(57)【要約】【課題】安定的に磁性体薄膜に情報を記録し、且つ検出でき、更に製造不良が少なくて歩留まりが高い不揮発性メモリを提供する。【解決手段】ホール素子３と磁性体薄膜１とを有し、磁性体薄膜を磁化することによって磁化方向を２値の情報として記録し、ホール素子に駆動電流を流したときの磁性体薄膜からの磁界によって生じるホール電圧を検出することによって情報の読出しを行う不揮発性メモリであって、磁性体薄膜は、絶縁性もしくは半絶縁性材料よりなり、磁性体薄膜の一方の磁極がホール素子の感磁部上に位置し、駆動電流を磁性体薄膜の磁化を反転し得る第１の電流値でもってホール素子に印加することによって、磁性体薄膜を磁化して情報を記録し、駆動電流を磁化が反転しない第２の電流値でもってホール素子に印加することによって、一方の磁極から発生する磁界によってホール素子に生じるホール電圧を検出して情報を読み出す。【選択図】  図３
2007158096.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホール素子と、該ホール素子上に形成された磁性体薄膜とを有し、前記磁性体薄膜に正又は逆方向の記録磁界を印加して前記磁性体薄膜を正又は逆方向に磁化することによって、その磁化方向を２値の情報として記録し、前記ホール素子に駆動電流を流したときに前記磁化された磁性体薄膜からの磁界によって生じるホール電圧を検出することによって前記情報の読出しを行う不揮発性メモリであって、
前記ホール素子は、その表面の略中央部に感磁部を有し、
前記磁性体薄膜は、絶縁性もしくは半絶縁性の所定形状を有すると共に前記磁性体薄膜の一方の磁極が前記ホール素子の前記感磁部上に位置するように形成されており、
前記駆動電流を前記磁性体薄膜の磁化を反転し得る第１の電流値でもって前記ホール素子に印加することによって、前記磁性体薄膜を磁化して前記情報を記録し、
前記駆動電流を前記磁化が反転しない第２の電流値でもって前記ホール素子に印加することによって、前記一方の磁極から発生する磁界によって前記ホール素子に生じる前記ホール電圧を検出して前記情報を読み出すように構成したことを特徴とする不揮発性メモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁性体薄膜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、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のみならず、情報の書き込み・読み出しの可能な繰り返し回数が少ない、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：Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ  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、磁性体薄膜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）を利用した高速で、且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、磁性体薄膜を磁化させることで情報を記録保持し、この記録された情報をホール効果を利用して再生するようにした磁気メモリ（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の変化は、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。このＨＲＡＭには、磁性体薄膜の異常ホール効果を利用するものと、磁性体薄膜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薄膜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】
ハイブリッド型の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るように構成し、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薄膜を磁化させ、これに対して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薄膜に記録された情報を再生するようにしたＨＲＡＭが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
