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JP4532302B2 - Memory element - Google Patents
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Description

本発明は、磁性体を用いた記憶素子に関する The present invention relates to a storage element using a magnetic substance

近年、磁性体を用いた不揮発性メモリの研究が盛んに行われている。例えば、磁性体層、トンネル絶縁膜、磁性体層という層構成の積層膜を有し、上記二つの磁性体層のうちの一方の磁性体層の磁化方向を変化させて、この磁化方向を記憶情報とし、積層膜を流れる電流値の変化を検知することによって、上記記憶情報を読み出すMRAM(Magnetoresistive random access memory)の研究が盛んに行われている。   In recent years, research on nonvolatile memories using magnetic materials has been actively conducted. For example, it has a laminated film composed of a magnetic layer, a tunnel insulating film, and a magnetic layer, and changes the magnetization direction of one of the two magnetic layers and stores this magnetization direction. MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) that reads out the stored information by detecting changes in the current value flowing through the laminated film as information has been actively studied.

しかしながら、従来のMRAMは、TMR(Tunnel Magneto Resistive)素子部における磁性体、トンネル絶縁膜、磁性体という積層構造を作製することが難しく、この積層膜の形成に高度な技術が必要となって、製造工程が複雑であるという問題がある。   However, it is difficult for the conventional MRAM to produce a laminated structure of a magnetic material, a tunnel insulating film, and a magnetic material in a TMR (Tunnel Magneto Resistive) element part, and advanced technology is required for forming this laminated film. There is a problem that the manufacturing process is complicated.

また、記憶情報を書き込む磁性体層に直接電流を流す機構であるため、トンネル絶縁膜及び磁性体層が劣化し易く、信頼性が低いという問題がある。
特開2000−91668号公報
In addition, since the current flows directly through the magnetic layer to which stored information is written, there is a problem that the tunnel insulating film and the magnetic layer are easily deteriorated and the reliability is low.
JP 2000-91668 A

そこで、本発明の課題は、製造が容易で信頼性が高く、かつ、トンネル絶縁膜を必要としない記憶素子を提供することにある。 An object of the present invention is easy and reliable to manufacture, and is to provide a storage element that does not require a tunnel insulating film.

上記課題を解決するため、本発明の記憶素子は、
導電性を有するリングと、
上記リングに囲まれた空間を貫くと共に、向きと大きさの内の少なくとも一方が変化する磁場を生成する磁性体と、
上記リングの表面の第1部分から延びる第1の配線と、
上記リングの表面の第2部分から延びる第2の配線と
を備え、
上記磁性体は、磁化の向きおよび大きさが変化しない第1の磁性体と、磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方が変化する第2の磁性体とを接合してなることを特徴としている。
In order to solve the above-described problem, the memory element of the present invention includes:
A conductive ring;
A magnetic body that penetrates the space surrounded by the ring and generates a magnetic field in which at least one of direction and size changes;
A first wiring extending from a first portion of the surface of the ring;
A second wiring extending from the second portion of the surface of the ring,
The magnetic body is formed by joining a first magnetic body whose magnetization direction and magnitude do not change and a second magnetic body whose magnetization direction and magnitude change at least one of them. Yes.

尚、この明細書で、第1部分、第2部分といった場合、この第1部分と第2部分は、異なる部分であるものとする。   In this specification, when referring to the first part and the second part, it is assumed that the first part and the second part are different parts.

本発明によれば、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分とを接続している経路(少なくとも2つの異なる経路が存在する)に電流を流したとき、上記リングに囲まれた空間を貫く上記変動する磁場を生成するベクトルポテンシャルの影響を受けて、アハラノフ・ボーム効果(以下、AB効果という)によって、異なる上記経路を通過した後に合流した電流の合流地点(第1部分または第2部分)における電子波の位相にずれが生じる。したがって、電流が流出する方の配線(第1の配線または第2の配線)を流れる電流値は、この位相差に依存して変化することになる。したがって、上記電流が流出する方の配線を流れる電流値を検出することによって、上記リングを貫く磁束を測定することができて、磁性体の発する磁束量を記憶情報として使用することができる。   According to the present invention, when a current is passed through a path (there are at least two different paths) connecting the first part and the second part in the ring, a space surrounded by the ring is Under the influence of the vector potential that generates the fluctuating magnetic field penetrating therethrough, a merge point (first part or second part) of currents merged after passing through the different paths due to the Aharanov-Bohm effect (hereinafter referred to as AB effect) ) Causes a shift in the phase of the electron wave. Therefore, the value of the current flowing through the wiring from which current flows (the first wiring or the second wiring) changes depending on this phase difference. Therefore, by detecting the value of the current flowing through the wiring from which the current flows, the magnetic flux penetrating the ring can be measured, and the amount of magnetic flux generated by the magnetic material can be used as stored information.

また、本発明によれば、電流が流される部分は上記リングであり、記憶情報を有する磁性体ではないので、記憶情報を受け持つ磁性体自身が、その情報を検出される際に、電気的破壊もしくは損傷を受ける確率を格段に低下させることができる。また、従来の記憶素子のように、信頼性が低い極薄トンネル絶縁膜を製作する必要がないので、記憶素子の信頼性を格段に向上させることができる。   In addition, according to the present invention, the portion through which the current flows is the ring, which is not a magnetic body having stored information. Therefore, when the magnetic body responsible for the stored information itself is detected, the electrical breakdown occurs. Alternatively, the probability of damage can be greatly reduced. Further, unlike the conventional memory element, it is not necessary to manufacture an ultrathin tunnel insulating film with low reliability, so that the reliability of the memory element can be significantly improved.

