(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉磁路を実質的に構成することができる閉じた形状をなす磁界制御部と、その閉じた形状を２分するように磁界制御部の２箇所から閉じた形状の内部に向って延設されるとともに、当該延設された互いの対向部材にギャップを形成する磁気記憶部と、当該磁気記憶部のギャップ近傍に設けられた磁界検出手段を有する磁気メモリ素子であって、
前記磁界制御部は、２分された閉じた形状のそれぞれに閉磁路を切断するためのスイッチ部を備え、前記２分された閉じた形状のそれぞれに形成されたスイッチ部によって、前記磁界制御部の閉磁路の切断を交互に行うことにより、前記磁気記憶部の磁化方向が互いに反転するようになっていることを特徴とする磁気メモリ素子。
【請求項２】
前記スイッチ部が低キュリー温度の軟磁性材料被加熱部材およびその軟磁性材料被加熱部材をキュリー温度以上に加熱するための加熱手段を備えてなる請求項１に記載の磁気メモリ素子。
【請求項３】
前記磁界制御部は、スイッチ部の一部をなす前記低キュリー温度の軟磁性材料被加熱部材と、閉磁路の磁界方向を規制する硬磁性材料部材と、高キュリー温度の軟磁性材料部材を有して構成され、
前記磁気記憶部は、磁気記録可能な高キュリー温度の半硬磁性材料を有して構成される請求項１または請求項２に記載の磁気メモリ素子。
【請求項４】
前記磁気記憶部のギャップ部を構成する対向する部材がそれぞれ高キュリー温度の半硬磁性材料からなる請求項３に記載の磁気メモリ素子。
【請求項５】
前記磁気記憶部のギャップ部を構成する一方の部材が高キュリー点の軟磁性材料からなる請求項３に記載の磁気メモリ素子。
【請求項６】
前記の磁気メモリ素子が平面上に構成されるか、あるいは立体的に構成される請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の磁気メモリ素子。
【請求項７】
前記請求項１ないし請求項６のいずれかに記載された磁気メモリ素子がマトリクス状に配列されてなることを特徴とする磁気メモリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、磁性材料の磁化方向によって情報を記録する固体メモリ、すなわち磁気メモリおよびこれに用いられる磁気メモリ素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
磁性材料による固体メモリは、古くはフェライトによるコアメモリ、その後、ワイヤメモリ、バブルドメインメモリ、ブロッホラインメモリなどの提案がなされてきたが、金属磁性薄膜による固体メモリとしては磁気抵抗効果メモリＭＲＡＭ（magnetoresistive random access memory ）がある。
【０００３】
１９７２年に磁気抵抗効果膜を固体メモリに利用することがL.J.SchweeによりProc.INTERMAG Conf. IEEE Trans.Magn.,Kyoto,p.405(1972)に報告されたが、出力が低く実用に至らなかった。その後、より大きな出力が得られる巨大磁気抵抗効果が見いだされて、それを利用したＭＲＡＭの研究が盛んになり、種々のタイプのＭＲＡＭに関する報告がなされている。例えば、榊間らにより日本応用磁気学会誌,20,22(1996)にその一例が報告されており、これによると、そのメモリ素子は、図１３（ａ）に示されるように、書き込み線Ｗ、絶縁膜１１３、ハード磁性膜１１１、導電膜１１４、ソフト磁性膜１１２の積層体から構成されている。このメモリ素子において、図１３（ａ）に示されるように紙面に対し上向きの電流を書き込み線Ｗに与え、右向きにハード磁性膜１１１を磁化した状態を『１』、図１３（ｂ）に示されるようにその逆を『０』とする。
【０００４】