【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】
【０００８】
ところで、従来のＨＲＡＭにおいては、磁性体薄膜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。
そして、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。
また更に、特許文献１に示されるメモリは、磁性体薄膜とＭＯＳトランジスタとを絶縁するための層間絶縁層が設けられており、このため磁性体薄膜はＭＯＳトランジスタに対して電気的に浮いた状態となっている。この結果、静電気などの帯電により静電破壊を起こす危険性を持っているので、更なる製造不良の発生の増加、歩留りの低下を引き起こす、という問題があった。
【０００９】
本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、情報の読み出し時に、磁性体薄膜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、製造コストが安く、安定的に磁性体薄膜に情報を記録し、且つ検出でき、更に製造不良が少なくて歩留まりが高い不揮発性メモリを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１に係る発明は、ホール素子と、該ホール素子上に形成された磁性体薄膜とを有し、前記磁性体薄膜に正又は逆方向の記録磁界を印加して前記磁性体薄膜を正又は逆方向に磁化することによって、その磁化方向を２値の情報として記録し、前記ホール素子に駆動電流を流したときに前記磁化された磁性体薄膜からの磁界によって生じるホール電圧を検出することによって前記情報の読出しを行う不揮発性メモリであって、前記ホール素子は、その表面の略中央部に感磁部を有し、前記磁性体薄膜は、絶縁性もしくは半絶縁性の所定形状を有すると共に前記磁性体薄膜の一方の磁極が前記ホール素子の前記感磁部上に位置するように形成されており、前記駆動電流を前記磁性体薄膜の磁化を反転し得る第１の電流値でもって前記ホール素子に印加することによって、前記磁性体薄膜を磁化して前記情報を記録し、前記駆動電流を前記磁化が反転しない第２の電流値でもって前記ホール素子に印加することによって、前記一方の磁極から発生する磁界によって前記ホール素子に生じる前記ホール電圧を検出して前記情報を読み出すように構成したことを特徴とする不揮発性メモリである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の不揮発性メモリによれば、次のように優れた作用効果を発揮することができる。
ホール素子上に、絶縁性もしくは半絶縁性の磁性体薄膜を形成することにより不揮発性メモリを構成したので、情報の読み出し時に磁性体薄膜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。
またメモリ構成を簡単化でき、しかも製造コストを安くでき、磁性体薄膜に情報を安定的に記録し検出することができる。
このとき、ホール素子と磁性体薄膜との間には絶縁層が存在せず、ホール素子と磁性薄膜との間の電気抵抗値が、ホール素子の磁性体薄膜の長さ分の電気抵抗値よりも大きくなるという条件を満足するため、磁性体に静電気が帯電することによる静電破壊の心配がなく、製造不良の発生頻度が低く、歩留りが高い。
【００１２】
また、ホール素子と磁性体薄膜との間には絶縁層の必要がなく、スペーシングが小さいので、磁性体薄膜から強い磁界がホール素子に得られ、この結果、大きなホール電圧及び大きな読み出し信号を得屡ことができる。
更に、磁性体薄膜は酸化物、特に、例えばＦｅ３ Ｏ４ もしくはγ−Ｆｅ２ Ｏ３ もしくはこれらの中間物を含有するものとしたので、磁性体薄膜の磁気特性、電気抵抗値を自由に選択することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る不揮発メモリの実施の形態について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を示す基本構成図である。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。