また、一実施形態の記憶素子は、上記リングが、一重の電流経路から構成されている。   Further, in the memory element according to one embodiment, the ring is constituted by a single current path.

上記実施形態によれば、上記第1部分と上記第2部分とを接続する経路が二つしか存在しないので、二つの経路の夫々を通過してきた電流の重ね合わせだけを考慮にいれればよくて、電流の重ね合わせの計算を容易に行うことができる。したがって、記憶情報を容易かつ正確に読み取ることができる。   According to the embodiment, since there are only two paths connecting the first part and the second part, it is sufficient to consider only the superposition of the currents passing through each of the two paths. The calculation of current superposition can be easily performed. Therefore, the stored information can be read easily and accurately.

また、一実施形態の記憶素子は、上記リングの少なくとも一部が、二重の電流経路から構成されている。   In one embodiment, at least a part of the ring is constituted by a double current path.

上記リングの少なくとも一部が、二重の電流経路から構成されている記憶素子においても、AB効果によって、記憶情報を読み取ることができる。   Even in a memory element in which at least a part of the ring is composed of a double current path, stored information can be read by the AB effect.

1つの磁性体の磁化方向のみの磁化方向を用いる場合、磁化の向きが逆向きで、かつ、大きさが同じである二つの磁化状態が発生するが、AB効果に基づいて導電性を有するリングを流れる電流を検出して記憶情報を読み取る場合、これら二つの記憶情報を区別できないという問題がある。詳細には、リングを貫通する磁束と電流Iとの理論曲線をプロットすると、原点に対し偶関数になっており(図4参照)、符合が逆で同じ絶対値を持つ磁束に対しては、電流値のみで該記憶部の記憶状態を読み取ることができないという問題がある。   When only the magnetization direction of one magnetic material is used, two magnetization states having opposite magnetization directions and the same magnitude are generated, but a ring having conductivity based on the AB effect. When the stored information is read by detecting the current flowing through the memory, there is a problem that the two stored information cannot be distinguished. Specifically, when the theoretical curve of the magnetic flux penetrating the ring and the current I is plotted, it is an even function with respect to the origin (see FIG. 4). There is a problem that the storage state of the storage unit cannot be read only by the current value.

本発明によれば、磁性体が磁化の向き及び大きさが変化しない第1の磁性体を備えているので、常にその磁性体の放出する一定の磁束が加算されることになり、例えば、この磁化の向き及び大きさの変わらない磁性体の放出する磁束を+χ、磁化の向き及び大きさを変えるための磁性体の放出する飽和磁束を+χと−χとすると、上記リングを囲む部分を通過する磁束を、大きさを明確に区別できる+2χおよび0にすることができる。したがって、上記記憶情報を区別できない場合を回避できるだけでなく、磁場による電流の変調を大きくできて、記憶情報を確実かつ容易に読み出すことができる。   According to the present invention, since the magnetic body includes the first magnetic body whose magnetization direction and magnitude do not change, a constant magnetic flux emitted from the magnetic body is always added. When the magnetic flux emitted by the magnetic material whose magnetization direction and size do not change is + χ, and the saturation magnetic flux emitted by the magnetic material for changing the magnetization direction and size is + χ and −χ, it passes through the part surrounding the ring. The magnetic flux to be made can be + 2χ and 0, which can be clearly distinguished in magnitude. Therefore, it is possible not only to avoid the case where the stored information cannot be distinguished, but also to increase the modulation of the current by the magnetic field and to read the stored information reliably and easily.

また、一実施形態の記憶素子は、上記磁性体の磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方を変えるための磁場を生成する導電線を備えている。   In addition, the memory element of one embodiment includes a conductive line that generates a magnetic field for changing at least one of the magnetization direction and the magnitude of the magnetic material.

上記実施形態によれば、上記導電線を備えるので、この導電線によって、上記磁性体の磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方を容易に変動させることができる。また、磁性体の向きおよび大きさの少なくとも一方を変えるための外部磁場源を設ける必要がないので、記憶素子の製造工数を大幅に削減できる。   According to the embodiment, since the conductive wire is provided, at least one of the magnetization direction and the magnitude of the magnetic body can be easily changed by the conductive wire. Further, since it is not necessary to provide an external magnetic field source for changing at least one of the direction and size of the magnetic material, the number of manufacturing steps of the memory element can be greatly reduced.

また、参考例の記憶装置は、
導電性を有するリングと、上記リングに囲まれた空間を貫くと共に、向きと大きさの内の少なくとも一方が変化する磁場を生成する磁性体と、上記リングの表面の第1部分から延びる第1の配線と、上記リングの表面の第2部分から延びる第2の配線とを備える記憶素子と、
上記記憶素子の上記磁性体が生成する磁場の方向と略直交する第1の方向に延在する第1の導電線と、
上記磁性体が生成する磁場の方向に略直交すると共に、上記第1の方向に略直交する第2の方向に延在する第2の導電線と
を備え、
上記第1の導電線が生成する磁場と上記第2の導電線が生成する磁場の合成磁場によって、上記記憶素子の記憶状態を変化させることを特徴としている。
The storage device of the reference example is
A ring having conductivity, a magnetic body that passes through a space surrounded by the ring, and generates a magnetic field that changes in at least one of direction and size, and a first portion that extends from a first portion of the surface of the ring. A storage element, and a second wiring extending from the second portion of the surface of the ring,
A first conductive line extending in a first direction substantially orthogonal to the direction of the magnetic field generated by the magnetic body of the memory element;
A second conductive line extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction and substantially perpendicular to the direction of the magnetic field generated by the magnetic body,
The storage state of the storage element is changed by a combined magnetic field of the magnetic field generated by the first conductive line and the magnetic field generated by the second conductive line.

