JPH06251579A - 磁気メモリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 大容量で、転送レートが高く、しかも消費電
力の少ない安価な磁気メモリを提供する。 【構成】 基体２上に、第１の導電線５を含む第１の導
電層４と、第１の導電線と直交する方向に形成された第
２の導電線９を含む第２の導電層８とを主電気的絶縁層
７を介在させて積層する。上記第１及び第２の導電線が
交叉する部分にはそれぞれ第１及び第２のコイル部６、
１０が形成され、ここに電気的絶縁状態になされた磁性
体１１を設けてメモリセルとする。これにより、上記磁
性体に対して電気的にアドレスが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、記録媒体に係り、特
に、集積度が高い記録媒体として従来のＩＣメモリや磁
気メモリを補完する書き換え可能な磁気メモリに関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、デジタル記録媒体を書換可能な
メモリのなかで分類するとＤＲＡＭ、フラッシュメモリ
等のＩＣメモリ、デジタルオーディオ用の磁気テープ、
コンピュータ用の周辺メモリとしてのフロッピーディス
ク（ＦＤ）、ハードディスク（ＨＤ）、或いは光磁気デ
ィスク等を挙げることができる。これらの記録媒体は、
一般的には記録容量が大きくなるほど転送レートが低く
なり、用途に応じて使い分けられている。例えば転送レ
ートの早いＩＣメモリはコンピュータの中央情報処理用
として使われ、記憶容量は大きいが転送レートの低い磁
気メモリはコンピュータ等の周辺メモリとして使われて
いる。

【０００３】すなわち磁気メモリは不揮発性で書き換え
が容易な大容量のメモリであり、コスト的にも安価であ
るために広く使われているが、転送レートの点でＩＣメ
モリに大きく劣っている。また、この磁気メモリは機械
的な高速駆動を利用してメモリ内の情報の読み取りがな
されるために、ＩＣメモリに比べて消費電力が大きいと
いう問題点がある。

【０００４】そして、最近はノート型のパーソナルコン
ピュータが普及し、ＩＣメモリの高密度化によって磁気
メモリであるＦＤやＨＤが次第にＩＣメモリに置き換え
られつつあるが、ＩＣメモリを製造するには高度で複雑
な工程を経る上に、シリコンウエハの大きさの制限があ
って高価にならざるを得ない。このような状況下におい
て、最近はフラッシュメモリのように、不揮発性で、大
容量且つ高い転送レートを有するメモリが開発されてお
り、メモリ間の競合関係が強まりつつあり、フロッピー
ディスクやハードディスク等の記録媒体がフラッシュメ
モリに置き換えられる可能性が出てきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たフラッシュメモリは、転送レート、記憶容量、消費電
力等を総合的に勘案すると従来の磁気メモリに対して未
だ十分な特性を持つに到らず、磁気メモリの長所であ
る、不揮発性で且つ書き換えが容易で、しかも転送レー
トも高くて従来の磁気メモリと比較して消費電力を下げ
ることができる記録媒体の開発が強く望まれている。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り、その目的は大容量で、
転送レートが高く、しかも消費電力の少ない安価な磁気
メモリを提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、基体の上に或いはその上に形成した電
気的絶縁層の上に局所的に磁界を発生する第１のコイル
部を有する第１の導電線を含む第１の導電層を形成し、
この第１の導電層上に主電気的絶縁層を介在させて、局
所的に磁界を発生する第２のコイル部を有すると共に前
記第１の導電線と直交する方向へ配列された第２の導電
線を含む第２の導電層を形成して前記第１のコイル部と
第２のコイル部とを積層方向において同じ場所に位置さ
せ、前記第１のコイル部と第２のコイル部内には前記第
１の導電線と第２の導電線から電気的に絶縁された磁性
体を形成したものである。

