(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
絶縁性基板と、
該絶縁性基板上に設けられた導電性のベースラインと、
該ベースラインに付着する少なくとも１つの磁気量子ドットと、
前記ベースラインを横切る方向に、前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差して設けられることにより、前記ベースラインとの間で接合を形成する導電性のトップラインとを有し、前記ベースラインと前記トップラインの少なくとも１つは磁性材料を含む磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項２】
前記トップラインは、前記ベースラインに垂直な方向に設けられる、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項３】
前記ベースラインと前記トップラインの双方は磁性材料を含む、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項４】
前記磁性材料は強磁性材料である、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項５】
前記ベースラインと前記トップラインのうち１つは非磁性材料を含む、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項６】
前記非磁性材料は金属である、請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項７】
前記非磁性材料は金である、請求項５に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項８】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットは、有機結合剤によって前記ベースラインに付着する、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項９】
前記有機結合剤は、アルカン・ジチオール、アルカン・ジアミンのような二官能性アルカンからなるグループから選択される、請求項８に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１０】
前記ベースラインは金属であり、前記有機結合剤は、一方の端にアミン官能基を有し、他方の端にチオール官能基を有する直鎖状アルカンであり、前記アミンは磁気量子ドットに付着し、前記チオールは前記金属のベースラインに付着する、請求項８に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１１】
前記有機結合剤はヘキサン−ジチオール（Ｃ6Ｈ14Ｓ2）である、請求項８に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１２】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットは強磁性量子ドットである、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットはＦｅＰｔ量子ドットを含む、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１４】
前記絶縁性基板は酸化物層を含み、前記ベースラインは該酸化物層上に設けられる、請求項１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセル。
【請求項１５】
磁気ランダムアクセスメモリセルを製造する方法であって、
絶縁性基板上に導電性のベースラインを設けるステップと、
該ベースラインに少なくとも１つの磁気量子ドットを付着するステップと、
前記ベースラインを横切る方向に、前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差させることにより、前記ベースラインとの間で接合を形成する導電性のトップラインを設けるステップとを有し、前記ベースラインと前記トップラインの少なくとも１つは磁性材料を含む方法。
【請求項１６】
前記トップラインは前記ベースラインに垂直な方向に設けられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記ベースラインと前記トップラインの双方は磁性材料を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁性材料は強磁性材料である、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
前記ベースラインと前記トップラインのうち１つは非磁性材料を含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
前記非磁性材料は金属である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記非磁性材料は金である、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットは有機結合剤によって前記ベースラインに付着する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２３】
前記有機結合剤は、アルカン・ジチオール、アルカン・ジアミンのような二官能性アルカンからなるグループから選択される、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