参考例によれば、上記第1の導電線および上記第2の導電線に適切な電流を流すことにより、上記記憶素子に正確かつ厳密に情報を書き込むことができる。 According to the reference example, information can be accurately and precisely written in the storage element by flowing an appropriate current through the first conductive line and the second conductive line.

また、参考例の記憶装置は、
導電性を有するリングと、上記リングの表面の第1部分から延びる第1の配線と、上記リングの表面の第2部分から延びる第2の配線とを有する電流干渉部材と、
上記電流干渉部材を、磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方が記憶情報として記憶されている記憶媒体に対して、記憶情報が記憶されている方向に相対移動させる駆動部と、
上記第1の配線または上記第2の配線に流れる電流を検出する電流検出部と
を備え、
上記電流干渉部材と上記記憶媒体とが記憶情報が記憶されている方向に相対移動しているときに、上記電流検出部が検出する電流に基づいて上記記憶媒体に記憶されている情報を読み出すことを特徴としている。
The storage device of the reference example is
A current interference member having a conductive ring, a first wiring extending from a first portion of the surface of the ring, and a second wiring extending from a second portion of the surface of the ring;
A drive unit that moves the current interference member relative to a storage medium in which at least one of the direction and the magnitude of magnetization is stored as storage information;
A current detection unit that detects a current flowing through the first wiring or the second wiring;
Reading the information stored in the storage medium based on the current detected by the current detection unit when the current interference member and the storage medium are relatively moving in the direction in which the stored information is stored. It is characterized by.

参考例によれば、上記電流干渉部材を、磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方が記憶情報として記憶されている記憶媒体に対して、記憶情報が記憶されている方向に相対移動させる駆動部を有するので、上記記憶媒体上の任意の部分の記憶状態を読み出すことができる。 According to the reference example, the current interference member is driven to move in the direction in which the stored information is stored with respect to the storage medium in which at least one of the magnetization direction and the magnitude is stored as the stored information. The storage state of an arbitrary part on the storage medium can be read out.

また、参考例の発光素子は、
導電性を有するリングと、
上記リングに囲まれた空間を貫くと共に、向きと大きさの内の少なくとも一方が変化する磁場を形成する磁性体と、
上記リングの表面の第1部分から延びる配線と、
上記リングの表面の第2部分から延びるn型領域およびp型領域の内の一方の第1導電型領域と、
上記第1導電型領域における上記リング側と反対側の端部に接合されているn型領域およびp型領域の内の他方の第2導電型領域と
を備え、
上記磁性体によって、上記リングに囲まれた空間を貫く磁場の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方を変えることによって、上記第1導電型領域と上記第2導電型領域によって構成されるpn接合部に流れる電流を調整して、上記pn接合部から所定の量の光子を放出させることを特徴としている。
In addition , the light emitting device of the reference example is
A conductive ring;
A magnetic body that penetrates the space surrounded by the ring and forms a magnetic field in which at least one of direction and size changes;
Wiring extending from a first portion of the surface of the ring;
One of the n-type region and the p-type region extending from the second portion of the surface of the ring;
The n-type region and the p-type region of the other of the n-type region and the p-type region joined to the end of the first conductivity type region opposite to the ring side,
A pn junction formed by the first conductivity type region and the second conductivity type region by changing at least one of a direction and a magnitude of a magnetic field penetrating the space surrounded by the ring by the magnetic body. A predetermined amount of photons are emitted from the pn junction by adjusting the current flowing through the pn junction.

参考例によれば、上記リングに囲まれた空間を貫く磁束を変調させて上記pn接合部を流れる電流を調整することによって、上記pn接合部から放出させる光子の量を調整するようにしているので、上記pn接合部から放出させる光子の量を厳密に調整できる。したがって、低電圧デバイスであっても発光強度を所定の強度に精密に調整することができる。 According to the reference example, the amount of photons emitted from the pn junction is adjusted by modulating the magnetic flux passing through the space surrounded by the ring and adjusting the current flowing through the pn junction. Therefore, the amount of photons emitted from the pn junction can be adjusted strictly. Therefore, even with a low-voltage device, the emission intensity can be precisely adjusted to a predetermined intensity.

また、一実施形態の記憶素子は、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下である。   In the memory element of one embodiment, the lengths of the paths connecting the first portion and the second portion in the ring are all 0.3 μm or more and 1.5 μm or less.

上記実施形態によれば、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下で、全ての上記経路の長さが、位相干渉長程度であるので、上記リングを貫通している磁束を変動させたときに流出側の上記配線を流れる電流の変動を大きくできて、情報の読み取りを容易にできる。   According to the embodiment, the lengths of the paths connecting the first part and the second part in the ring are all 0.3 μm or more and 1.5 μm or less, and the lengths of all the paths are the phase interference length. Therefore, when the magnetic flux penetrating the ring is varied, the fluctuation of the current flowing through the wiring on the outflow side can be increased, and information can be easily read.

また、参考例の記憶装置は、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下であるものも含む The storage device of the reference example, the length of the path connecting the first portion and the second portion in the ring, including those all is 0.3μm or more 1.5μm or less.