読み出し方法は、図１３（ｃ）に示されるように，ハード磁性膜１１１には影響を及ばさないが、ソフト磁性膜１１２は反転できる程度の大きさの正負の電流パルスを書き込み線Ｗに与え、素子に検出電流を通電して確認して、その抵抗変化ΔＲが正か負かで『１』『０』を判別する。図１３（ｃ）の左側の状態では、正負の電流パルスをかけた後にハード磁性膜１１１とソフト磁性膜１１２の磁化の方向が互いに逆になっているので抵抗変化ΔＲが正の値となる。図１３（ｃ）の右側の状態では、正負の電流パルスをかけた後にハード磁性膜１１１とソフト磁性膜１１２の磁化の方向が同一方向となっているので抵抗変化ΔＲが負の値となる。
【０００５】
このようにＧＭＲによるメモリは、電流の発生する磁界により磁化反転を行うように作用する。しかし、磁界発生のために瞬時ではあるが大電流を流す必要があり、電流による磁界と磁性膜が十分効率良く結合できていないことから、実際にはその一部しか磁化反転に寄与していないという問題がある。また、書き込み電流の立ち上がりが遅くなるという問題も生じている。
【０００６】
一方、熱による磁化方向の制御に関しては、例えば、光磁気ディスクに代表されるように熱磁気書き込みが行なわれる。しかしこの場合は記録媒体が回転し、熱源にはレーザを使用し、レーザ自身も光ヘッドに固定されて動くことから、固体メモリではなく、機械的に動作するためアクセスが遅く、振動などに弱いという問題がある。
【０００７】
また、熱を利用した固体メモリとしては、特開平４−２３２９３に単層の積層磁化膜を使用した発明が提案されている。それによると、当該固体メモリは、当該公報の第１図に示されるように、加熱素子、磁性薄膜、磁気抵抗素子、書き込み用のスイッチングトランジスタ、読み出し用のトランスファーゲートおよび６本のリード線を備えて構成される。この場合、磁性薄膜は素子分離しておらず、連続状態にある。そして、書き込み時にスイッチングトランジスタにより所定のメモリ素子だけに電流を通電して磁性膜を加熱して磁化方向を反転させる。読み出しは、磁気抵抗素子により磁化の方向を検出するようにする。これには各メモリ素子に半導体材料で形成されるトランスファーゲートが必要であり、加熱手段を考えると磁性膜が連続していることから隣接メモリ素子への影響が無視できず、高密度化が難しいという問題がある。また、このメモリ素子は外部から膜面に垂直な磁界を印加しないと記録ビットの消去が出来ない。
【０００８】
このような問題点を解決するために本願に係る発明者らは、上記のように磁性膜を連続膜としないで、固体メモリを構成して熱的に磁化方向を制御することによる磁気薄膜メモリの提案をすでに行っている（特願平１０−３０１６１４）。この提案によれば、当該発明は、保磁力の異なる２種類の磁性膜と、磁界検出手段と、前記２種類の磁性膜の内、保磁力の小さい膜の磁化反転を行うために磁化手段と加熱手段の両方を有する構成をなしている。この提案は、上記の従来の問題点を解決することができるものの、磁化反転を繰り返すために電流などによる磁化手段と加熱手段の両方を必要としなければならず、構成の簡略化という観点からさらなる改善が望まれている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記従来技術の諸問題を解決するためになされたものであり、その目的は、加熱手段により効率良く、書き込みおよび消去を行うことが出来る磁気メモリ素子およびそれを用いた磁気メモリを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために、本発明は、閉磁路を実質的に構成することができる閉じた形状をなす磁界制御部と、その閉じた形状を２分するように磁界制御部の２箇所から閉じた形状の内部に向って延設されるとともに、当該延設された互いの対向部材にギャップを形成する磁気記憶部と、当該磁気記憶部のギャップ近傍に設けられた磁界検出手段を有する磁気メモリ素子であって、前記磁界制御部は、２分された閉じた形状のそれぞれに閉磁路を切断するためのスイッチ部を備え、前記２分された閉じた形状のそれぞれに形成されたスイッチ部によって、前記磁界制御部の閉磁路の切断を交互に行うことにより、前記磁気記憶部の磁化方向が互いに反転するように構成される。
【００１１】
また、本発明の磁気メモリ素子は、前記スイッチ部が低キュリー温度の軟磁性材料被加熱部材およびその軟磁性材料被加熱部材をキュリー温度以上に加熱するための加熱手段を備えてなるように構成される。