前記ベースラインは金属であり、前記有機結合剤は、一方の端にアミン官能基を有し、他方の端にチオール官能基を有する直鎖状アルカンであり、前記アミンは磁気量子ドットに付着し、前記チオールは前記金属のベースラインに付着する、請求項２２記載の方法。
【請求項２５】
前記有機結合剤はヘキサン−ジチオール（Ｃ6Ｈ14Ｓ2）である、請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットは強磁性量子ドットである、請求項１５に記載の方法。
【請求項２７】
前記少なくとも１つの磁気量子ドットはＦｅＰｔ量子ドットを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項２８】
前記絶縁性基板を得るために、基板上に酸化物層を形成するステップをさらに有する、請求項１５に記載の方法。
【請求項２９】
前記ベースラインは、前記絶縁性基板上の前記ベースラインを、フォトリソグラフィを用いてパターニングすることによって、前記絶縁性基板上に設けられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項３０】
前記トップラインは、蒸着によって前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差して設けられる、請求項１５に記載の方法。
【請求項３１】
磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイであって、
絶縁性基板と、
該絶縁性基板上に設けられた複数の導電性のベースラインであって、複数のメモリセルのサイトが各ベースラインに沿って配置された複数の導電性のベースラインと、
各メモリセルのサイトで前記ベースラインに付着する少なくとも１つの磁気量子ドットと、
前記ベースラインを横切る方向に、各メモリセルのサイトで前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差して設けられることにより、各メモリセルのサイトでベースラインとの間に接合を形成する複数の導電性のトップラインとを有し、前記ベースラインおよび／または前記トップラインは磁性材料を含むアレイ。
【請求項３２】
前記トップラインは前記ベースラインに垂直な方向に設けられる、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３３】
前記ベースラインと前記トップラインの双方は磁性材料を含む、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３４】
前記磁性材料は強磁性材料である、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３５】
前記ベースラインは非磁性材料を含む、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３６】
前記非磁性材料は金属である、請求項３５に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３７】
前記非磁性材料は金である、請求項３５に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３８】
前記トップラインは非磁性材料を含む、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項３９】
前記非磁性材料は金属である、請求項３８に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４０】
前記非磁性材料は金である、請求項３８に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４１】
各メモリセルのサイトにおける前記少なくとも１つの磁気量子ドットは、有機結合剤によって前記ベースラインに付着する、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４２】
前記有機結合剤は、アルカン・ジチオール、アルカン・ジアミンのような二官能性アルカンからなるグループから選択される、請求項４１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４３】
前記ベースラインは金属であり、前記有機結合剤は、一方の端にアミン官能基を有し、他方の端にチオール官能基を有する直鎖状アルカンであり、前記アミンは磁気量子ドットに付着し、前記チオールは前記金属のベースラインに付着する、請求項４１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４４】
前記有機結合剤はヘキサン−ジチオール（Ｃ6Ｈ14Ｓ2）である、請求項４１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４５】
各磁気量子ドットが強磁性量子ドットである、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４６】
各磁気量子ドットがＦｅＰｔ量子ドットを含む、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４７】
前記絶縁性基板は酸化物層を含み、前記ベースラインは該酸化物層上に設けられる、請求項３１に記載の磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイ。