その記憶装置によれば、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下で、全ての上記経路の長さが、位相干渉長程度であるので、上記リングを貫通している磁束を変動させたときに流出側の配線を流れる電流の変動を大きくできて、情報の読み取りを容易にできる。 According to the storage device, the lengths of the paths connecting the first part and the second part in the ring are all 0.3 μm or more and 1.5 μm or less, and the lengths of all the paths are the phase interference length. Therefore, when the magnetic flux penetrating the ring is varied, the variation of the current flowing through the wiring on the outflow side can be increased, and information can be easily read.

また、参考例の発光素子は、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下であるものも含む。 In addition , the light emitting element of the reference example includes one in which the length of the path connecting the first portion and the second portion in the ring is 0.3 μm or more and 1.5 μm or less .

その発光素子によれば、上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下で、全ての上記経路の長さが、位相干渉長程度であるので、上記リングを貫通している磁束を変動させたときに上記pn接合部分を流れる電流の変動を大きくできて、pn接合部分から放出させる光子の量を精密に調整できる。 According to the light emitting device, the lengths of the paths connecting the first part and the second part in the ring are all 0.3 μm or more and 1.5 μm or less, and the lengths of all the paths are the phase interference length. Therefore, when the magnetic flux penetrating the ring is changed, the fluctuation of the current flowing through the pn junction portion can be increased, and the amount of photons emitted from the pn junction portion can be precisely adjusted.

本発明の記憶素子によれば、導電性を有するリングにおける第1部分と第2部分との間に電流を流したとき、リングに囲まれた空間を貫く磁場を生成するベクトルポテンシャルの影響を受けて、異なる上記経路を通過した後に合流した電流の合流地点(第1部分または第2部分)における電子波の位相にずれが生じる。したがって、電流が流出する方の配線(第1の配線または第2の配線)を流れる電流値が、この位相差に依存して変化することになる。したがって、上記電流が流出する方の配線を流れる電流値を検出することによって、上記リングを貫く磁束を測定することができて、磁性体の発する磁束量を記憶情報として使用することができる。   According to the memory element of the present invention, when a current is passed between the first portion and the second portion of the conductive ring, the memory element is affected by the vector potential that generates a magnetic field that penetrates the space surrounded by the ring. Thus, there is a shift in the phase of the electron wave at the merge point (first portion or second portion) of the current that has merged after passing through the different paths. Therefore, the value of the current flowing through the wiring from which current flows (the first wiring or the second wiring) changes depending on this phase difference. Therefore, by detecting the value of the current flowing through the wiring from which the current flows, the magnetic flux penetrating the ring can be measured, and the amount of magnetic flux generated by the magnetic material can be used as stored information.

また、本発明によれば、電流が流される部分は上記リングであり、記憶情報を有する磁性体ではないので、記憶情報を受け持つ磁性体自身が、その情報を検出される際に、電気的破壊もしくは損傷を受ける確率を格段に減少させることができる。また、従来の記憶素子のように、信頼性が低い極薄トンネル絶縁膜を製作する必要がないので、記憶素子の信頼性を格段に向上させることができる。   In addition, according to the present invention, the portion through which the current flows is the ring, which is not a magnetic body having stored information. Therefore, when the magnetic body responsible for the stored information itself is detected, the electrical breakdown occurs. Alternatively, the probability of damage can be significantly reduced. Further, unlike the conventional memory element, it is not necessary to manufacture an ultrathin tunnel insulating film with low reliability, so that the reliability of the memory element can be significantly improved.

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

本発明は、外部電流によって変化させられた磁性体の磁化方向を情報と見なす記憶素子を構成する。本発明の記憶素子は、情報の書き換えは上記外部電流によって行うが、情報の読み取りは磁性体の周りに巻きつけたリング状の導電体を流れる電子の干渉を用いるようになっている。   The present invention constitutes a memory element that regards the magnetization direction of a magnetic material changed by an external current as information. In the memory element of the present invention, information is rewritten by the external current, but reading of information uses interference of electrons flowing through a ring-shaped conductor wound around a magnetic body.

電子の干渉性は、電子の波動としての性質が、強く現れるときに顕著になる。この電子の干渉は、AB効果に基づくものであり、磁束を連続的に変化させたときの電子の存在確率の周期は、磁束量子Φ=h/e(=4.14×10−15[Wb])である(ここで、hはプランク定数、eは素電荷。)。 Electron coherence becomes prominent when the properties of electron waves appear strongly. This electron interference is based on the AB effect, and the period of the existence probability of electrons when the magnetic flux is continuously changed is flux quantum Φ 0 = h / e (= 4.14 × 10 −15 [ Wb]) (where h is the Planck constant and e is the elementary charge).

本発明の記憶素子の記憶部は、2種類の磁性体を接合して形成すると好ましい。このとき、一方の磁性体の磁化方向をメモリアレイ上に張り巡らせたワード線およびビット線を用いて変える一方、他方の磁性体については磁化方向を変化させないようにする。   The memory portion of the memory element of the present invention is preferably formed by bonding two types of magnetic materials. At this time, the magnetization direction of one magnetic body is changed by using word lines and bit lines stretched over the memory array, while the magnetization direction of the other magnetic body is not changed.