【００１４】
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、このホール素子３上に配置した磁性体薄膜１とにより主に構成される。このホール素子３は、その略中央部に感磁部を有している。この磁性体薄膜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位置するようにされている。なお、このホール素子３は後述するように十字型形状の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、磁性体薄膜１の端部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。この点は以下の図２及び図３でも同様である。
【００１５】
上記ホール素子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。
【００１６】
上記磁性体薄膜１としては、自発磁化を発し、かつ残留磁化を有するものを用いる。この磁性体薄膜１の配置としては、磁性体薄膜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ような構成にすると好ましい。
磁性体薄膜１の材質としては、絶縁性もしくは半絶縁性を有する材料を用いる。この材料としては、ホール素子３と磁性体薄膜１との間の電気抵抗値が、ホール素子の磁性体薄膜の長さ分の電気抵抗値よりも大きくなる、という条件を満足する程度に導電性を有するものであれば良い。
【００１７】
具体的には、上記磁性体薄膜１の体積抵抗率をρｓｖとし、表面抵抗率をρｓｓとしたとき、下記の式１及び式２を満足するものである。
ρｓｖ  ＞  ρＨ ・Ｓ／(dＨ・dＳ)   …  （１）
かつ
ρｓｓ＜  １０４ Ω／sq  …  （２）
ここで、ρＨ はホール素子の抵抗率、Ｓは磁性体薄膜の面積、dＨ、dＳはそれぞれ、ホール素子３及び磁性体薄膜１の厚さである。式１は磁性体薄膜１へリークする電流の影響を少なくする条件、式２は磁性体薄膜１の帯電を防止するための条件である。
【００１８】
また式１は、ホール素子３の長さ方向に対する抵抗RＨ、半絶縁体２の厚さ方向に対する抵抗RＳがそれぞれ、下記の式３及び式４とを表せることにより導かれる。
RＨ  ＝ρＨ/dＨ    …  （３）
RＳ  ＝ρＳ・dＳ/S    …  （４）
このとき更に、下記の式５を満足すれば、磁性体薄膜１へのリーク電流をほとんど考慮に入れる必要がなくなり、更に好ましい。
ρＳＶ ＞  １０・ρＨ・S/(dＨ・dＳ)   …  （５）
【００１９】
これらの条件を満たす磁性体薄膜１の材質としては、酸化物であることが好ましい。中でも鉄を主成分とする酸化物、つまり、ＦｅＯ、Ｆｅ３ Ｏ４、γ−Ｆｅ ２ Ｏ３ およびこれらの中間物であることが好ましい。また、磁気特性やその他の特性を調整する目的で、これらに他の元素、例えば、Ｃｏ，Ｍｎ，Ｚｎ，Ａｕ，Ｒｕ，Ｎｉ，Ａｇ，Ｐｄ，Ｒｈ，Ｉｒ，Ｏｓ，Ｃｕ，Ｍｇ，Ｌｉ等を添加しても良い。上記鉄の酸化物においては、酸化度が高いほど抵抗値が高くなるので、酸化度を選ぶことによって、抵抗値を調整できる。特に、Ｆｅ３ Ｏ４、γ−Ｆｅ２  Ｏ３ の中間物においては、残留磁化の大きさが大きく、かつ抵抗値が大きく変化するので都合が良い。
【００２０】
また鉄系酸化物として、希土類鉄ガーネット型酸化物、つまり３Ｒ２ Ｏ３ ・５Ｆｅ２ Ｏ３ またはＲ３ Ｆｅ５ Ｏ１２（Ｒは希土類Ｙ，Ｓｍ，Ｅｕ，Ｇｄ，Ｔｂ，Ｄｙ，Ｈｏ，Ｅｒ，Ｔｍ，Ｙｂ，Ｌｕ）を用いることもできる。
更に鉄以外の酸化物として、ＣｒＯ２ 及びこれに他の元素を添加したものを用いることもできる。
【００２１】
次に、図１で示した不揮発性メモリ１０に信号を書き込む方法について、図２に沿って説明する。磁性体薄膜１の磁化が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。
図２（Ａ）に示すように、“１”を書き込む場合は、ホール素子３に、紙面の手前から奥に向かって書き込み用電流Ｉｗを流す。これによってホール素子３の周辺には、時計回りに磁界Ｆ１が発生する。このとき磁性体薄膜１には、右向きの磁界が印加されるので、磁性体薄膜１は右向きに磁化され、“１”が記録されたことになる。
【００２２】