【００１２】
また、本発明の磁気メモリ素子における前記磁界制御部は、スイッチ部の一部をなす前記低キュリー温度の軟磁性材料被加熱部材と、閉磁路の磁界方向を規制する硬磁性材料部材と、高キュリー温度の軟磁性材料部材を有して構成され、前記磁気記憶部は、磁気記録可能な高キュリー温度の半硬磁性材料を有して構成される。
【００１３】
また、本発明の磁気メモリ素子において、前記磁気記憶部のギャップ部を構成する対向する部材がそれぞれ高キュリー温度の半硬磁性材料からなるように構成される。
【００１４】
また、本発明の磁気メモリ素子において、前記磁気記憶部のギャップ部を構成する一方の部材が高キュリー点の軟磁性材料からなるように構成される。
【００１５】
また、本発明における磁気メモリ素子は、平面上に構成されるか、あるいは立体的に構成される。
【００１６】
本発明の磁気メモリは、前記磁気メモリ素子がマトリクス状に配列されて構成される。
【００１７】
上記の本発明によれば、熱的な手段のみで情報の書き込み・消去が可能で、機械的な動作を必要としない不揮発性の磁気固体メモリを実現することが可能となる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の磁気メモリ素子の実施の形態について、以下、詳細に説明する。本発明の磁気メモリ素子は平面上に構成（薄膜として構成）されていてもよいし、あるいは立体的に構成されていてもよい。
【００１９】
平面上に構成された磁気メモリ素子の第１の実施形態が図１に示される。
【００２０】
図１に示されるように磁気メモリ素子１は、閉磁路を実質的に構成することができる閉じた形状（図１の場合は、略四角形状）をなす磁界制御部１０が素子の外枠を形成するように構成されている。
【００２１】
図１に示される略四角形状の磁界制御部１０は、斜向かいに配置された例えばＳｍＣｏからなる硬磁性材料部材１２，１２´と、斜向かいに配置された例えばＧｄからなる低キュリー温度の軟磁性材料部材１１，１１´（軟磁性材料被加熱部材）と、図面の上下に対向配置された例えばパーマロイ（ＮｉＦｅ）からなる高キュリー温度の軟磁性材料部材１３，１３´と、前記硬磁性材料部材１２，１２´と前記低キュリー温度の軟磁性材料部材１１，１１´との間にそれぞれ介在された例えばパーマロイからなる軟磁性材料部材１４、１４´とにより略四角形状を形成するように構成されている。特に、硬磁性材料部材１２，１２´は後述の説明からも分かるように閉磁路の磁界方向を規制する作用をする。
【００２２】
そして、図１に示されるように、さらに磁界制御部１０の閉じた略四角形状を２分するように磁界制御部１０の２箇所（図１のＰ，Ｐ点）から閉じた形状の内部に向って磁気記録部材２１，２１が延設されて磁気記憶部２０の主要部を形成している。磁気記録部材２１，２１の互いの対向部材２１ａ，２１ａにはギャップＧが形成されており、当該ギャップＧ近傍には、磁界を検出するための磁界検出手段２７が設置されている。磁界検出手段２７は磁界方向が検出できる手段であれば、どのような磁界センサでも使用可能であり、例えばホール素子や各種の磁気抵抗効果素子があげられる。
【００２３】
本発明における前記磁界制御部１０は、上記磁気記憶部２０によって２分された閉じた形状のそれぞれに閉磁路を切断するためのスイッチ部が備えられている。すなわち、低キュリー温度の軟磁性材料部材（軟磁性材料被加熱部材）１１，１１´の場所には、当該部材１１，１１´をキュリー温度以上に加熱するためのヒータ等の加熱手段１９，１９´が形成されている（部材１１（１１´）と加熱手段１９（１９´）とでスイッチ部を構成している）。なお、加熱手段１９，１９´としては、上記のごとく低キュリー点の軟磁性材料部材１１，１１´に隣接して電気的に加熱できるヒータを設けてもよいし、あるいは当該該軟磁性材料に直接通電してもよい。
【００２４】
そして、これらのスイッチ部によって、前記磁界制御部１０の閉磁路の切断を交互に行うことにより、前記磁気記憶部２０の磁化方向が互いに反転するようになっている。これについては、後述する磁気メモリ素子の動作原理のところで詳細に説明する。