リング状の導電体の中を通過する磁束の量は、2種類の磁性体が発生する磁場の合成により決まり、リングを流れる電流量は、リングの中を通過する磁束の量に依存して変化するので、その電流量を検知することにより記憶情報を読み取ることができる。   The amount of magnetic flux passing through the ring-shaped conductor is determined by the synthesis of the magnetic fields generated by the two types of magnetic materials, and the amount of current flowing through the ring varies depending on the amount of magnetic flux passing through the ring. Therefore, the stored information can be read by detecting the amount of current.

電子波の干渉を顕著な形で見るために、リングは、同じ形状、同じ組成にした方が望ましい。また、不純物の位置などを全く対称な位置に設定することは、極めて困難であるので、リングは、なるべく純度の高い物質で構成することが好ましい。   In order to see the interference of electron waves in a prominent way, it is desirable that the rings have the same shape and the same composition. In addition, since it is extremely difficult to set the positions of impurities and the like at completely symmetric positions, it is preferable that the ring is made of a substance having as high a purity as possible.

以下に、この発明の具体的な構造について記す。   The specific structure of the present invention will be described below.

図1は、本発明の一実施形態の記憶素子を示す図であり、図2は、図1に示す記憶素子を有する参考例の記憶装置を示す図である。 Figure 1 is a diagram showing a storage element of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing the storage device of the reference example that having a memory element illustrated in FIG.

この実施形態の記憶素子および参考例の記憶装置は、外部電流が生成する磁場によって磁性体の磁化方向を変化させて、記憶状態を変化させるようにしている。 This embodiment of the storage peripherals of the memory element and the reference example, by changing the magnetization direction of the magnetic material by the magnetic field generated by the external current, so that to change the memory state.

以下に、図1および図2を用いてこの実施形態の記憶素子および参考例の記憶装置の具体的な構造について説明することにする。 Hereinafter, a specific structure of the storage peripherals of the memory element and a reference example of this embodiment will be described with reference to FIGS.

図1(A)に示すように、この記憶素子は、導電性を有するリング13と、磁性体10と、第1の配線14と、第2の配線15とを備える。   As shown in FIG. 1A, the memory element includes a ring 13 having conductivity, a magnetic body 10, a first wiring 14, and a second wiring 15.

上記リング13は、一重の電流経路から構成されている。詳細には、上記リング13は、内周円筒面と、この内周円筒面の中心軸と略同じ中心軸を有する外周円筒面とを有する筒部材である。上記リング13は、例えば、金属や、不純物をドープしたSiやGaAs等の半導体で構成されている。   The ring 13 is composed of a single current path. Specifically, the ring 13 is a cylindrical member having an inner peripheral cylindrical surface and an outer peripheral cylindrical surface having a central axis substantially the same as the central axis of the inner peripheral cylindrical surface. The ring 13 is made of, for example, a metal or a semiconductor such as Si or GaAs doped with impurities.

上記第1の配線14は、上記外周円筒面の第1部分から径方向の外方に延在しており、第2の配線15は、上記外周円筒面の上記中心軸に関する第1部分の反対側の第2部分から径方向の外方に延在している。   The first wiring 14 extends radially outward from the first portion of the outer peripheral cylindrical surface, and the second wiring 15 is opposite to the first portion with respect to the central axis of the outer peripheral cylindrical surface. Extending radially outward from the second portion on the side.

上記磁性体10は、リング13に挿通されている。上記磁性体10は、磁化の向きおよび大きさが変化する第1の磁性体11と、磁化の向きおよび大きさが変化しない第2の磁性体12とを接合して形成されている。詳細には、上記磁性体10は、所定の外部磁場により磁化の向きを変えることができる略直方体形状の第1の磁性体11の長方形状の端面と、所定の外部磁場では、磁化の向きが変わらない保持力の強い略直方体形状の第2の磁性体12の長方形状の端面とを接合して形成されている。   The magnetic body 10 is inserted through the ring 13. The magnetic body 10 is formed by joining a first magnetic body 11 whose magnetization direction and magnitude change and a second magnetic body 12 whose magnetization direction and magnitude does not change. Specifically, the magnetic body 10 has a rectangular end face of the first magnetic body 11 having a substantially rectangular parallelepiped shape whose magnetization direction can be changed by a predetermined external magnetic field, and a magnetization direction at a predetermined external magnetic field. It is formed by joining the rectangular end face of the substantially rectangular parallelepiped second magnetic body 12 having a strong holding force that does not change.

尚、上記第1の配線14および第2の配線15は、リング13と同じ材質から形成されていても良く、リング13と異なる金属や半導体から形成されていても良い。また、上記リング13の半径方向、および、それに直交する方向(厚さ方向)の厚さを、薄く設定すると、リングを貫く磁束の変動による電流の変動を大きくすることができて、情報を確実かつ正確に読み取りできる。   The first wiring 14 and the second wiring 15 may be made of the same material as the ring 13 or may be made of a metal or a semiconductor different from that of the ring 13. If the thickness of the ring 13 in the radial direction and the direction perpendicular to it (thickness direction) is set thin, the current fluctuation due to the fluctuation of the magnetic flux passing through the ring can be increased, and the information can be reliably obtained. And can be read accurately.

図1(B)は、図1(A)に示す記憶素子の磁性体11、磁性体12および配線14を通過する断面図である。   FIG. 1B is a cross-sectional view that passes through the magnetic body 11, the magnetic body 12, and the wiring 14 of the memory element illustrated in FIG.

図1(B)について、16は、磁性体11と磁性体12の接合部を示している。図1(B)に示すように、磁性体11と磁性体12の接合部16は、リング13によって覆われている。   In FIG. 1B, reference numeral 16 denotes a joint portion between the magnetic body 11 and the magnetic body 12. As shown in FIG. 1B, the joint 16 between the magnetic body 11 and the magnetic body 12 is covered with a ring 13.