図２（Ｂ）に示すように、“０”を書き込む場合は、ホール素子３に、紙面の奥から手前に向かって書き込み用電流Ｉｗを流す。これによってホール素子３の周辺には、反時計回りに磁界Ｆ２が発生する。このとき磁性体薄膜１には、左向きの磁界が印加されるので、磁性体薄膜１は左向きに磁化され、“０”が記録されたことになる。
以上の書き込み時において、磁性体薄膜１に印加される磁界Ｆ１またはＦ２は、磁性体薄膜１の全領域に亘って磁性体薄膜１の保磁力Ｈｃよりも大きくなるように、書き込み用電流Ｉｗを定めるのが好ましい。このようにして、２値の情報を記録することができる。
【００２３】
次に、図１で示した不揮発性メモリ１０の信号を読み出す方法について、図３に沿って説明する。ここでホール素子３には、上記書き込み用電流Ｉｗを流す方向に対して直交する方向（図中の左右方向）に発生する電位差を出力する増幅器５が接続されている。尚、両電流は、Ｉｗ＞Ｉｒの関係にある。
ホール素子３はＮ型の半導体であると仮定し、紙面の手前から奥に向かって読み出し用電流Ｉｒを流す。図３（Ａ）に示すように、“１”が書き込まれた磁性体薄膜１からは、ホール素子３の上から下に向かって磁界Ｆ３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の左右間で電位差が発生し、右側が高電圧、左側が低電圧となり、これを増幅器５で検出することによって信号“１”が読み出される。
【００２４】
図３（Ｂ）に示すように、“０”が書き込まれた磁性体薄膜１からは、ホール素子３の下から上に向かって磁界Ｆ４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の左右間で電位差が発生し、右側が低電圧、左側が高電圧となり、これを増幅器５で検出することによって信号“０”が読み出される。
上記信号読み出し過程において、読み出し用電流Ｉｒの方向は上記と逆に、紙面の奥から手前に向かって設定することもできる。この場合は、ホール素子３に発生する左右間の電位差も上記と逆になる。
【００２５】
また読み出し用電流Ｉｒは大きいほど、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、磁性体薄膜１の磁化が反転しない程度に小さな値に設定する必要がある。
【００２６】
次に、上記不揮発性メモリの最良の形態について有限要素法による磁界解析を行ったので、その磁界解析結果について説明する。
まず、信号読み出し時について解析を行った。
図４は本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を読み出す場合を想定した磁界解析のためのモデルを示す図である。図５は本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を読み出す場合を想定した磁界解析結果を示すグラフであり、図５（Ａ）は磁性体薄膜の長さ方向における磁界の分布を示し、図５（Ｂ）は磁性体薄膜の長さ方向の特定の位置（ｘ＝２μｍ）における磁界の分布を示す。
【００２７】
図４に示すような長さ１μｍ×厚さ０．１μｍの磁性体薄膜１のモデルを作成した。この磁性体薄膜１から発生する磁界のｙ方向成分Ｈｙを、ｘ＝０から３μｍに関しては、磁性体薄膜１から０．０１μｍ、０．０５μｍ、０．１μｍ離れたところ（図４中の点線部分）に対して調べた（図５（Ａ）参照）。また、、ｘ＝２μｍの位置に関してｙ＝０から０．５μｍについてｙ方向成分Ｈｙを調べた（図５（Ｂ）参照）。磁性体薄膜１の残留磁化方向は面内方向（ｘ方向）とし、磁性体薄膜１の保磁力Ｈｃ＝１００Ｏｅとした。また残留磁束密度Ｂｒは、磁性体薄膜１が酸化鉄であることを想定して０．４Ｔとした。
【００２８】
図５（Ａ）及び図５（Ｂ）に得られた解析結果を示す。図から分かるように、磁性体薄膜１のエッジ付近（ｘ＝２μｍ）で、大きな磁界Ｈｙが得られるが、その値は磁性体薄膜１からの距離ｙに大きく依存し、距離ｙが大きくなると急速に磁界Ｈｙは減少する。
図４中の点線の部分にホール素子３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、ホール素子３の表面はなるべく磁性体薄膜１に近づける方が有利であることが分かる。
【００２９】