【００２５】
図１の実施の形態では前記磁気記憶部２０の磁気記録部材２１，２１は、磁気記録の状態を保持できるように、例えば炭素鋼からなる高キュリー温度の半硬磁性材料の半硬磁性材料部材２１，２１から構成されている。なお、本発明でいう「高キュリー温度」とは、前記加熱手段の通電時における温度より高いキュリー温度と定義され、また、前記の「低キュリー温度」とは、前記加熱手段の通電時における温度より低いキュリー温度と定義される。
【００２６】
［磁気メモリ素子の動作原理］
本発明の磁気メモリ素子１の動作原理を図１に基づいて説明する。
【００２７】
図１では略四角形の磁気回路（閉磁路）により磁界制御部１０が形成されている。そして、その磁界制御部１０の閉磁路の磁界方向を規制する硬磁性材料部材１２，１２´の磁化方向は磁気回路において同じ方向（図１の例では矢印（α）、（β）で示されるように時計回りの方向）とされる。
【００２８】
磁気記憶部２０の磁気記録部材（半硬磁性材料部材）２１，２１の磁化方向が図面の上向きの場合を記録「１」の状態、下向きの場合を記録「０」の状態とする。
【００２９】
記録「１」の状態は、図面左側の低いキュリー点の軟磁性材料部材１１に設置された加熱手段１９を動作させ、該軟磁性材料部材１１をキュリー点以上に加熱する。すると、その加熱された部分は、強磁性から常磁性に変化し、磁気回路が切断され、右側の硬磁性材料部材１２´が作り出す磁束（矢印（β））は磁気記憶部２０の方に流れ、磁気記憶部２０の磁気記録部材（半硬磁性材料部材）２１，２１の磁化方向が上を向くことにより実現できる。この場合、磁気記憶部２０の磁気記録部材（半硬磁性材料部材）２１，２１は半硬磁性材料で構成されることから、左側の軟磁性材料部材１１の加熱が終了しても同じ状態（半硬磁性材料部材２１，２１の磁化方向は変わらない）を保つことが出来る。
【００３０】
同様に記録「０」の状態（消去「０」の状態と考えても良い）は、図面の右側に位置する低キュリー温度の軟磁性材料部材１１´に設置された加熱手段１９´を動作させると、その加熱された部分は、強磁性から常磁性に変化し、磁気回路が切断され、左側の硬磁性材料部材１２が作り出す磁束（矢印（α））は磁気記憶部２０の方に流れ、磁気記憶部２０の磁気記録部材（半硬磁性材料部材）２１，２１の磁化方向が下を向くことにより実現できる。
【００３１】
本発明の磁気メモリ素子の他の実施の形態について
本発明の磁気メモリ素子の他の実施の形態（図１に示される以外の態様）について詳細に説明する。
【００３２】
本発明の磁気メモリ素子の第２の実施形態が図２に示される。図２に示される磁気メモリ素子２が図１に示される素子１と異なる点は、磁界制御部１０の形状が、略四角形状から円形状に変更された点にある。それ以外には実質的な変更はなく、図１および図２における同一符号は、実質的に同一の部材を示している。図２に示される第２の実施形態の場合、メモリ素子を図１に示される第１の実施形態より小型につくることができるというメリットがある。
【００３３】
本発明の磁気メモリ素子の第３の実施形態が図３に示される。図３に示される磁気メモリ素子３が図１に示される素子１と異なる点は、素子全体の形状が、平面的構成から立体的な構成に変更された点にある。それ以外には実質的な変更はなく、図１および図３における同一符号は、実質的に同一の部材を示している。図３に示される第３の実施形態の場合、立体的な配置が容易にでき、素子配置のの高密度化に適するというメリットがある。
【００３４】
本発明の磁気メモリ素子の第４の実施形態が図４に示される。図４に示される磁気メモリ素子４が図１に示される素子１と異なる点は、磁気記憶部２０が全て半硬磁性材料の磁気記録部材２１，２１から構成されるのではなく、磁気記憶部２０が軟磁性材料部材２３，２３と半硬磁性材料からなる磁気記録部材２１，２１との組み合わせにより構成されている点にある。もちろん図示のごとくギャップに近い方に半硬磁性材料からなる磁気記録部材２１，２１が配置される。それ以外には実質的な変更はなく、図１および図４における同一符号は、実質的に同一の部材を示している。図４に示される第４の実施形態の場合、図１に示される第１の実施形態より保磁力の高い半硬磁性材料が使えるので記憶状態が安定になるというメリットがある。