図2(A)は、参考例の記憶装置の正面図であり、図2(B)は、この参考例の記憶装置の斜視図である。 2 (A) is a front view of a storage device of the reference example, FIG. 2 (B) is a perspective view of a storage device of this reference example.

この記憶装置は、上記実施形態の記憶素子1と、第1の導電線としてのワード線21と、第2の導電線としてのビット線22とを備える。   The storage device includes the storage element 1 of the above embodiment, a word line 21 as a first conductive line, and a bit line 22 as a second conductive line.

図2(A),(B)に示すように、上記ワード線21は、磁性体10が延在している方向、および、第1の配線14(第2の配線15)が延在している方向の両方に略垂直な方向に延在している。また、上記ワード線21は、外場によって磁化が変動する第1の磁性体11と、紙面における左方に配置されている第2の配線15で囲まれている空間を通過している。上記ワード線21には、図2(A)において、紙面の上方から下方に電流Iが流れるようになっている。 As shown in FIGS. 2A and 2B, the word line 21 has a direction in which the magnetic body 10 extends and a first wiring 14 (second wiring 15). It extends in a direction substantially perpendicular to both of the directions. The word line 21 passes through a space surrounded by the first magnetic body 11 whose magnetization is changed by an external field and the second wiring 15 disposed on the left side of the drawing. To the word line 21, in FIG. 2 (A), the consist the plane of the upper to the current I 1 flows downward.

一方、上記ビット線22は、図2(B)に示すように、第1の磁性体11の一方の端面に対向する位置を通過するように配置されている。上記ビット線22は、磁性体10が延在している方向およびワード線21が延在している方向に略垂直で、かつ、第1の配線14(第2の配線15)が延在している方向と平行な方向に延在している。また、上記ビット線22には、図2(A)において、紙面の左方から右方に電流Iが流れるようになっている。 On the other hand, the bit line 22 is disposed so as to pass through a position facing one end face of the first magnetic body 11 as shown in FIG. The bit line 22 is substantially perpendicular to the direction in which the magnetic body 10 extends and the direction in which the word line 21 extends, and the first wiring 14 (second wiring 15) extends. It extends in a direction parallel to the direction in which it is located. Also, to the bit line 22, in FIG. 2 (A), the adapted current I 2 flows to the right from the plane of the left.

上記ワード線21は、右ネジの法則により、図2(A)に矢印Aで示す方向、すなわち、同心円状に磁束密度ベクトルBを生成するようになっており、第1の磁性体11の磁化を変動させる役割を演じている。また、ビット線22が、右ネジの法則により生成する磁場は、第1の磁性体11が磁化反転を起こすのを助ける役割を果たしている。上記のように、ワード線21およびビット線22を用いて、十字型に電流を流すようにすると、ワード線21およびビット線22の交点において合成磁場を最も強くすることができて、第1の磁性体11の磁化を容易に変動させることができる。   The word line 21 generates the magnetic flux density vector B in the direction indicated by the arrow A in FIG. 2A, that is, concentric circles according to the right-handed screw law. It plays the role of fluctuating. The magnetic field generated by the bit line 22 according to the right-handed screw law plays a role in helping the first magnetic body 11 to cause magnetization reversal. As described above, by using the word line 21 and the bit line 22 to pass a current in a cross shape, the combined magnetic field can be made strongest at the intersection of the word line 21 and the bit line 22, and the first The magnetization of the magnetic body 11 can be easily changed.

尚、複数の記憶素子、ワード線およびビット線を、規則正しく配列している場合には、情報を書き込みたい記憶素子(メモリセル)に最近接のワード線およびビット線に電流を流すことによって、その記憶素子に情報を書き込むことができることは、勿論である。   When a plurality of storage elements, word lines and bit lines are regularly arranged, the current is passed through the nearest word line and bit line to the storage element (memory cell) to which information is to be written. Of course, information can be written to the memory element.

以下に、図2(B)を用いて記憶素子(メモリ)の記憶状態の変化のさせ方と、その読み取り方法についての詳細な説明を行うことにする。   Hereinafter, a method for changing the storage state of the memory element (memory) and a reading method thereof will be described in detail with reference to FIG.

記憶状態を変化させたい場合、ワード線21およびビット線22に所定の電流I,Iを流して、第1の磁性体11の磁化方向を変動させて、リング13を貫通する、磁性体11と磁性体12の発する全磁束Φ(Φは、磁束密度Bとその貫通する面積Sの積である。)を変化させる。 When it is desired to change the storage state, a predetermined current I 1 , I 2 is passed through the word line 21 and the bit line 22 to change the magnetization direction of the first magnetic body 11 and penetrate the ring 13. 11 and the total magnetic flux Φ generated by the magnetic body 12 (Φ is the product of the magnetic flux density B and the area S passing therethrough).

例えば、磁性体12の固定した磁束密度が、+χ(+は、磁束密度の向きを表し、図2(B)におけるz軸方向)であるとき、第1の磁性体11の放出する磁束密度を、外部電流によって−χから+χに変化させることによって、リングを貫通する全磁束密度を、0から+2χまで変動させる。そして、0および+2χの2つの状態を、記憶素子の記憶状態と見なす。   For example, when the magnetic flux density fixed by the magnetic body 12 is + χ (+ represents the direction of the magnetic flux density and is the z-axis direction in FIG. 2B), the magnetic flux density emitted by the first magnetic body 11 is By changing from -χ to + χ by an external current, the total magnetic flux density penetrating the ring is varied from 0 to + 2χ. The two states of 0 and + 2χ are regarded as the storage state of the storage element.