本発明による構成では、ホール素子３と磁性体薄膜１との間に例えば絶縁層の必要がなく、スペーシングが存在しないので、磁性体薄膜１から強い磁界（図５（Ａ）よりＨｙは２０００Ｏｅ以上）がホール素子３に得られ、大きなホール電圧、読み出し信号が得られる。上記絶縁層が必要な構成では、確実な絶縁を得るために少なくとも０．１μｍ以上の膜厚が必要であるが、その場合、磁界Ｈｙは４００Ｏｅ以下、つまり１／５以下に低下し、大きなホール電圧、読み出し信号が得られなくなる。
【００３０】
次に、信号書き込み時について解析を行った。図６は本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を書き込む場合を想定した磁界解析のためのモデルを示す図である。図７は本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を書き込む場合を想定した磁界解析結果を示すグラフである。
図６に示すような幅１μｍ×厚さ０．５μｍのホール素子３のモデルを作成した。このホール素子３に、紙面垂直に手前から奥の方向に１００ｍＡの書き込み用電流Ｉｗを流したとき、ホール素子３から０．０１μｍ離れたところ（ｘ＝０〜２μｍ、ｙ＝０．０１μｍ、図６中の点線部分）に対して、ｘ方向の磁界Ｈｘを調べた。
【００３１】
図７に得られた解析結果を示す。ｘ軸の全領域で磁界Ｈｘは６０Ｏｅ以上になっている。これは、図６の点線位置に磁性体薄膜１を配置させた場合、保磁力Ｈｃが６０Ｏｅ以下であれば、磁性体薄膜１をｘ軸の正の方向に磁化させることができ、図２における信号“１”が書き込めたことを意味する。
また磁性体薄膜１の磁界Ｈｃが更に大きい場合、例えば１００Ｏｅの場合は、磁性体薄膜１の全領域で磁界Ｈｘが１００Ｏｅ以上になる位置、つまり、ｘ＝０．２５μｍからｘ＝１．７５μｍの範囲で効率良く信号が読み出せる位置を選べば良い。
【００３２】
ここで磁界の強さはホール素子３に流す電流に比例するので、磁性体薄膜１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。
また信号“０”を書き込む場合は、図６に示すホール素子３に流す電流の方向を、紙面垂直に奥から手前にするだけで良く、他は同様である。
一方、読み出しを行う場合には、ホール素子３に流す電流値は、磁性体薄膜１に印加される磁界が保磁力Ｈｃ以下になるように設定する。
【００３３】
以上の結果を踏まえて、本発明の不揮発性メモリのより具体的な実施の形態について述べる。
図８は本発明に係る不揮発性メモリの第一の形態を示す具体的構成図である。図９は本発明に係る不揮発性メモリの第一の形態を用いたメモリアレイを示す模式図である。ここで図８（Ａ）は平面図を示し、図８（Ｂ）は横方向断面図を示す。
【００３４】
図８に示すように、この不揮発性メモリ１０は、板状の基板２０上に、ホール素子３及び磁性体薄膜１を、図１において説明したように順次積層して形成されている。上記ホール素子３は、ここでは十字型に形成されており、この十字型のホール素子３の４つの端部にそれぞれ電極２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、２２Ｄが設けられている。上記ホール素子３は例えば図６において説明した場合と同じとする。そして、上記磁性体薄膜１の長さ方向に沿って対向するように配置された２つの電極２２Ｃ、２２Ｄ間に読み出された出力電圧が出力されるようになっている。また他方の対向するように配置された２つの電極２２Ａ、２２Ｂ間に、書き込み用電流や読み出し用電流が印加される。
【００３５】
この場合、上記各部材の具体的な材料としては、次に示す２系統の材料を用いることができる。例えば基板２０として絶縁物質であるガラス基板を用いた場合には、ホール素子３としてＩｎＳｂを用いることができる。また例えば基板２０としてＳ．Ｉ．（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｅｄ）ＧａＡｓ基板を用いた場合には、ホール素子３としてｎ−ＧａＡｓを用い、これをエピタキシャル成長させることができる。
【００３６】
また、磁性体薄膜１として反応スパッタ法によりＦｅ３ Ｏ４ を成膜した後、大気中で熱処理を行うことによってγ−Ｆｅ２ Ｏ３ とする。このとき、スパッタ条件と熱処理条件、特に後者によって磁性体薄膜１の低効率が大きく変化するので、所望の低効率になる様に条件を選ぶ。例えば、３００℃で１時間、大気中で熱処理を行うことによって、抵抗率は熱処理前が約１Ωｃｍであったものが熱処理後には約１０４ Ωｃｍとなる。熱処理条件を加減すれば、Ｆｅ３ Ｏ４ とγ−Ｆｅ２ Ｏ３ との中間物を得ることが可能で、この場合は抵抗率も両者の中間の値を得ることができる。