【００３５】
本発明の磁気メモリ素子の第５の実施形態が図５に示される。図５に示される磁気メモリ素子５が図４に示される素子４と異なる点は、磁気記憶部２０のギャップ位置において半硬磁性材料からなる磁気記録部材２１が片側のみに用いられている点にある（半硬磁性材料からなる磁気記録部材２１が用いられていない他方は、図示のごとく軟磁性材料部材２３のみから構成されている）。それ以外には実質的な変更はなく、図４および図５における同一符号は、実質的に同一の部材を示している。図５に示される第５の実施形態の場合、図１に示される第１の実施形態より保磁力の高い半硬磁性材料が使えるので記憶状態が安定になるというメリットがある。
【００３６】
本発明の磁気メモリ素子の第６の実施形態が図６（ａ），（ｂ）に示される。図６（ｂ）は、図６（ａ）のＡ−Ａ矢視図（側面図）である。図６に示される磁気メモリ素子６が図１に示される素子１と異なる点は、磁界制御部１０の構成が基本的に異なる点にある。すなわち、素子６は、図６（ｂ）に示されるように例えば、ＮｄＦｅＢからなる一対の硬磁性材料部材１６ａ，１６ｂの所定方向の磁化により、図６（ａ）に示されるように例えばパーマロイからなる軟磁性材料部材１５´に矢印（β）の磁化方向が形成される。同様にして、対向位置に形成された例えば、ＮｄＦｅＢからなる一対の硬磁性材料部材１６ｃ，１６ｄの所定方向の磁化により、例えばパーマロイからなる軟磁性材料部材１５に矢印（α）の磁化方向が形成され、これにより磁界制御部１０の磁気回路が図面の時計回りに形成されている。
【００３７】
このような略四角形状の閉じた形状は、例えば、Ｃｏ半硬磁性材料からなる磁気記録部材２１によって２分され、その２分された閉じた形状にはそれぞれ閉磁路を切断するためのスイッチ部が構成される。図６におけるスイッチ部は、例えばＧｄからなる低キュリー温度の軟磁性材料被加熱部材１１，１１とヒータ等の加熱手段１９，１９´とから構成される。なお、符号１７，１７´、１８は、例えばＮｉＦｅからなる軟磁性材料部材を示しており、図１および図６における同一符号は、実質的に同一の部材を示している。図６に示される第６の実施形態の場合、垂直磁化硬磁性材料を使うことができるというメリットがある。
【００３８】
［磁気メモリの動作原理］
本発明の磁気メモリ素子の動作原理を上記に説明したが、磁気メモリ素子を複数個集積させて形成した磁気メモリ全体の動作原理を図７〜図９に基づいて説明する。ここでは、磁気メモリとしての機能が理解し易いように、極めて単純な２×２のメモリの場合（図１に示される磁気メモリ素子１を４個配置した形態）について説明する。
【００３９】
磁気メモリの動作がわかりやすいように図７には配置されたメモリ素子Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２のみが記載され、また、図８には、記録の書き込み線のみが記載され、また、図８には記録の読み出し線のみが分けて示されている。
【００４０】
これらの図面から分かるように、複数のメモリ素子Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２が図７に示されるようにマトリクス状に配置され、これらの個々の素子に対して、図８に示されるように縦に２本、横に１本の書き込み線が配置される。すなわち、メモリ素子Ｍ１１に関しては、縦にW01A,W01Bの２本、横にW10の１本の書き込み線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ１２に関しては、縦にW02A,W02Bの２本、横にW10の１本の書き込み線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ２１に関しては、縦にW01A,W01Bの２本、横にW20の１本の書き込み線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ２２に関しては、縦にW02A,W02Bの２本、横にW20の１本の書き込み線がそれぞれ配置されている。