【請求項４８】
磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイを製造する方法であって、複数の導電性のベースラインであって、複数のメモリセルのサイトが各ベースラインに沿って配置された複数の導電性のベースラインを絶縁性基板上に設けるステップと、
各メモリセルのサイトで前記ベースラインに少なくとも１つの磁気量子ドットを付着するステップと、
前記ベースラインを横切る方向に、各メモリセルのサイトで前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差させることによって、各メモリセルのサイトでベースラインとの間に接合を形成する複数の導電性のトップラインを設けるステップとを有し、前記ベースラインおよび／または前記トップラインは磁性材料を含む方法。
【請求項４９】
前記トップラインは前記ベースラインに垂直な方向に設けられる、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記ベースラインと前記トップラインの双方は磁性材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５１】
前記磁性材料は強磁性材料である、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記ベースラインは非磁性材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５３】
前記非磁性材料は金属である、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記非磁性材料は金である、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記トップラインは非磁性材料を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５６】
前記非磁性材料は金属である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５７】
前記非磁性材料は金である、請求項５５に記載の方法。
【請求項５８】
各メモリセルのサイトにおける前記少なくとも１つの磁気量子ドットは、有機結合剤によって前記ベースラインに付着する、請求項４８に記載の方法。
【請求項５９】
前記有機結合剤は、アルカン・ジチオール、アルカン・ジアミンのような二官能性アルカンからなるグループから選択される、請求項５８に記載の方法。
【請求項６０】
前記ベースラインは金属であり、前記有機結合剤は、一方の端にアミン官能基を有し、他方の端にチオール官能基を有する直鎖状アルカンであり、前記アミンが磁気量子ドットに付着し、前記チオールが前記金属のベースラインに付着する、請求項５８に記載の方法。
【請求項６１】
前記有機結合剤はヘキサン−ジチオール（Ｃ6Ｈ14Ｓ2）である、請求項５８に記載の方法。
【請求項６２】
各磁気量子ドットが強磁性量子ドットである、請求項４８に記載の方法。
【請求項６３】
各磁気量子ドットがＦｅＰｔ量子ドットを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項６４】
前記絶縁性基板を得るために、基板上に酸化物層を形成するステップをさらに有する、請求項４８に記載の方法。
【請求項６５】
前記ベースラインは、前記絶縁性基板上の前記ベースラインを、フォトリソグラフィを用いてパターニングすることによって、前記絶縁性基板上に設けられる、請求項４８に記載の方法。
【請求項６６】
前記トップラインは、蒸着によって、各メモリセルのサイトの前記少なくとも１つの磁気量子ドットのところで交差して設けられる、請求項４８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性データ記憶装置の分野に関し、特に量子ドットをベースにした磁気ランダムアクセスメモリ（「ＭＲＡＭ」）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁気ランダムアクセスメモリには多数の手法があり、これらは、金属の磁気的状態を、この金属と、電流をデバイスのエッジまで流すために必要とされる別の金属の間に形成されるバリヤの酸化物を通る電子トンネリングを介して、読み出すことを一般に含む。おそらくこのタイプの最も顕著な業績は、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，ｖｏｌ．８５，ｐｐ．５８２８−５８３３（１９９９）のＳ．Ｓ．Ｐ．Ｐａｒｋｉｎらによる「交換バイアスされた磁気トンネル接合と不揮発性磁気ランダムアクセスメモリへの応用」（Ｅｘｃｈａｎｇｅ‐ｂｉａｓｅｄ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｔｕｎｎｅｌ  ｊｕｎｃｔｉｏｎｓ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｔｏ  ｎｏｎ‐ｖｏｌａｔｉｌｅ  ｍａｇｎｅｔｉｃ  ｒａｎｄｏｍ  ａｃｃｅｓｓ  ｍｅｍｏｒｙ）である。最近、ナノメートルスケールの磁気量子ドット（伝導性微小Ｃｏ結晶）のアレイの部分を介したスピンに依存する電子トンネリングの報告があった。サイエンス  ｖｏｌ．２９０，ｐｐ．１１３１−１１３４（２０００）のＣ．Ｔ．Ｂｌａｃｋらの「自己形成コバルトナノ結晶超格子におけるスピン依存トンネリング」（Ｓｐｉｎ‐Ｄｅｐｅｎｄｅｎｔ  Ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ  ｉｎ  Ｓｅｌｆ‐Ａｓｓｅｍｂｌｅｄ  Ｃｏｂａｌｔ‐Ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  Ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）を参照されたい。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