【０００７】

【作用】本発明の磁気メモリの記録再生を行うには、ま
ず、各磁性体の磁化方向を外部磁界により一様に同じ方
向へ揃えて初期化させておく。次に、情報の記録時に
は、第１及び第２の導電線に電流を同時に流し、この電
流を適宜組み合わせることによって磁性体の磁化方向を
制御して書き込みを行う。また、情報の再生時には、第
１及び第２の導電線の内、一方の導電線に電流を流して
これをセンサとして用い、他方の導電線にパルス電流を
流す。この時、磁性体に磁化反転が起こった時にセンサ
側導電線にパルス電流が発生することになる。

【０００８】

【実施例】以下に、本発明に係る磁気メモリの一実施例
を添付図面に基づいて詳述する。図１は本発明の磁気メ
モリの一実施例を模式的に示す断面図、図２は図１にお
ける導電線と磁性体の配列状態を示す平面図である。図
示するようにこの磁気メモリ１は、例えば非磁性体より
なる基体２を有し、この上に下地層として電気的絶縁層
３が形成される。この絶縁層３は必ずしも必要ではな
く、設けないようにしてもよい。この絶縁層３の上に、
絶縁層３を設けない場合には上記基体２の上に第１の導
電層４を積層する。この第１の導電層４は図２に示すよ
うに平行に配列された複数の第１の導電線５を有してお
り、各導電線にはコイル状或いは半円状になされた多数
の第１のコイル部６が等しいピッチＬ１で形成されてい
る。

【０００９】この第１の導電層４上には酸化物等よりな
る主電気的絶縁層７を介して第２の導電層８が積層され
ている。この第２の導電層８は、上記第１の導電線５と
直交する方向（図２においては上下方向）へ延びる複数
の第２の導電線９を有しており、各導電線９は等間隔で
平行に配列されると共にその途中にはコイル状になされ
た多数の第２のコイル部１０が上記第１のコイル部６の
ピッチＬ１と同じピッチＬ２で形成されている。

【００１０】この場合、各第１のコイル部６と第２のコ
イル部１０は、積層方向（図１においては上下方向、図
２においては紙面垂直方向）において同じ場所に位置さ
れており、対応する第１及び第２のコイル部６、１０内
にはこれらを連通するようにそれぞれの導電線５、９か
ら電気的に絶縁された円柱状の磁性体１１が形成されて
いる。この磁性体１１は、垂直方向に残留磁化を持つ垂
直磁化膜であり、垂直方向の保磁力は１０００Ｏｅ（エ
ルステッド）以下、好ましくは７００Ｏｅ以下が望まし
い。具体的には、ＣｏＣｒ（コバルトクロム）、ＣｏＯ
ｘ等のＣｏ系垂直磁化膜や、光磁気媒体に用いられてい
る希土類アモルファス合金等を用いる。更に、他の材料
として、加熱することによってある温度から強磁性相を
発現し、且つ温度が室温に戻っても強磁性状態が維持さ
れる性質を持つＦｅ（鉄）系のアモルファス合金を用い
てもよい。

【００１１】このように多数の磁性体１１を設けること
により各磁性体１１はメモリセルとして構成されること
になる。そして、第２の導電層８の上には保護層１２が
形成されている。尚、図示例においては導電線は説明の
簡単化のために３或いは４本しか示していないが実際に
は多数設けられる。また、メモリセルも多数形成される
のは勿論である。

【００１２】次に、本実施例の動作について説明する。
まず、上記した磁気メモリ１を初期化する場合には、こ
れに上下方向から外部磁界を加えることにより各磁性体
１１の磁化の方向は一様に同じ向きに揃えられ、初期化
される。ここで、第１及び第２の導電層４、８内の第１
及び第２の導電線５、９の方向をそれぞれＸ方向及びＹ
方向とし、それぞれの導電線に（Ｘ１、Ｘ２、…Ｘ
ｎ）、（Ｙ１、Ｙ２、…Ｙｎ）という番号を付与する。
従って、第１及び第２の導電線５、９の第１及び第２の
コイル部６、１０によって囲まれた各磁性体１１はメモ
リセルとして（Ｘｉ、Ｙｊ）で示す事ができ、対応する
第１及び第２の導電線５、９に電流を流して第１及び第
２のコイル部６、１０に発生する磁界によって磁性体１
１の磁化を反転させることができる。その際、第１及び
第２の導電線５、９について以下の条件を満たす様に電
流を流す。

