(57)【要約】【課題】省電力で実用に供することのできる新規な不揮発性固体磁気メモリを提供すべく、前記新規な不揮発性固体磁気メモリに対する記録方法を提供する。【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。そして、記録層３に対して、所定の外部磁場Ｂが印加された状態において、金属電極層５を介して所定の電界Ｅ１と、記録層３中の正孔濃度が、前記電界Ｅ１を印加したときよりも減少するような電界Ｅ２とを印加して、記録層３の磁化を反転させ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、第１の電界と、前記記録層中の正孔濃度が前記第１の電界印加時よりも減少するような第２の電界とを印加し、前記記録層中の磁化を反転させ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２】
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、第１の電界と、前記記録層中の正孔濃度が前記第１の電界印加時よりも減少するような第２の電界とを交互に印加し、前記記録層中の磁化を交互に増減させて連続的な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３】
前記外部磁場の大きさが、前記第１の電界を印加した際の前記記録層の保磁力と、前記第２の電界を印加した際の前記記録層の保磁力との間であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【請求項４】
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１〜３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５】
前記キャリア誘起強磁性半導体は、（Ｇａ，Ｍｎ）Ａｓ及び（Ｉｎ，Ｍｎ）Ａｓの少なくとも一つからな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の記録方法。
【請求項６】
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１〜５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７】
前記第１の電界の絶対値は０ＭＶ／ｃｍ〜１０ＭＶ／ｃｍであり、前記第２の電界は前記第１の電界よりも大きいことを特徴とする、請求項１〜６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８】
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、前記第１の電界及び前記第２の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１〜７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９】
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８に記載の不揮発性固体磁気メモリの記録方法。
【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５〜９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、省電力で実用に供することのできる新規な不揮発性固体磁気メモリを提供すべく、前記新規な不揮発性固体磁気メモリに対する記録方法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、第１の電界と、前記記録層中の正孔濃度が前記第１の電界印加時よりも減少するような第２の電界とを印加し、前記記録層中の磁化を反転させ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。
【０００６】
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、所定の磁場を印加した状態において、上記要件を満足するような第１の電界及び第２の電界を印加することにより、電界のスイッチングで前記記録層中の磁化を反転することができ、これによって記録を実行できることを見出したものである。
【０００７】
したがって、本発明によれば、キャリア誘起強磁性体を記録層として用いた新規な不揮発性固体磁気メモリに対して実際に記録を行なうことができ、実用的な省電力の新規な不揮発性固体磁気メモリの提供が可能となる。
【０００８】
なお、不揮発性固体磁気メモリの記録層に対し、前記第１の電界と前記第２の電界とを交互に印加することにより、前記記録層中の磁化を連続的に増減することができる。したがって、前記磁化の大きさ応じて所定の情報を記憶させるようにすれば、連続的な記録動作を実行することができる。
【０００９】
また、本発明の好ましい態様においては、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記録動作をより簡易に行なうことができるようになる。
【００１０】
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。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の記録方法に用いる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。
【００１２】
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、キャリア誘起強磁性半導体を用いることが好ましい。前記キャリア誘起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記録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。
【００１３】
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、並びに記録動作を良好な状態の下に行なうことができる。
