(57)【要約】【課題】省電力で実用に共することのできる不揮発性固体磁気メモリを提供する。【解決手段】基板１上に、バッファ層２と、キャリア誘起強磁性体からなる記録層３と、絶縁層４を介して金属電極層５を順次に形成して、電界効果型トランジスタ構造の不揮発性固体磁気メモリ１０を作製する。記録時には、金属電極層５を介して記録層３に所定の電界を、記録層３中の正孔濃度が減少するように印加して、記録層３の保磁力を低減させ、比較的小さい外部磁場を反転磁場として用いて磁化の反転を行ない、記録動作を実行する。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリア誘起強磁性体を記録層として具えることを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項２】
前記キャリア誘起強磁性体は、キャリア誘起強磁性半導体であることを特徴とする、請求項１に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項３】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項４】
キャリア濃度の制御が可能となるような構造を呈することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項５】
前記記録層は所定の基板の上方に形成されるとともに、前記記録層の上方には絶縁層を介して金属電極層が形成され、電界効果型のトランジスタ構造を呈することを特徴とする、請求項４に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項６】
前記基板と前記記録層との間において、バッファ層を有することを特徴とする、請求項５に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項７】
前記記録層はチャネル層として機能することを特徴とする、請求項５又は６に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項８】
前記金属電極層はゲート電極として機能することを特徴とする、請求項７に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項９】
前記記録層の厚さが０．３ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項１０】
前記基板はＧａＡｓ基板であることを特徴とする、請求項３〜９のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリ。
【請求項１１】
キャリア誘起強磁性体を記録層として具える不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法であって、前記記録層に対して、前記記録層中の正孔濃度が減少するようにして所定の電界を印加することを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１２】
前記キャリア誘起強磁性体は、キャリア誘起強磁性半導体であることを特徴とする、請求項１１に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１３】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項１２に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１４】
前記記録層の厚さが０．３ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１５】
前記電界は、０．０１ＭＶ／ｃｍ〜１０ＭＶ／ｃｍであることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１６】
前記不揮発性固体磁気メモリは、キャリア濃度の制御が可能となるような構造を呈することを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１７】
前記不揮発性固体磁気メモリは、前記記録層を支持する所定の基板と、前記記録層の上方において絶縁層を介して設けられた金属電極層とを具えることにより、電界効果型のトランジスタ構造を呈し、前記記録層はチャネル層として機能するとともに、前記金属電極層はゲート電極として機能し、前記電界は前記金属電極層を介して印加することを特徴とする、請求項１６に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１８】
前記基板と前記記録層との間において、バッファ層を有することを特徴とする、請求項１７に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項１９】
前記基板はＧａＡｓ基板であることを特徴とする、請求項１３〜１８のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法。
【請求項２０】
キャリア誘起強磁性体を記録層として具える不揮発性固体磁気メモリの記録方法であって、前記記録層に対し、所定の外部磁場を印加した状態において前記記録層中の正孔濃度が減少するようにして所定の電界を印加することにより、前記記録層に対して記録動作を実行するようにしたことを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２１】
前記キャリア誘起強磁性体は、キャリア誘起強磁性半導体であることを特徴とする、請求項２０に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２２】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つであることを特徴とする、請求項２１に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２３】
前記記録層の厚さが０．３ｎｍ〜２００ｎｍであることを特徴とする、請求項２０〜２２のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２４】
前記電界は、０．０１ＭＶ／ｃｍ〜１０ＭＶ／ｃｍであることを特徴とする、請求項２０〜２３のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２５】
前記不揮発性固体磁気メモリは、キャリア濃度の制御が可能となるような構造を呈することを特徴とする、請求項２０〜２４のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２６】