【００３７】
ここで、ホール素子３および磁性体薄膜１の抵抗率はそれぞれ１０−２Ωｃｍ及び１０４Ωｃｍである。ホール素子３の断面は上述したように図６で示した寸法 とする。よって、ρＨ×S/(dＨ×dＳ)=10−２×10−４×10−４/(0.5 ×10−４×0.05×10  −４)=0.4<< ρＳＶ=10４
であるので、前記式１及び式５を満足する。更に、
ρＳＳ ＝ 10４/10−４＝10８ Ω/sq ＜ 10１４Ω/sq
であるので、前記式２を満足している。
【００３８】
更に各電極２２Ａ〜２２Ｄをそれぞれ図のように設ける。磁性体薄膜１とホール素子３との位置関係は、図６で示したとおりとする。この磁性体薄膜１の磁界Ｈｃは６０Ｏｅとする。
信号を書き込む場合は、電極２２Ａ、２２Ｂ間に書き込み用電流を流し、発生する磁界によって磁性体薄膜１の磁化を左右のいずれかの方向に向ける。書き込み用電流を流す方向は、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、磁性体薄膜１の磁化を左右のどちらの方向に向けるかで定める。
【００３９】
また書き込み用電流Ｉｗの電流値は、１００ｍＡ以上とする。その理由は、図７において、Ｉｗ＝１００ｍＡのとき、ｘ軸の全ての領域（ｘ＝０〜２．０μｍの領域）で磁界Ｈｘは６０Ｏｅ以上になっているので、Ｉｗ＝１００ｍＡ以上とすることで磁性体薄膜１の磁化を反転させ、信号を書き込むことができるからである。
このとき、磁性体薄膜１へのリーク電流を考慮しなければならない場合、つまり式１を満たすが式５を満たさない場合は、リークする電流を見越してホール素子３に流す電流が上記と一致するようにトータルの電流値を設定すれば良い。
【００４０】
次に、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、１３ｍＡ以下の電流、例えば１０ｍＡ電極２２Ａと電極２２Ｂとの間に流し、電極２２Ｃと電極２２Ｄとの間の電圧を読み出し信号として検出する。上記１３ｍＡ以下の電流にする理由は、図７において、電流値が１００ｍＡのときの磁界Ｈｘの最大値は４５０Ｏｅ（ｘ＝１μｍの位置）であるので、電流値が１３ｍＡのときの磁界Ｈｘの最大値は４５０×１３／１００＝５８．５Ｏｅ＜Ｈｃであり、１３ｍＡ以下の読み出し電流であれば記録信号が反転（破壊）されることがないからである。
【００４１】
次に、上記不揮発性メモリ１０をアレイ化した場合の例を図９に示す。
ここでメモリアレイには複数のメモリセルＭＣが縦横にマトリクス状に配列されている。そして、各メモリセルＭＣは、図８において示した構成の不揮発性メモリ１０とホール素子３の入力側の電極の一方、例えば電極２２Ｂ（図８参照）に接続された選択トランジスタ３０とにより構成される。この選択トランジスタとしては例えば電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）を用いることができる。そして、列方向（図中、上下方向）に沿って延びるようにして複数の選択線Ｗ１〜Ｗ３…と、複数の出力線Ｒ１〜Ｒ４…とが列毎に配列されている。各選択線Ｗ１〜Ｗ３…は、対応する列方向の各選択トランジスタ３０のゲートにそれぞれ共通に接続されている。
【００４２】
また各出力線Ｒ１〜Ｒ４…は、メモリセルＭＣのホール素子３の出力側の電極２２Ｃと、これに横方向に隣り合うホール素子３の他方の出力側の電極２２Ｄとにそれぞれ共通に接続される。また行方向（図中、左右方向）に沿って延びるように複数の入力線Ｂ１〜Ｂ４…が行毎に配列されている。各入力線Ｂ１〜Ｂ４…は、メモリセルＭＣのホール素子３の入力側の電極２２Ａと、これに縦方向に隣り合うホール素子３の他方の入力側の電力２２Ｂとにそれぞれ共通に接続される。
【００４３】
ここで、図９中の最も左上のメモリセルＭＣに信号を書き込む場合について説明すると、選択線Ｗ１に電圧を印加してこの選択トランジスタ３０をＯＮにし、入力線Ｂ１と入力線Ｂ２との間に電圧を印加して書き込み用電流Ｉｗを流し、磁性体薄膜１を所定の方向に磁化させる。書き込み用電流Ｉｗの方向は入力線Ｂ１と入力線Ｂ２に印加する電圧の大小で制御し、書き込み用電流Ｉｗの大きさは、選択線Ｗ１に印加する電圧、つまり選択トランジスタ３０のゲート電圧で制御する。
【００４４】