磁気ランダムアクセスメモリの典型的な先行技術の提案は、非常によく制御された真空状態で堆積され、絶縁性のバリヤによって分離されている強磁性金属の平らな層である。このようなデバイスを多数、高密度に再現性よく製造することは困難である。その理由は、デバイスの内側の材料の境界面にばらつきであり、これらのばらつきのためにメモリの読み出し中に電流がばらつくことである。さらに、先行技術のデバイスは、個々のメモリセル（または「ビット」）の磁気特性にばらつきが生じる。
【０００４】
本発明の目的は、非常によく制御された真空状態でトンネル接合を作成する必要のない磁気ランダムアクセスメモリセルおよびその製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、安価で高密度の不揮発性ランダムアクセスメモリデバイスを提供する。磁気情報は、従来のＭＲＡＭデバイスのように薄い金属膜に保存されるのではなくて、代わりに化学的に形成された磁気量子ドットに保存される。量子ドット、または、量子ドットの多数の集まりは、量子ドットの磁気状態の読み出しおよび書き込みに用いられる交差したナノワイヤの格子によって定められる二次元メモリアレイの接合部に配置される。
【０００６】
このようにして、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルが得られる。磁気ランダムアクセスメモリセルは、絶縁性基板と、この絶縁性基板上に設けられている導電性ベースラインと、このベースラインに取り付けられている少なくとも１つの磁気量子ドットと、ベースラインを横切る方向に少なくとも１つの量子ドットと交差して設けられている導電性トップラインを備えている。これによってベースラインとトップラインの間に接合が形成される。ベースラインとトップラインの少なくとも一方は磁性材料を含んでいる。磁気ランダムアクセスメモリセルを製造する方法も提供される。
【０００７】
さらに、磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイも提供される。磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイは、絶縁性基板と、絶縁性基板上に設けられている複数の導電性ベースラインを有し、各ベースラインに沿って複数のメモリセルのサイトが配置される。各メモリセルのサイトにおいて少なくとも１つの磁気量子ドットがベースラインに取り付けられる。複数の導電性トップラインも設けられ、ベースラインと交差する方向で、各メモリセルのサイトにおいて少なくとも１つの磁気量子ドットと交わって設けられる。これにより、各メモリセルのサイトにおいてベースラインとトップラインの間に接合を形成する。ベースラインとトップラインの少なくとも１つは磁性材料を含んでいる。磁気ランダムアクセスメモリセルのアレイを製造する方法も提供される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
一般的に言えば、本発明は、単一メモリセルの提案と、高密度磁気メモリのために、このようなデバイスのアレイを基板上に集積する方法を含む。単一メモリセルとアレイの出発点は、磁気量子ドット、すなわち、溶液中に調製され、よく制御された半径を有する、通常は高度に単分散の磁性材料の小さいナノメートルスケールの結晶（ナノ結晶とも呼ばれる）である。ナノ結晶の表面は、粒子がより大きい粒子に凝集することを防止するために「表面キャップ」または「表面パッシベーション」として働く有機分子でコートされる。
【０００９】
本発明で利用される量子ドットは、磁性体、好ましくは強磁性体であり、これは、これらが磁気双極子として作用することを意味する。単一の量子ドットは、本発明のデバイスを用いて達成できる最小ビットのサイズを表す。情報はナノ結晶の磁化で符号化できる。更に、物理的には別個であるが密にまとめられた量子ドットの規則的なアレイを形成するために量子ドットを凝集できるので、情報は磁気量子ドットの集合の磁化で符号化もできる。
【００１０】
図１は、本発明に従って製造された単一ビットのメモリセル１００を示す。メモリセル１００は、たとえばシリコンウエハのような絶縁性基板１１０を含み、その基板の上に酸化物層１２０を形成することが好ましい。好ましくは金で構成されるベースライン（ナノワイヤ）１３０が、酸化物層１２０の上に設けられる。１つまたは複数の磁気量子ドット１５０が、有機結合剤分子１４０を用いて、ベースライン１３０に取り付けられ、各結合剤分子の両端をベースライン１３０と磁気量子ドット１５０にそれぞれ取り付けることができる。好ましくはコバルトで構成されるトップライン（ナノワイヤ）１６０が、ベースライン１３０を横切る方向で磁気量子ドット１５０と交差して設けられる。ベースライン１３０とトップライン１６０の間の角度は、これらの線が平行でない限り、任意の角度でよい。これによりベースライン１３０とトップライン１６０の間に接合部１７０が形成される。
【００１１】