前記不揮発性固体磁気メモリは、前記記録層を支持する所定の基板と、前記記録層の上方において絶縁層を介して設けられた金属電極層とを具えることにより、電界効果型のトランジスタ構造を呈し、前記記録層はチャネル層として機能するとともに、前記金属電極層はゲート電極として機能し、前記電界は前記金属電極層を介して印加することを特徴とする、請求項２５に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２７】
前記基板と前記記録層との間において、バッファ層を有することを特徴とする、請求項２６に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２８】
前記基板はＧａＡｓ基板であることを特徴とする、請求項２２〜２７のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項２９】
前記外部磁場の大きさが０．１ｍＴ〜１００ｍＴであることを特徴とする、請求項２０〜２８のいずれか一に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性固体磁気メモリ、不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法、及び不揮発性固体磁気メモリの記録方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
強磁性体を記録層として用いた不揮発性固体磁気メモリにおいては、前記記録層に記録を行なうに際しては所定の外部磁場を印加しなければならない。一方で、前記不揮発性固体磁気メモリの集積密度の向上が望まれており、この目的のため前記不揮発性固体磁気メモリの、前記記録層などの構成要素の微細化が不可欠となっている。
【０００３】
前記記録層を微細化すると、前記記録層を構成する強磁性体の反磁場が大きくなるため、前記不揮発性固体磁気メモリへの記録を行なうに際しては、前記反磁場に抗して前記記録層の磁化を反転しうる大きな外部磁場を印加しなければならない。このため、前記不揮発性固体磁気メモリに対する消費電力が増大してしまい、省電力で実用に供することのできる不揮発性固体磁気メモリを提供することができないという問題があった。
【０００４】
本発明は、省電力で実用に共することのできる不揮発性固体磁気メモリを提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく、本発明は、キャリア誘起強磁性体を記録層として具えることを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリに関する。
【０００６】
また、本発明は、キャリア誘起強磁性体を記録層として具える不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法であって、前記記録層に対して、前記記録層中の正孔濃度が減少するようにして所定の電界を印加することを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリの保磁力制御方法に関する。
【０００７】
さらに、本発明は、キャリア誘起強磁性体を記録層として具える不揮発性固体磁気メモリの記録方法であって、前記記録層に対し、所定の外部磁場を印加した状態において前記記録層中の正孔濃度が減少するようにして所定の電界を印加することにより、前記記録層に対して記録動作を実行するようにしたことを特徴とする、不揮発性固体磁気メモリの記録方法に関する。
【０００８】
キャリア誘起強磁性体は、光や電界によるキャリア数及びキャリアスピン偏極度の制御により磁性を制御できるという新たな機能を有する強磁性半導体である。そこで、本発明者らは、このようなキャリア誘起強磁性体を不揮発性固体磁性メモリの記録層として用いることを想到した。そして、前記記録層に対して、内部の正孔濃度が減少するように所定の電界を印加することによって、前記記録層の保磁力を制御でき、前記電界の大きさを調節することによって前記保磁力を低減することができるために、比較的小さい外部磁場によっても前記記録層中の磁化を反転させることができ、記録動作を実行できることを見出したものである。
【０００９】
したがって、本発明によれば、省電力で実用に共することのできる不揮発性固体磁気メモリを提供することができる。
【００１０】
なお、本発明の好ましい態様においては、前記不揮発性固体磁気メモリはキャリア濃度が制御できるような構成を呈していることが好ましい。具体的には、前記記録層は所定の基板の上方に形成されるとともに、前記記録層の上方には絶縁層を介して金属電極層が形成され、前記不揮発性固体磁気メモリが電界効果型のトランジスタ構造を呈する。この場合、前記記録層はチャネル層として機能し、前記金属電極層はゲート電極として機能する。したがって、保磁力を低減させるための前記電界を前記金属電極層を介して印加することができ、前記不揮発性固体磁気メモリに対する書き込み動作をより簡易に行なうことができるようになる。
【００１１】
本発明のその他の特徴及び詳細については、以下の発明の実施の形態において詳述する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の不揮発性固体磁気メモリの一例を示す構成図である。図１に示す不揮発性固体磁気メモリ１０は、所定の基板１上において、バッファ層２と、キャリア誘起強磁性体からなる記録層３と、絶縁層４を介して金属電極層５とを具え、いわゆる電界効果型トランジスタ構造を呈している。
【００１３】
記録層３を構成する前記キャリア誘起強磁性体としては、キャリア強磁性半導体から構成することが好ましい。前記キャリア強磁性半導体としては（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つを用いることができる。これらの材料は優れた強磁性半導体であって、以下に示すような本発明の記録方法を用いて書き込み動作を良好に行なうことができるとともに、記録した情報を安定的に長期に亘って保持することができる。
【００１４】
また、記録層３の厚さは０．３ｎｍ〜２００ｎｍであることが好ましく、さらには３ｎｍ〜１０ｎｍであることが好ましい。これによって、不揮発性固体磁気メモリの微細化の要請を満足するとともに、上述した記録した情報の安定的な長期保持、並びに書き込み動作を良好な状態の下に行なうことができる。
【００１５】
なお、記録層３を上述したキャリア誘起強磁性半導体から構成した場合、基板１はＧａＡｓ単結晶から構成することが好ましい。これによって、記録層３を基板１上に良好な結晶性の下にエピタキシャル成長させることができ、優れた特性の不揮発性固体磁気メモリ１０を簡易に得ることができる。