【００４１】
そして、これらの各書き込み線は図示のごとく各素子におけるヒータ１９，１９´にそれぞれ接続されており、例えば、ヒータ１９への通電により、磁気記憶部２０に「１」の記録が、また、ヒータ１９´への通電により、磁気記憶部２０に「０」の記録（消去）がなされるようになっている。
【００４２】
さらに、図９に示されるように一個の素子に対し縦横各１本の読み出し線が配置される。すなわち、メモリ素子Ｍ１１に関しては、縦にR01の１本、横にR10の１本の読み出し線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ１２に関しては、縦にR02の１本、横にR10の１本の読み出し線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ２１に関しては、縦にR01の１本、横にR20の１本の読み出し線がそれぞれ配置され、メモリ素子Ｍ２２に関しては、縦にR02の１本、横にR20の１本の読み出し線がそれぞれ配置されている。そして、これらの各素子に対応する読み出し線には磁界検出手段２７がそれぞれ接続され、これにより「１」または「０」の記録の判別が行われるようになっている。
【００４３】
より詳細かつ具体的な操作を今一度念のために説明すると、図７〜図９で示される構成で例えば図７のメモリ素子Ｍ１１に「１」の書き込みを行うにはW01AとW10の両端に電圧を印加してＭ１１の磁気記憶部の磁化方向を上向きにする。Ｍ１１のメモリ素子に「０」の書き込みを行うにはW01BとW10の両端に電圧を印加してＭ１１の磁気記憶部磁化方向を下向きにする。Ｍ１１の読み出しは読み出し線のR10、R01に検出電流を流し、両端電圧の差で、「１」、「０」を判別する。上記の態様においては、W10とR10は一本の線を共有しても良い。
【００４４】
このように本発明における磁気メモリは、書き込み・消去および読み出しの動作が単純であり、その前後の信号処理も極めて容易である。
【００４５】
【実施例】
以下に、本発明の具体的実施例を示し、本発明をさらに詳細に説明する。
【００４６】
［実施例１］
実施例１では、図１０に示されるような構成で作製されたメモリ素子を用いてその機能を確認した。なお、図１０は通常の図面とは異なり、本発明の具体的な材料構成を直接図面中に明記して、実施例の構成材料が理解し易いようにしてある。
【００４７】
すなわち、図１０に示されるように、磁界制御部１０には硬磁性材料部材としてＳｍＣｏ系の材料を２箇所、低キュリー点の軟磁性材料部材としてキュリー点２０℃のＧｄを２箇所に、高キュリー点の軟磁性材料部材としてパーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）４箇所に用いて閉じた四角形状を形成した（閉磁路の形成）。
【００４８】
それぞれの構成材料の厚みは２ｍｍ、幅１０ｍｍの板状で、磁界制御部１０の全体寸法を５０×６０ｍｍとした。低キュリー点の軟磁性材料部材Ｇｄの加熱にはＮｉＣｒ系のヒータ１９，１９´を用いた。
【００４９】
閉じた磁界制御部１０の内部に向かって延設される磁気記憶部２０の一方側は、厚み２ｍｍ、幅１０ｍｍの板状のパーマロイＮｉＦｅ（高キュリー点の軟磁性材料）の先端に厚み１ｍｍ大きさ３×３ｍｍの半硬磁性材料の炭素鋼の板を張り付け、磁気記憶部２０のもう一方はパーマロイＮｉＦｅのみとした。
【００５０】
磁気記憶部２０のギャップは３ｍｍとし、このギャップ位置に磁界検出のためにホール素子から成る磁界センサ（磁界検出手段）を配置した。
【００５１】
このようにして構成したメモリ素子を５℃の環境に置き、次に左側のヒータ１１に通電して軟磁性材料部材Ｇｄ部分を４０℃に昇温し、磁界センサにて磁気記憶部２０の磁界を測定した。その結果、上向きに８６４０Ａ／ｍの磁界が得られた。
【００５２】
次いで、左側のヒータを切り、温度が５℃に戻ってから、磁界センサにて磁気記憶部２０の磁界を測定し、４０Ａ／ｍの磁界が残留することを確認した。これはいわゆる「１」の記録状態に相当する。