図１は、接合部１７０で複数の磁気量子ドット１５０を利用するデバイスを示しているが、本発明のメモリセルは、単一の磁気量子ドット１５０のみが接合部１７０に存在する、図１のデバイスに類似するデバイスを包含することに注目すべきである。
【００１２】
各磁気量子ドットはナノ結晶であって、当業者に公知の従来の手段によって製造できる。磁気量子ドットの直径は通常３〜１０ｎｍである。したがって、接合部１７０における１０ドット×１０ドットの典型的な集まりで、約１００ｎｍ×１００ｎｍの接合部が得られる。ベースライン１３０とトップライン１６０は、幅が約１０ｎｍから１００ｎｍのナノワイヤであることが好ましい。
【００１３】
磁気量子ドット１５０は、好ましくは論理状態０と１にそれぞれ対応するアップまたはダウンである磁気偏極によって、メモリとして機能する。所与の極性の十分な電流が磁気量子ドット１５０の下のベースライン１３０に流されるとすると、特定の磁気偏極を促す磁場が加えられて、磁気量子ドット１５０の磁化を変化して、所望の状態を単一ビットのメモリセル１００に書込む。単一ビットメモリセル１００の状態は、トップライン１６０とベースライン１３０の間に電流を流すことによって測定できる、磁気量子ドット１５０の電気抵抗値を介して読み出すことができる。磁気量子ドット１５０の電気抵抗は、トップライン１６０の磁気偏極がドットの磁気偏極と逆平行であるか平行であるかに応じて、高くまたは低い。
【００１４】
２つのライン（ベースライン１３０とトップライン１６０）の両方とも磁気的であってもよいが、少なくとも一方は磁気的でなければならない。２つのラインの両方とも磁気的でないとすると、このデバイスは機能しない。磁性ラインは強磁性であることが好ましい。両方のラインは導電性でなければならず、したがって、両方のラインは金属で構成することが好ましい。ラインに使用される特定の金属には２つの制約が課される。第１の制約は、ベースライン１３０が強固な結合剤分子を定着できなければならないことである。これらの分子は、磁気量子ドット１５０をベースライン１３０の好ましくは金属表面に取り付けるために使用される。強固な結合剤の例は、一端をナノ結晶に、他端を下線１３０の表面に選択的に取付けるアルカン・ジチオール、アルカン・ジアミン、またはその他の線形分子のような二官能性アルカン（たとえば、アミンをＦｅＰｔなどの磁気量子ドットに取付けることができ、チオールを金のような金属に取り付けることができるように、一端にアミン官能基を有し、他端にチオール官能基を有する線形アルカン）である。化学的官能基と、それらが接着する表面の表が、Ａｎｇｅｗａｎｄｔｅ  Ｃｈｅｍｉｅ  Ｉｎｔ．Ｅｄ．，ｖｏｌ．３７，ｐｐ．５５０〜５７５（１９９８）のＹ．Ｘｉａらの「ソフト・リソグラフィー」（Ｓｏｆｔ  Ｒｉｔｈｏｇｒａｐｈｙ）の表４に見出すことができる。このような２つの官能基を結合剤分子の両端に置くことによって、ナノ結晶を金属表面に取り付けることができる。第２の制約は、保持磁界（すなわち、偏極を切り替えるために要する磁場）が、磁気量子ドットのものよりも磁性金属のものの方が十分に大きいことである。
【００１５】
本発明のメモリセルデバイスの部品の製造に使用するために好ましい材料は次の通りである。絶縁性基板１１０はシリコンで構成されるのが好ましい。酸化物層１２０は二酸化シリコンで構成されるのが好ましい。磁気量子ドット１５０をベースライン１３０に取り付けるために使用される有機結合剤分子１４０は、ヘキサン‐ジチオール（Ｃ6Ｈ14Ｓ12）で構成されることが好ましい。磁気量子ドット１５０は、ＦｅＰｔ量子ドット（または「ナノドット」）を含むことが好ましい（たとえば、サイエンス  ｖｏｌ．２８７，ｐｐ．１９８９−１９９２（２００１）のＳ．Ｓｕｎらの「単分散ＦｅＰｔナノ粒子および強磁性ＦｅＰｔナノ結晶超格子」（Ｍｏｎｏｄｉｓｐｅｒｓｅ  ＦｅＰｔ  Ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ  ａｎｄ  ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ  ＦｅＰｔ  ｎａｎｏｃｒｙｓｔａｌ  ｓｕｐｅｒｌａｔｔｉｃｅｓ）を参照されたい）。磁性ライン（ベースライン１３０またはトップライン１６０）は、任意の強磁性材料を含むのが好ましく、コバルト、鉄、ニッケルをベースとする合金、ＬａＭｎＯ3から派生した種々の伝導性遷移金属酸化物を含むが、これらに限定されない。もしあるならば、非磁性ライン（ベースライン１３０またはトップライン１６０のいずれか）は、金属で構成することが好ましく、金で構成することが最も好ましい。ベースライン１３０は、フォトリソグラフィを用いて、基板上にそれをパターニングすることにより設けられることが好ましい。トップライン１６０は、量子ドット１５０と基板に蒸着によって設けることが好ましい。トップライン１６０が磁性体であるなら、ベースライン１３０は非磁性体が好ましい。
【００１６】
単一ビットのメモリセルデバイスに加えて、本発明はメモリセルアレイも包含する。図２は、一般に図１に示されている単一ビットのメモリセルのアレイである磁気メモリセルアレイを示す。この実施形態では、シリコン基板が、複数の平行なベースライン２３０によってパターン化されている。複数のメモリセルのサイトが各ベースラインに沿って配置されており、各メモリセルのサイトでは、１つまたは複数の磁気量子ドット２５０が有機結合剤を用いてベースライン２３０に取り付けられている。同様に、複数の横方向のトップライン２６０が設けられている。書込みは、中身を指定したいメモリセルを定めるノードで交差するトップラインとベースラインに電流を流すことによって行われる（従来のＭＲＡＭアレイのように）。したがって、図２におけるメモリセル１００Ａの状態を書き込むために、同じ極性および同じ大きさの電流Ｉ1とＩ2が図２に示されているように注入される。その結果としてのビットの設定は全体の符号に依存し、たとえば、２値「０」が電流Ｉ1＝Ｉ2＝＋１マイクロアンペアによって書き込まれ、２値「１」が電流Ｉ1＝Ｉ2＝−１マイクロアンペアによって書き込まれることを意味している。読み出し動作は、対象とするメモリセルにおいて交差するトップラインとベースラインの交差部を経て完結される回路の電気抵抗値を測定することによって行われる。したがって、図２におけるメモリセル１００Ｂの状態を求めるために、電流Ｉ3がループ２８０に沿って流され、関連する電圧Ｖが読み取られる。高い電圧は高抵抗状態に対応して、２値「０」を意味し、低い電圧は低抵抗状態に対応して、２値「１」を意味する。