【００１６】
図１においては、バッファ層２は３つの半導体層２Ａ〜２Ｃが積層されてなる多層膜構造として構成されている。この場合、基板１と記録層３との格子定数差をより効果的に補完することができ、記録層３のエピタキシャル成長をより促進することができる。したがって、不揮発性固体磁気メモリ１０の特性をより向上させることができるようになる。
【００１７】
このようなバッファ層の多層膜化は、例えば記録層３を（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓから構成し、基板１を（００１）ＧａＡｓ単結晶などから構成した場合に、より効果を発揮する。すなわち、（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓと（００１）ＧａＡｓ単結晶との格子定数差は約７％にも達するため、バッファ層２を上述した多層膜構造とすることにより、前記格子定数差を補完して記録層３のエピタキシャル成長を良好な状態の下に行なうことができる。この場合、半導体層２ＡはＡｌＳｂ層から構成し、半導体層２ＢはＡｌＧａＳｂ層から構成し、半導体層２ＣはＩｎＡｓから構成する。
【００１８】
なお、絶縁層４はＳｉＯ２、ＳｉＮ、及びＡｌ２Ｏ３などの無機材料やポリイミドなどの高分子材料から構成することができる。また、金属電極層５はＡｌ及びＡｕなどの導電性金属材料から構成することができる。
【００１９】
次に、図１に示す不揮発性固体磁気メモリ１０に対する記録方法について説明する。図１に示す不揮発性固体磁気メモリ１０は、電界効果型トランジスタ構造を呈するので、金属電極層５はゲート電極として機能し、記録層３はチャネル層としても機能する。
【００２０】
最初に、不揮発性固体磁気メモリ１０を所定の外部磁場中に配置し、記録層３に所定の反転磁場が印加するようにしておく。次いで、記録層３に対し、記録層３中の正孔濃度が減少するように、金属電極層５から所定の電界を印加する。すると、記録層３中の保磁力が減少し、その保磁力の大きさが前記反転磁場の大きさよりも小さくなったときに、記録層３中の磁化が反転して書き込み動作が実行される。
【００２１】
前記電界の大きさは上述した書き込み動作に基づいて記録が実行されれば、特には限定されないが、好ましくは０．０１ＭＶ／ｃｍ〜１０ＭＶ／ｃｍであることが好ましく、さらには０．０１ＭＶ／ｃｍ〜１ＭＶ／ｃｍであることが好ましい。これによって、記録層３の厚さなどの諸特性に依存することなく、記録層３の保磁力を０．１ｍＴ〜１０ｍＴまで低減することができ、比較的小さい外部磁場によって記録を実行できるようになる。
【００２２】
また、上述したような大きさの電界を印加した場合、良好な書き込み動作を実行するためには、外部磁場を大きさを０．１ｍＴ〜１０ｍＴとする。
【００２３】
【実施例】
本実施例では図１に示すような不揮発性固体磁気メモリを作製した。基板は（００１）ＧａＡｓ単結晶から構成し、前記基板を５５０℃に加熱することにより、ＡｌＳｂ層及びＡｌ０．８２Ｇａ０．１８Ｓｂ層をＭＢＥ法により、それぞれ厚さ５０ｎｍ及び３００ｎｍに形成した。次いで、前記基板の加熱温度を４５０℃に変更して、ＩｎＡｓ層を同じくＭＢＥ法により厚さ５ｎｍに形成して、バッファ層を形成した。
【００２４】
次いで、前記基板の加熱温度を２５０℃に変更して記録層としての（Ｉｎ０．９６７Ｍｎ０．０３３）Ａｓ層を同じくＭＢＥ法により厚さ４ｎｍに形成した。次いで、ＳｉＯ２絶縁層を厚さ０．９μｍにスピンコーティングによって形成するとともに、Ｃｒ（５ｎｍ）／Ａｕ（９５ｎｍ）金属電極層を同じく蒸着法によって形成することにより、目的とする不揮発性固体磁気メモリを得た。
【００２５】
図２は、上記のようにして得た不揮発性固体磁気メモリの前記記録層に対し、前記金属電極層から所定の電界を印加した場合の、３２Ｋの温度における前記電界の強度と前記保磁力との関係を示すグラフである。図２から明らかなように、電界が上昇し、正孔濃度が減少するにつれて前記記録層の保磁力が減少し、正の電界領域においては前記保磁力が著しく低減されていることが分かる。したがって、比較的小さい外部磁場を反転磁場として印加するのみで、前記記録層中の磁化を反転することができ、記録動作を実行できることが分かる。
【００２６】
例えば、−０．５ＭＶ／ｃｍ以上の電界を印加した場合において、前記記録層の保磁力は０．２ｍＴより小さくなっているので、０．２ｍＴの外部磁場を反転磁場として印加するのみで、前記記録層の磁化を反転することができ、記録動作を実行できることが分かる。したがって、上記不揮発性固体磁気メモリの消費電力を著しく低減できることが分かる。
【００２７】
以上、具体例を挙げながら発明の実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明してきたが、本発明は上記内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱しない限りにおいてあらゆる変形や変更が可能である。
【００２８】
例えば、上記具体例においては、不揮発性固体磁気メモリを電界効果型トランジスタ構造を呈するように構成し、所定の電界を印加することによって、記録層３の正孔濃度を制御するようにした。しかしながら、金属電極層５の代わりに所定の保護層などを設け、外部光源からの励起光を記録層３に照射して正孔濃度を制御することもできる。または、記録層３を前述した（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓ強磁性半導体（ｐ型）に対して所定のｎ型半導体などを接続してｐｎ接合を形成し、これによって、記録層３の正孔濃度を制御することもできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、記録時において保磁力を十分に低減し、比較的小さな外部磁場で記録動作を実行することのできる不揮発性固体磁気メモリを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の不揮発性固体磁気メモリの一例を示す構成図である。
【図２】本発明の不揮発性固体磁気メモリにおける、電界と保磁力との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１　基板
２　バッファ層
２Ａ〜２Ｃ　半導体層
３　記録層
４　絶縁層
５　金属電極層
１０　不揮発性固体磁気メモリ
【図１】
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【図２】
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