次に、記憶情報を読み取りたい場合には、第2の配線15から、リング13を介して第1の配線14に電流を流すようにする。すなわち、図2(B)において、リングのA点からB点まで電子を流すようにする。このようにして、A点を通過して、リング13のどちらか一方の経路を通過した後、B点に到達した電子の電子波と、A点を通過して、リング13のどちらか他方の経路を通過した後、B点に到達した電子の電子波とを干渉させるようにする。そして、この干渉によって変動する第1の配線14に流れる電流を検出することによって、記憶情報を読み取るようにする。   Next, when reading stored information, a current is caused to flow from the second wiring 15 to the first wiring 14 via the ring 13. That is, in FIG. 2B, electrons are allowed to flow from point A to point B of the ring. Thus, after passing through the point A and passing through one of the paths of the ring 13, the electron wave of the electron that has reached the point B and passing through the point A and passing through the other side of the ring 13 After passing through the path, the electron wave of the electron reaching the point B is made to interfere. Then, the stored information is read by detecting the current flowing through the first wiring 14 that fluctuates due to this interference.

以下に数式を用いて、このことの厳密な説明を行う。   In the following, this will be explained strictly using mathematical formulas.

AB効果によれば、上記二つの電子波の干渉強度は、第1の磁性体11および第2の磁性体12が生成している磁束密度ベクトルBのベクトルホテンシャルベクトルAに依存する。干渉密度は、磁束量子Φ=h/e(=4.14×10−15[Wb])、リングを貫通する全磁束Φを用いて、cos[π×(Φ/Φ)]になる。 According to the AB effect, the interference intensity of the two electron waves depends on the vector potential vector A of the magnetic flux density vector B generated by the first magnetic body 11 and the second magnetic body 12. The interference density is: cos 2 [π × (Φ / Φ 0 )] using the flux quantum Φ 0 = h / e (= 4.14 × 10 −15 [Wb]) and the total magnetic flux Φ penetrating the ring. Become.

ここで、リングを貫通する全磁束とは、図2(B)に示すように、リングの半径方向と直交する方向をz軸(リングの厚さをwとする)、リングの半径方向の内の互いに直交する2つの軸をx軸、および、y軸とするとき、

Figure 0004532302
となる。
ここで、
rはr=(x+y1/2であり、
Figure 0004532302
重積分は、x‐y平面内で行うものとする。 Here, as shown in FIG. 2 (B), the total magnetic flux penetrating the ring is the z-axis (where the ring thickness is w) in the direction orthogonal to the radial direction of the ring, and the radial direction of the ring. When two axes orthogonal to each other are an x-axis and a y-axis,
Figure 0004532302
It becomes.
here,
r is r = (x 2 + y 2 ) 1/2
Figure 0004532302
The multiple integration is performed in the xy plane.

次に、電子波の干渉強度に係るリングの厚み方向(z方向)について説明する。ここで、リングの厚み方向の長さをwとする。電子波の再会する点においては、リング中の全てのz平面上からくる干渉の効果が寄与するので、実際に観測する干渉強度は、z=w/2を中心にした場合、

Figure 0004532302
となる。したがって、第1の磁性体11と第2の磁性体12の磁化方向が逆向きである場合、Φ(z)が、略0になり、被積分関数が、略1の値を取ることから、干渉強度は、wとなる。 Next, the thickness direction (z direction) of the ring relating to the interference intensity of the electron wave will be described. Here, the length in the thickness direction of the ring is w. At the point where the electron waves reunite, the interference effect from all z planes in the ring contributes, so that the actually observed interference intensity is centered on z = w / 2.
Figure 0004532302
It becomes. Therefore, when the magnetization directions of the first magnetic body 11 and the second magnetic body 12 are opposite, Φ (z) becomes substantially 0, and the integrand takes a value of approximately 1. The interference intensity is w.

これに対し、第1の磁性体11と第2の磁性体12の磁化方向を同方向に揃え、かつ、Φ(z)=(n+1/2)Φ(nは整数)に設定した場合には、被積分関数が、略0になることから、干渉強度が、略0になる。このことから、記憶状態のオン−オフ比を、非常に大きく取ることができる。 On the other hand, when the magnetization directions of the first magnetic body 11 and the second magnetic body 12 are aligned in the same direction and Φ (z) = (n + ½) Φ 0 (n is an integer) is set. Since the integrand is substantially zero, the interference intensity is substantially zero. From this, the on / off ratio of the memory state can be made very large.

図3は、記憶状態のオン−オフ比を、依然として大きく取ることができることを示す概念図である。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing that the on-off ratio of the memory state can still be increased.

図3(A)にC、DおよびEで示す3つのグラフの夫々は、図3(B)にC、DおよびEで示すz軸上の異なる点における、干渉の確率振幅を表しており、その相対位相角が、磁束密度の違いにより少しずつ異なることを示している。   Each of the three graphs indicated by C, D and E in FIG. 3A represents the probability amplitude of interference at different points on the z-axis indicated by C, D and E in FIG. It shows that the relative phase angle is slightly different due to the difference in magnetic flux density.