【００５３】
次に、右側のヒータ１９´に通電して軟磁性材料部材Ｇｄを４０℃に昇温し、磁界センサにて磁気記憶部２０の磁界を測定した。その結果、磁気記憶部２０の下向きに８８８０Ａ／ｍの磁界が得られた。左側のヒータ１９´を切り、温度が５℃に戻ってから、磁気記憶部２０の磁界を測定し、下向きに４８Ａ／ｍの磁界が残留することを確認した。これは「０」の記録状態に相当する。こうして、ヒータによる加熱のみにより書き込みおよび消去が出来る不揮発メモリの機能を確認することができた。
【００５４】
［実施例２］
実施例２では、図１１（ａ），（ｂ）に示されるような構成で作製されたメモリ素子を用いてその機能を確認した。なお、図１１（ａ），（ｂ）もまた、通常の図面とは異なり、本発明の具体的な材料構成を直接図面中に明記して、実施例の構成材料が理解し易いようにしてある。
【００５５】
すなわち、実施例２は図１１（実質的に図６と同じ素子構成）に示されるように外径１０ｍｍ、高さ１０ｍｍのＮｄＦｅＢ系磁石１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄを４箇所に用いた例である。磁界制御部１０には低キュリー点の軟磁性材料部材としてキュリー点２０℃のＧｄを２箇所に、高キュリー点の軟磁性材料部材としてパーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）を５箇所に用いて閉じた略四角形状を形成した（閉磁路の形成）。それぞれの材料の厚みは２ｍｍ、幅１０ｍｍの板状で、磁界制御部１０の全体寸法を５０×６０mmとした。低キュリー点の軟磁性材料部材Ｇｄの加熱にはＮｉＣｒ系のヒータ１９、１９´を用いた。
【００５６】
磁気記憶部２０の構成は図面に従い、また、磁界検出手段２７の構成は上記実施例１と同様とした。このようにして作製した実施例２サンプルを用いて上記実施例１と同様にして記録状態を確認したところ、実施例１と同様な結果、すなわち、ヒータによる加熱のみにより書き込みおよび消去が出来る不揮発メモリの機能を確認することができた。ちなみに、「１」の記録状態に相当する残留磁界は４５Ａ／ｍで、「０」の記録状態に相当する残留磁界は−４６Ａ／ｍであった。なお、残留磁界のマイナスは磁界の向きが下向きであることを意味する。
【００５７】
［実施例３］
実施例３では、図１２に示されるような構成で作製されたメモリ素子を用いてその機能を確認した。なお、図１２もまた、通常の図面とは異なり、本発明の具体的な材料構成を直接図面中に明記して、実施例の構成材料が理解し易いようにしてある。
【００５８】
すなわち、図１２に示されるように磁界制御部１０には硬磁性材料部材としてＳｍＣｏ系の材料を２箇所、低キュリー点の軟磁性材料部材としてキュリー点２０℃のＧｄを２箇所に、高キュリー点の軟磁性材料部材としてパーマロイ（Ｎｉ80Ｆｅ20）を４箇所に用いて閉じた略四角形状を形成した（閉磁路の形成）。それぞれの材料の厚みは２ｍｍ、幅１０ｍｍの板状で、磁界制御部の側面の寸法を５０×６０ｍｍとした。
【００５９】
低キュリー点の軟磁性材料部材Ｇｄの加熱にはＮｉＣｒ系のヒータ１９，１９´を用いた。磁気記憶部２０を構成する片側の材質（ギャップに至るまでの部分）には半硬磁性材料として炭素鋼を用いた。磁気記憶部のギャップは２ｍｍとし、このギャップ位置に磁界検出のためのホール素子から成る磁界センサ（磁界検出手段）を配置した。このようにして作製した実施例３サンプルを用いて上記実施例１と同様にして記録状態を確認したところ、実施例１と同様な結果、すなわち、ヒータによる加熱のみにより書き込みおよび消去が出来る不揮発メモリの機能を確認することができた。ちなみに、「１」の記録状態に相当する残留磁界は５２Ａ／ｍで、「０」の記録状態に相当する残留磁界は−５６Ａ／ｍであった。
【００６０】
［実施例４］
上記実施例１〜実施例３では個々のメモリ素子の構造、作製方法、機能の方法の実施例を示してきたが、実施例４では、複数のメモリ素子をマトリクス状に配置した磁気メモリの実施例を示す。
【００６１】