【００１３】両者の導電線に流す電流は等しい。 一方の導電線に電流を流すことによってメモリセルに
磁界をかけても磁化反転は起こらない。 両方の導電線に電流を流した時に、上下すなわち第１
及び第２の導電線が交叉する位置のメモリセル（磁性
体）の磁化反転が生ずる。 すなわち、メモリセルの保磁力をＨｃとする時、導電線
によって生じる磁界ｈｃが以下の条件を満たすように電
流を流す。 Ｈｃ／２＜ｈｃ＜Ｈｃ

【００１４】（書き込み操作）以上の条件に基づいて書
き込み（記録）を行う場合には、Ｘｉ及びＹｊの両方の
導電線に電流を流すことによって（Ｘｉ、Ｙｊ）に対応
するメモリセル（磁性体）の磁化の状態を制御すること
ができ、情報の書き込みを行うことができる。具体的に
は、ＸｉとＹｊの電流の向きによって、磁化反転の制御
を行うことができる。例えば表１に示すような電流方向
の組み合わせによって制御が行われる。

【００１５】

【表１】

【００１６】表１に示すように、例えばＸｉ、Ｙｊにそ
れぞれ＋電流を流してメモリセルが上向きに磁化されて
いる場合には、Ｘｉ、Ｙｊ共に−電流を流した時に磁化
の向きが下向きに変わることになる。実際に記録する場
合には、個々の導電層において、パルス電流をメモリセ
ルの位置でクロスした導電線に等しく流す。流す電流値
はクロスした位置のコイルが発生する磁界でメモリセル
の磁化が反転するだけの電流値が必要である。この場
合、両方の導電層で等しくする必要はなく、一方の導電
層だけに電流を流してもよいが、消費電力を低くするた
めには両方の導電層に等しく電流を流すのがよい。

【００１７】（読み出し操作）情報の読み出し（再生）
時には第１及び第２の導電線の内、いずれか一方、例え
ばＸｉに直流バイアス電流を流しておいてこれをセンサ
として用い、他方の導電線、例えばＹｊにパルス電流を
流し、（Ｘｉ、Ｙｊ）に対応するメモリセルに磁化反転
が生ずるか否かを調べる。例えば表２に示すようにメモ
リセルの磁化方向に応じてセンサ側であるＸｉにパルス
電流が発生し、情報を再生することができる。

【００１８】

【表２】

【００１９】この読み出し操作によってメモリセルの磁
化状態は初期状態に戻るので、読み出し直後に書き込み
操作を行うようにする。このように、本実施例によれ
ば、ＩＣメモリ等のように高価な材料を用いることなく
大容量のメモリを作成することができ、しかも機械的で
なく、電気的にアドレスすることができるので高い転送
レートが可能となる。また、アドレスのために磁気ヘッ
ド等の機械的駆動を必要としないので消費電力も抑制す
ることができる。

【００２０】次に、上記した本発明に係る磁気メモリの
具体的製造工程を詳述する。まず、磁気メモリ１の基体
２としてセラミックよりなる非磁性体を用いた。この基
体１の上に、幅Ｌ３が１．０μｍの導体、例えばＡｕ
（金）線によって図２に示すように図中左右方向に沿っ
て延びる複数（図示例にあっては説明の簡単化のために
４本のみ示す）の第１の導電線５を平行に形成すること
により第１の導電層４を設ける。この形成方法はホトマ
スクによりレジスト法により行われ、この第１の導電線
５の厚みは０．２μｍであり、等ピッチＬ１で形成され
る第１のコイル部６の径Ｌ４は２．０μｍに設定され
た。尚、この場合には、下地層である電気的絶縁層３を
設けることなく基体２上に第１の導電線５を直接形成し
ている。