上記メモリセルＭＣの信号を読み出す場合は、選択線Ｗ１に電圧を印加して選択トランジスタ３０をＯＮにし、入力線Ｂ１と入力線Ｂ２との間に電圧を印加して読み出し用電流Ｉｒを流し、出力線Ｒ１、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。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、磁性体薄膜１の磁化が反転しないようにする。
【００４５】
図８及び図９に示す場合は、不揮発性メモリ１０と選択トランジスタ３０とが分離された例であるが、ホール素子部をＦＥＴ構造にして、両者の機能を合体させることも可能である。その例を図１０に示す。すなわち図１０は本発明に係る不揮発性メモリの第ニの形態を示す具体的構成図である。図１１は本発明に係る不揮発性メモリの第ニの形態を用いたメモリアレイを示す模式図である。図１０（Ａ）は平面図を示し、図１０（Ｂ）は縦方向断面図を示す。
【００４６】
図に示すように、ホール素子３の部分にＦＥＴチャネルを形成してこの部分に選択トランジスタ３０を作り込み、両機能を兼用させる。ここで図中、”Ｇ”はゲートを示し、”Ｓ”はソースを示し、”Ｄ”はドレインを示す。
【００４７】
上記不揮発性メモリを用いたメモリアレイの例を図１１に示す。ここでは各選択線Ｗ１〜Ｗ３…が、列方向の選択トランジスタ３０の各ゲートにそれぞれ共通に接続されている。また、入力線Ｂ１〜Ｂ４…が行方向の選択トランジスタ３０の各ソースと、これより縦方向に隣り合う選択トランジスタ３０の各ドレインとに、それぞれ共通に接続されている。書き込み、読み出しの方法は、図８及び図９で示したメモリアレイと同様である。これによれば、図８及び図９で示したメモリアレイに比べてセルサイズを小さくすることができ、大容量のメモリアレイとして有効である。
【００４８】
また磁性体薄膜１は絶縁性または半絶縁性であって、ホール素子３との間に絶縁層が無いので、磁性体薄膜１に静電気が帯電し難く、また帯電したとしても、静電破壊によってホール素子に電流が流れなくなることがないので、製造不良の発生頻度が低くなるため、その結果として高い歩留りが得られる。
上述のように構成されたメモリアレイは、デジタルカメラ、ビデオムービー、携帯電話等モバイル機器用の外部メモリ、コンピュータ用の内・外部メモリ（ＤＲＡＭ、ＨＤＤ、ＣＤ／ＤＶＤの置換え）、ＡＶ機器その他家電製品のメモリ等に利用でき、またコンピュータ用のメインメモリとして利用すれば、インスタントオンのコンピュータが実現可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に係る不揮発性メモリを示す基本構成図である。
【図２】本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を書き込む場合を示す模式図である。
【図３】本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を読み出す場合を示す模式図である。
【図４】本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を読み出す場合を想定した磁界解析のための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における信号を読み出す場合を想定した磁界解析結果を示すグラフである。
【図６】本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を書き込む場合を想定した磁界解析のためのモデルを示す図である。
【図７】本発明に係る不揮発性メモリにおける信号を書き込む場合を想定した磁界解析結果を示すグラフである。
【図８】本発明に係る不揮発性メモリの第一の形態を示す具体的構成図である。
【図９】本発明に係る不揮発性メモリの第一の形態を用いたメモリアレイを示す模式図である。
【図１０】本発明に係る不揮発性メモリの第ニの形態を示す具体的構成図である。
【図１１】本発明に係る不揮発性メモリの第ニの形態を用いたメモリアレイを示す模式図である。
【符号の説明】
【００５０】
１…磁性体薄膜、３…ホール素子、１０…不揮発性メモリ（メモリ）。
【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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