基本動作確認のために図７に示されるようにマトリクス構成としてはもっとも簡単な縦２列、横２列合計４個のメモリ素子のそれぞれに対しに対して縦に２本横に１本の書き込み線（図８参照）と、縦横１本ずつの読み出し線（図９参照）を太さ０．３ｍｍの銅線により設けた。すなわち、上記実施例１のメモリ素子を４個用い、各書き込み線および読み出し線との接続配置状態は図８および図９に示すとおりとした。
【００６２】
次に、これらのマトリックス配置された素子の中で、Ｍ２１のメモリ素子を代表させてメモリの機能を確認した。すなわち、書き込み線W20、W01Aの各一端に電圧を印加し電流を通電した。読み出し線のR20、R01の両端の電圧測定から磁界を測定した結果、磁気記憶部の残留磁界は４０Ａ／ｍであった。次に書き込み線W20、W01Aの各一端に電圧を印加し電流を通電した。読み出し線のR20、R01の両端の電圧測定から磁界を測定した結果、磁気記憶部の残留磁界−４８Ａ／ｍであった。その結果、前者が「１」、後者が「０」で有ることが判別できた。
【００６３】
なお、上記の実施例では、効果を確認するために実験レベルで比較的容易に作製しやすい大きさのサンプルを作製して実験を行ったが、さらに高密度化を図る目的で、薄膜プロセス等を利用して素子寸法を極めて小さくすることにより、いわゆる磁気薄膜メモリ素子、あるいは磁気薄膜メモリを実現することができる。
【００６４】
【発明の効果】
上記の結果より本発明の効果は明らかである。すなわち、本発明の磁気メモリ素子およびそれを用いた磁気メモリは、上記のように構成されているので、効率良く情報の書き込み・読み出しが可能で機械的な動作を必要としない不揮発性の磁気固体メモリとなるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】磁気メモリ素子の好適な一例を示す概略平面図である。
【図２】磁気メモリ素子の好適な他の一例を示す概略平面図である。
【図３】磁気メモリ素子の好適な他の一例を示す概略斜視図である。
【図４】磁気メモリ素子の好適な他の一例を示す概略平面図である。
【図５】磁気メモリ素子の好適な他の一例を示す概略平面図である。
【図６】（ａ）は磁気メモリ素子の好適な他の一例を示す概略平面図であり、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ矢視図（側面図）である。
【図７】単純な２×２のメモリの場合の磁気メモリ全体の動作原理を説明するための図面であって、配置されたメモリ素子Ｍ１１，Ｍ１２，Ｍ２１，Ｍ２２のみが記載された図面である。
【図８】単純な２×２のメモリの場合の磁気メモリ全体の動作原理を説明するための図面であって、主として、記録の書き込み線のみが記載された図面である。
【図９】単純な２×２のメモリの場合の磁気メモリ全体の動作原理を説明するための図面であって、主として、記録の読み出し線のみが記載された図面である。
【図１０】実施例１を説明するための磁気メモリ素子の図面である。
【図１１】実施例２を説明するための磁気メモリ素子の図面である。
【図１２】実施例３を説明するための磁気メモリ素子の図面である。
【図１３】従来技術であるＭＲＡＭの動作原理を説明するための図面である。
【符号の説明】
１，２，３，４，５，６…磁気メモリ素子
１０…磁界制御部
１１，１９；１１´，１９´…スイッチ部
２０…磁気記憶部
２７…磁界検出手段
【図１】
0004080667.tif 000002
【図２】
0004080667.tif 000003
【図３】
0004080667.tif 000004
【図４】
0004080667.tif 000005
【図５】
0004080667.tif 000006
【図６】
0004080667.tif 000007
【図７】
0004080667.tif 000008
【図８】
0004080667.tif 000009
【図９】
0004080667.tif 000010
【図１０】
0004080667.tif 000011
【図１１】
0004080667.tif 000012
【図１２】
0004080667.tif 000013
【図１３】
0004080667.tif 000014