【００２１】次に、この上にコイル部の位置に円筒状の
磁性体１１をスパッタ法により形成した。この磁性体１
１の厚みは０．５μｍであり、また、この磁性体１１が
第１の導電線５の第１のコイル部６及び後述する第２の
導電線９の第２のコイル部１０に接触しないようにこの
磁性体１１の径Ｌ５は１．０μｍに設定されている。上
記磁性体１１の材料としてはＦｅアモルファス合金Ｆｅ
−Ｚｒ（Ｚｒを１０ａｔ％含む）を用いた。他の材料と
してはＣｏＣｒやＣｏＯｘ（酸化コバルト）系の垂直磁
性体を用いることもできるが、ＣｏＣｒ膜の場合は基板
を加熱する必要があり、ＣｏＣｘ系の膜の場合には保存
安定性において僅かに劣る。

【００２２】また、更に他の材料としては光磁気媒体用
の希土類アモルファス合金系を用いることも考えられる
が、この材料は一般的には作成条件が厳しく且つ材料コ
ストが高いという問題点がある。その点、上記したＦｅ
系アモルファス合金は作成が容易であり、材料コストも
安く、更に後述するように磁場中で熱処理することによ
って誘導磁気異方性を制御できるという利点を有してい
る。

【００２３】また、誘導磁気異方性を利用できる材料と
してＦｅ系の合金も使用することができ、更に、垂直磁
性体であるバリウムフェライト等の酸化物磁性体も材料
として用いることができる。この酸化物磁性体の場合
は、磁化反転に伴う誘導カレントによる発熱の問題が生
じないので有利ではあるが、磁気異方性が大きいために
磁化反転のための電流を大きくする必要が生じたり、磁
化が金属や合金に比較して小さいので検出感度が劣ると
いう欠点を有する。尚、磁気異方性に関しては作成条件
によりコントロールすることが可能である。

【００２４】このようにして磁性体１１を形成したなら
ば、次に酸化物、例えば酸化珪素よりなる主電気絶縁層
７を厚さ０．１μｍだけ形成し、その後、更に第２の導
電線９を第１の導電線５に対して直交する方向にレジス
ト法により積層させて第２の導電層８を形成した。この
第２の導電線９の厚さは０．２μｍであり、これに形成
される第２のコイル部１０のピッチＬ２は第１のコイル
部６のピッチＬ１と同じに設定される。この場合、第２
の導電線９が上記磁性体１１から離間してこれらの間の
絶縁状態が維持されるように第２のコイル部１０の径Ｌ
６を第１のコイル部の径Ｌ４と略同じに設定する。

【００２５】また、上記主電気絶縁層７は、電気的に絶
縁できる材料であるならば酸化珪素に限定されず、無機
物ばかりでなく合成樹脂等の有機物を用いてもよい。そ
して、最後に、第２の導電層８の上面全面に紫外線保護
膜をスピンコートし、これに紫外線を照射することによ
り硬化させて、保護層１２を形成し、全体を完成した。

【００２６】ここで前述と同様に第１及び第２の導電線
５、９をそれぞれＸ線、Ｙ線と呼び、Ｘ線及びＹ線のコ
イル部が交叉している位置にある各磁性体がメモリセル
となり、（Ｘｉ、Ｙｊ）で表すことにする。この実施例
においてはセルとセルの間隔は２．５μｍに設定されて
いるが、これは動作確認のための実施例であるためにセ
ル間隔は広くなっており、更に狭くすることは容易であ
る。基本的にはセル間隔は現在のホトレジスト法で行え
る集積技術に依存しており、例えば導電線の幅と磁性体
の径を０．１μｍとすると、セル間隔を０．５μｍ以下
にすることができ、記憶メモリとしての容量は４Ｍ（メ
ガ）ビット／ｍｍ² が可能である。

【００２７】（初期化）この記憶メモリを初期化するた
めに、まず、このメモリの膜面に対して垂直に約１００
０Ｏｅ（エルステッド）の磁界をかけながらメモリセル
の磁性体を２００℃まで加熱し、平衡状態から毎分２０
℃の速度で除冷した。これによって磁性体は強磁性状態
に変化して誘導磁気異方性が形成され、磁化が膜面に対
して垂直であって且つ外部磁界の向きに揃えられた。

