、メモリｍ１１に信号を書き込む場合、メモリ選択線ｗ１を通してゲートｇに電圧を印加して、ＦＥＴをオンにし、電流駆動線ｂ１と電流駆動線ｂ２との間に電圧を印加して、ソースｓとドレインｄ間に、書き込み電流Ｉｗを流す。これにより、左方と右方の端子間の方向に磁化容易軸を有して配置されている磁性体ｊ１１を所定の方向に磁化させる。書き込み電流Ｉｗの方向は電流駆動線ｂ１及び電流駆動線ｂ２に印加する電圧の大小で制御し、書き込み電流Ｉｗの大きさは、メモリ選択線ｗ１に印加する電圧、つまりゲート電圧で制御する。
【００５９】
次に、メモリｍ１１に書き込まれた信号を読み出す場合は、メモリ選択線ｗ１に電圧を印加してＦＥＴをオンにし、電流駆動線ｂ１と電流駆動線ｂ２との間に電圧を印加してソースｓとドレインｄ間に、読出し電流Ｉｒを流す。メモリｍ１１の左方の端子に接続する読出し線ｒ１と、右方の端子に接続する読み出し線ｒ２間で発生するホール電圧を読み出し信号として検出する。このときメモリ選択線ｗ１に印加する電圧値は、書き込み時に印加する電圧よりも小さく設定して、磁性体ｊ１１の磁化が反転しないようにする。
以上、メモリアレイを構成するのにメモリのホール素子にＦＥＴを組み込んで配置構成した例を説明した。
これによれば、第１実施例で説明したメモリよりサイズを小さくすることができ、大容量のメモリとして有効である。
【００６０】
以上説明したように、本発明の不揮発性メモリは、ホール素子と磁性体とが積層されて構成されており、磁性体の残留磁化の方向をメモリ情報に対応させ、磁性体の磁化が反転しうる電流を所定の方向にホール素子に流して磁性体の磁化を所定の方向に向けることによって情報の書き込みを行い、磁性体の磁化が反転しない電流をホール素子に流し、磁性体から発生する磁界によって生じるホール電圧を検出することで情報の読み出しを行う構成としたので、メモリ構成が簡単になり、製造コストが安く、製造不良の発生頻度も低くなり、歩留りを向上することが出来る。
【００６１】
また、メモリを構成する磁性体が一軸異方性を有し、磁化容易軸がホール素子に印加する電流に対してほぼ直角の方向に配置され、磁性体の一方の磁極から発生する磁界がホール素子の感磁部に位置する構成としたので、情報の読み出し時に、磁性体から発生する磁界が効率良くホール素子の感磁部に達し、大きな読み出し信号を得ることができる。
また、磁性体を、少なくともＣｏとＳｍとを含有したアモルファス合金としたので、上記特性を有するとともに、磁性体内部で交換結合力が強いので、設定できる書き込み電流のマージンを大きくすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明に係る不揮発性メモリの基本構成図である。
【図２】本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合を説明するための模式図である。
【図３】本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合を説明するための模式図である。
【図４】本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合における磁界解析のための磁性体モデルを示す図である。
【図５】本発明に係る不揮発性メモリから信号を読み出す場合における磁界解析結果を示すグラフ図である。
【図６】本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合における磁界解析のためのホール素子モデルである。
【図７】本発明に係る不揮発性メモリに信号を書き込む場合における磁界解析結果を示すグラフ図である。
【図８】ＣｏＳｍ膜の面内容易軸方向のＭ−Ｈカーブである。
【図９】ＣｏＳｍ膜の３方向のＭ−Ｈカーブである。
【図１０】本発明の不揮発性メモリの第１実施例を示す構成図である。
【図１１】第１実施例の不揮発性メモリを用いた不揮発性メモリアレイの構成図である。
【図１２】本発明の不揮発性メモリの第２実施例を示す構成図である。
【図１３】第２実施例の不揮発性メモリを用いた不揮発性メモリアレイの構成図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、１Ａ…磁性体薄膜（磁性体）、２…絶縁体、３、３Ａ…ホール素子、４ａ、４ｂ…磁化、５ａ５ｂ…磁界、６ｒ、６ｗａ、６ｗｂ…電流、７…差動アンプ、８ａ、８ｂ…磁界、９Ｃ、９Ｄ…電極、１０…不揮発性メモリ、１１…磁性体薄膜（磁性体）、１２…絶縁体、１３…ホール素子、１４…容易軸方向、１５…電圧計、１９Ａ、１９Ｂ、１９Ｃ、１９Ｄ…電極、２０…不揮発性メモリ、２１…磁性体薄膜（磁性体）、２２…絶縁体、２３…ホール素子兼ＦＥＴ、２３Ａ、２３Ｂ、２３Ｃ、２３Ｄ…端子、２４…容易軸方向、２５…電圧計、２６…ＦＥＴ、２６Ｄ…ドレイン、２６Ｇ…ゲート、２６Ｓ…ソース、２６ＧＤ…ゲート電極、２６ＧＳ…ゲート酸化膜、２７…基板、２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｄ、２８Ｇ、２８Ｓ…端子、２９Ａ、２９Ｂ…電極、３０…不揮発性メモリ、２００、３００…不揮発性メモリアレイ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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