【００１７】
メモリセルアレイ２００の材料の要件は、交差している２本のナノワイヤからの磁場のベクトル和が磁気量子ドットを一方の状態から他方の状態へ確実に切り替えるように、磁気量子ドットの磁化と磁場ループの関係が十分に２乗といえるという付加条件付きで、上述の単一メモリセルデバイス１００に類似する。さらに、１本だけのナノワイヤ（ベースラインのみまたはトップラインのみなどであるが、両方ではない）からの磁場は磁化を切り替えてはならない。
【００１８】
図３（ａ）〜（ｆ）は、本発明の単一ビットのメモリセルまたはメモリセルアレイを製造する典型的な方法を示す。図３（ａ）〜（ｆ）のおのおのは、各図の上側部分の平面図と、各図の下側部分の同じデバイスの対応する立面図を含む。図３（ａ）に示されているように、絶縁性基板１１０が最初に設けられる。図３（ｂ）に示されているように、その後で酸化物層１２０が絶縁性基板１１０の上に形成される。酸化物層１２０は、以後の層を絶縁性基板１１０から確実に絶縁する。図３（ｃ）に示されている次のステップは、ベースライン１３０、または、メモリセルアレイの場合にはベースライン１３０の平行なアレイを酸化物層１２０の上に堆積することである。これらのベースライン１３０は非磁性であることが好ましい。堆積されると、有機結合剤分子の層１４０が、図３（ｄ）に示されているように、図１（ｂ）に示されているように最終的には接合領域１７０になるベースライン１３０の領域に堆積される。これは公知のマイクロ接触印刷技術を用いて行うことができる。この技術は、結合剤をコートでき、その後でベースラインにプレスできる可撓性の（パターン化された）ゴムスタンプを製作するソフト‐リソグラフィの手法を用いる。これにより、結合剤分子の単分子層がベースラインの所定のサイトに堆積される。（ソフト‐リソグラフィおよびマイクロ接触印刷の説明はＸｉｅらの前掲論文を参照されたい）。次に、磁気量子ドット１５０が、好ましくはデバイス全体を磁気量子ドットの溶液中に浸すことにより堆積される。これは、図３（ｅ）に示されているように、結合剤が被覆されているベースラインに選択的に付着する。最後に、図３（ｆ）に示されているように、トップライン１６０、または、メモリセルアレイの場合にはトップライン１６０の平行なアレイを堆積するため、リソグラフィが用いられる。これらのトップライン１６０は磁性を有することが好ましく、ベースライン１３０と交差する方向、好ましくは直交して堆積されることが好ましい。
【００１９】
図３は、単一のメモリセル（単一ビットのデバイス）の拡大図を示しているが、デバイスのアレイは上記の手順に従って上記のようにして製造できる。たとえば、図２はこのようなデバイスの３×３のアレイを示している。
【００２０】
本発明は、比較的標準的な化学的手段を用いて、再現性の高い形、半径、被覆を有する磁気量子ドットの大量製造を含むものであることは明らかであろう。同時に、最新のリソグラフィによって、金属線のアレイを安価に製造できる。今日まで提案されたほとんどのＭＲＡＭ形式の中心である接合は、本発明においては、化学的に再現されコートされた実体（磁気量子ドット）と普通の金属の間で形成される。したがって、被覆を施されている磁気量子ドットは、明確に定められた磁気スイッチング特性も有する、予め製造されたトンネルデバイスと考えることができる。その結果、メモリセルアレイは、本発明にしたがって、非常に簡単な一連のステップを用いて製造することができ、真空装置内で完全なトンネル接合を製造することを要せず、磁気量子ドットが湿式化学的手法により堆積された後では、１種の金属の蒸着を含むのみである。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）は、本発明に従って製造された単一ビットの量子ドットをベースとするＭＲＡＭメモリセルの平面図であり、（ｂ）は、本発明に従って製造された単一ビットの量子ドットをベースとするＭＲＡＭメモリセルの立面図である。
【図２】本発明に従って製造された量子ドットをベースとするＭＲＡＭメモリセルのアレイの平面図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は、本発明によるＭＲＡＭメモリセルの製造を示しており、各図は、上側部分の平面図と、下側部分の同じデバイスの対応する立面図を含む。
【符号の説明】
１００、１００Ａ、１００Ｂ  メモリセル
１１０  絶縁性基板
１２０  酸化物層
１３０、２３０  ベースライン
１４０  結合剤分子
１５０、２５０  磁気量子ドット
１６０、２６０  トップライン
１７０  接合部
２００  磁気メモリセルアレイ
２８０  ループ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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