【００２８】（動作確認）動作確認を行うために、ま
ず、Ｘ方向の導電線をセンサとして用いてＹ方向の導電
線に流す電流を上げる。この時、メモリセルの磁化反転
に伴ってＸ方向の導電線に生じるパルス電流を検出す
る。この場合、電流の方向を、コイル部に発生する磁界
が磁性体の磁化の向きと反対向きの時をプラスすると、
これによって以下の表３に示すような結果を得た。

【００２９】

【表３】

【００３０】これと同様のテストをＹ線の残りの導電線
についても実施し、更に、Ｙ線をセンサとしてＸ線に電
流をかけて同様のテストを実施した。このテストによっ
てパルス電流を生じた電流値の平均値として９６μＡを
得た。この結果から、Ｘ線、Ｙ線に流す動作電流Ｉの範
囲は以下のようになる。 ４８μＡ＜Ｉ＜９６μＡ

【００３１】ここで動作の安全性を勘案して動作電流Ｉ
の設定値を８０μＡとして以下の動作確認を行った。ま
ず、前述のように初期化された磁気メモリの任意のメモ
リセル（Ｘｉ、Ｙｊ）に情報を書き込むために、Ｘ線の
ｉ番目及びＹ線のｊ番目の各導電線に８０μＡのパルス
電流を流した。この場合のパルス幅は任意に設定した。

【００３２】次に、読み取りのために、Ｘ線をセンサと
し、Ｙ線に左記の書き込み時のパルス電流の２倍の１６
０μＡのパルス電流を順次流した。この時、Ｙ線のｊ番
目の導電線にパルス電流が流れた時にのみ、Ｘ線のｉ番
目にパルス電流が発生し、（Ｘｉ、Ｙｊ）のメモリセル
が磁化反転状態にあることが確認された。このｉ、ｊを
１〜４まで適宜に選択して個別に確認を行った。ここ
で、読み取りの際にメモリセルの磁化が反転することか
らメモリが消えて初期状態に戻るので（Ｘｉ、Ｙｊ）の
メモリセルに再び書き込みを実施した。すなわち、読み
取りは再書き込みとセットで行う必要がある。

【００３３】このような一連のテストによって、書き込
み、読み取り（初期化）、再書き込み、読み取りのよう
な繰り返し操作が可能であることを確認することができ
た。尚、上記実施例は一例に過ぎず、磁性体の材料であ
るＦｅアモルファスは、Ｆｅ−Ｚｒ系のものに限定され
ないのは勿論であり、また、磁性体の形状も円柱状に限
定されない。更に、各コイル部を形成する導電線の形状
も半円状に限定されず、円状やその他の形状でも磁性体
に効率のよい磁界を印加できる形状であればよい。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の磁気メモ
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。Ｆｅアモルファス磁性体等の安価な磁性体を用
いることによって簡単な工程で安価に大容量の磁気メモ
リを提供することができる。また、機械的ではなく電気
的にアドレスすることができるので、転送レートを高く
維持することができ、しかも消費電力を抑制することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気メモリの一実施例を模式的に示す
断面図である。

【図２】図１における導電線と磁性体の配列状態を示す
平面図である。

【符号の説明】

１…磁気メモリ、２…基体、３…電気的絶縁層、４…第
１の導電層、５…第１の導電線、６…第１のコイル部、
７…主電気的絶縁層、８…第２の導電層、９…第２の導
電線、１０…第２のコイル部、１１…磁性体、１２…保
護層、Ｌ１，Ｌ２…ピッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基体の上に或いはその上に形成した電気
   的絶縁層の上に局所的に磁界を発生する第１のコイル部
   を有する第１の導電線を含む第１の導電層を形成し、こ
   の第１の導電層上に主電気的絶縁層を介在させて、局所
   的に磁界を発生する第２のコイル部を有すると共に前記
   第１の導電線と直交する方向へ配列された第２の導電線
   を含む第２の導電層を形成して前記第１のコイル部と第
   ２のコイル部とを積層方向において同じ場所に位置さ
   せ、前記第１のコイル部と第２のコイル部内には前記第
   １の導電線と第２の導電線から電気的に絶縁された磁性
   体を形成したことを特徴とする磁気メモリ。