【００１４】
なお、記録層３を上述したキャリア誘起強磁性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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
次に、図１に示す不揮発性固体磁気メモリ１０に対する本発明の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。
【００１９】
図２は、本発明の記録方法の原理を説明するための図である。図中、矢印は記録層３中の磁化の向きを表す。最初に、図２（ａ）に示すように、不揮発性固体磁気メモリ１０の記録層３に対して所定の外部磁場Ｂ０を印加し、記録層３の磁化を例えば上向き一方向に揃えて初期化する。この際、記録層３中の正孔濃度が減少するような電界を印加することにより、記録層３の保磁力が低減されるので、比較的小さな外部磁場Ｂ０で記録層３の初期化を行なうことができる。
【００２０】
次いで、図２（ｂ）に示すように、記録層３に対して所定の外部磁場Ｂを印加し、第１の電界Ｅ１を所定時間印加する。次いで、記録層３の正孔濃度が前記第１の電界Ｅ１印加時よりも減少するような第２の電界Ｅ２を所定時間印加する。すると、図２（ｃ）に示すように、記録層３の磁化は、第１の電界Ｅ１の印加時と第２の電界Ｅ２の印加時とで反転するため、結果として記録層３に対して記録動作が実行されるものである。
【００２１】
なお、前記第１の電界Ｅ１の印加時間及び前記第２の電界Ｅ２の印加時間は、不揮発性固体磁気メモリの構成などに応じて適宜選択する。通常は、数ｎｓ〜数μｓである。
【００２２】
また、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示す操作を連続して行なうことにより、記録層３中の磁化を連続的に増減させることができ、磁化の向きに応じて所定の情報を記録しておけば、連続した記録動作を可能とすることができる。
【００２３】
なお、前記第１の電界Ｅ１印加時の記録層３の保磁力をＨ１、前記第２の電界Ｅ２印加時の記録層３の保磁力をＨ２とした場合、前記第２の電界Ｅ２印加により記録層３中の正孔濃度が減少しているので、Ｈ１＞Ｈ２なる関係が成立する。したがって、外部磁場Ｂの大きさをＨ１＞Ｂ＞Ｈ２なる関係を満足するように印加することにより、記録層３への記録動作を良好な状態の下に行なうことができる。但し、外部磁場Ｂは必ずしも上記関係式を満足することは要求されない。
【００２４】
前記第１の電界Ｅ１及び前記第２の電界Ｅ２の大きさは、図２に示すような原理に基いて記録動作が実行されるものであれば特には限定されない。しかしながら、前記第１の電解Ｅ１の絶対値は０ＭＶ／ｃｍ〜１０ＭＶ／ｃｍであることが好ましく、さらには０ＭＶ／ｃｍ〜０．０１ＭＶ／ｃｍであることが好ましい。また、前記第２の電解Ｅ２は、電界の±符号を含めて前記第１の電界Ｅ１よりも大きいことが好ましい。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、上述した記録動作を良好に行なう事ができる。
【００２５】
【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。
【００２６】
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に蒸着法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。
【００２７】
次いで、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、図２に示す原理に基づいて記録動作を実行した。図３は、前記記録動作中における、前記記録層の、３２Ｋの温度におけるホール抵抗ＲＨａｌｌ変化を示すグラフである。最初に、前記記録層に対して前記金属電極層から−１．５ＭＶ／ｃｍの電界を印加しするとともに、５ｍＴの磁場を印加することにより前記記録層を初期化した。
【００２８】
次いで、−０．２ｍＴの外部磁場を印加して、−１．５ＭＶ／ｃｍの電界を最初の０秒から２５秒の間印加した。次いで、前記外部磁場を印加した状態で０ＭＶ／ｃｍの電界、すなわち電界をオフした状態を２５秒から４７秒の間保持した。このとき、前記記録層のホール抵抗値は約５３Ωから−５０Ωに変化した。すなわち、上述したように電界をスイッチングすることによって、磁化が反転していることが判明した。したがって、この磁化の向きに対応させて所定の情報を記憶させることにより、上述した電界スイッチングで前記記録層に対して記録動作を実行できることが分かる。
【００２９】
次いで、４７秒から６０秒の間、再度−１．５ＭＶ／ｃｍの電界を印加したところ、ホール抵抗値が変化して磁化の増加が発生していることが確認された。さらに、６０秒から８０秒の間、再度電界をオフしたところ、ホール抵抗値が変化して磁化の減少が発生していることが確認された。したがって、これらの磁化の大きさに対応させて所定の情報を記憶させておくことにより、連続的な記録動作を実行できることが分かる。
【００３０】
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。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、省電力で実用に供することのできる新規な不揮発性固体磁気メモリを提供すべく、前記新規な不揮発性固体磁気メモリに対する記録方法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】本発明の記録方法の原理を説明するための図である。
【図３】本発明の記録方法を用いた場合における、不揮発性固体磁気メモリの記録層のホール抵抗値変化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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【図３】
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