尚、図3(A)のグラフの横軸は、z=w/2平面上でのリングを貫通する磁束Φを磁束量子Φで割った値を表している。図3(A)において、Φ/Φ=0付近が、上で述べた2つの磁性体の磁化方向が逆向きの場合を表し、Φ/Φ=1/2(0.5)付近が、2つの磁性体の磁化方向が同方向を向いている場合を表している。 Note that the horizontal axis of the graph of FIG. 3A represents a value obtained by dividing the magnetic flux Φ penetrating the ring on the z = w / 2 plane by the magnetic flux quantum Φ 0 . In FIG. 3A, the vicinity of Φ / Φ 0 = 0 represents the case where the magnetization directions of the two magnetic materials described above are opposite, and the vicinity of Φ / Φ 0 = 1/2 (0.5). The case where the magnetization direction of two magnetic bodies is facing the same direction is represented.

図3(C)は、図3(A)のC、DおよびEを足し合わせたものを示すグラフである。尚、図3(C)においては、確率振幅は、1に規格化してある。図3(C)に示すように、例えば、Φ/Φ=1/2における点と、Φ/Φ=0における点では、その比が非常に大きくなっている。 FIG. 3C is a graph showing the sum of C, D, and E in FIG. In FIG. 3C, the probability amplitude is normalized to 1. As shown in FIG. 3 (C), for example, a point in Φ / Φ 0 = 1/2 , at the point in Φ / Φ 0 = 0, the ratio is very large.

ここで、図3(B)に示すリング状の導電体の厚さwを大きくすると、π/2以上、相対位相角の異なるモードが混在して、それら多数のモードの重ね合わせが起こって、顕著なピークを見ることができなくなる。このことから、wは、なるべく小さく取ることが望ましい。具体的には、リング状領域を貫通する磁束の大きさにも依存するが、目安として、例えば、1μm以下に設定すると有効に作用することになる。   Here, when the thickness w of the ring-shaped conductor shown in FIG. 3B is increased, modes with different relative phase angles of π / 2 or more are mixed, and a superposition of these many modes occurs. You will not be able to see any significant peaks. Therefore, it is desirable to take w as small as possible. Specifically, although it depends on the magnitude of the magnetic flux penetrating the ring-shaped region, for example, when it is set to 1 μm or less, it works effectively.

リング状の導電体13が、半径方向及びそれに直交する方向に、厚みのない円(理想的な円)で構成されているとすると、流れる電流Iと磁束Φの間には、量子力学的な確率の
流れ(カレント)が、電子の波動関数をΨ(その複素共役をΨ)、ベクトルポテンシャルをベクトルA、リング13中での電子の有効質量をmとした時、電磁場が存在する場合のシュレディンガーの波動方程式から

Figure 0004532302

と導出されることができ、次の関係が成立することになる。
Figure 0004532302
Assuming that the ring-shaped conductor 13 is composed of a circle having no thickness (ideal circle) in the radial direction and the direction perpendicular thereto, there is a quantum mechanical gap between the flowing current I and the magnetic flux Φ. When the flow of probability (current) is an electromagnetic field when the electron wave function is Ψ (its complex conjugate is Ψ * ), the vector potential is vector A, and the effective mass of the electron in the ring 13 is m *. From Schrodinger's wave equation
Figure 0004532302

And the following relationship is established.
Figure 0004532302

この式は、リング13を貫く磁束が、流出側の配線を流れる電流に大きい影響を及ぼすことを意味している。この発明は、この性質を利用して記憶情報を読み出すものである。   This equation means that the magnetic flux penetrating the ring 13 has a great influence on the current flowing through the wiring on the outflow side. The present invention uses this property to read stored information.

図4は、上記電流が余弦関数の2条に比例している関係をグラフにしたものである。図4において、横軸は、Φ/Φを示し、縦軸は、電流Iを示している。
この式より、干渉が強め合う条件は、Φ=nΦ(nは整数)、弱め合う条件は、Φ=(n+1/2)Φ(nは整数)となる。
FIG. 4 is a graph showing the relationship in which the current is proportional to two cosine functions. In FIG. 4, the horizontal axis represents Φ / Φ 0 and the vertical axis represents the current I.
From this equation, the condition for strengthening interference is Φ = nΦ 0 (n is an integer), and the condition for weakening is Φ = (n + 1/2) Φ 0 (n is an integer).

定磁場がリング13を貫通しているとき、リング13の半径を連続的に変化させることにより、図1(A)のB点における電子の干渉の強さを変化させることができる。   When the constant magnetic field penetrates the ring 13, the intensity of the electron interference at the point B in FIG. 1A can be changed by continuously changing the radius of the ring 13.

尚、上記二つの別の経路を経由してきた電子の電子波の干渉を顕著に検出するには、リング13の長さが位相干渉長程度であることが必要になる。具体的には、位相干渉長は、不純物をドープされたSiで約50nm、GaAs系HEMT構造で数μmである。実際には、位相干渉長の数倍程度の長さまでなら、その干渉の効果を検出でき、リング13における上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さが、全て0.3μm以上1.5μm以下であれば、干渉を顕著に観測できる。   It should be noted that the length of the ring 13 needs to be about the phase interference length in order to detect significantly the interference of the electron waves of the electrons that have passed through the two different paths. Specifically, the phase interference length is about 50 nm for Si doped with impurities and several μm for a GaAs HEMT structure. Actually, if the length is several times the phase interference length, the effect of the interference can be detected, and the lengths of the paths connecting the first portion and the second portion in the ring 13 are all 0.3 μm or more and 1 If it is less than 0.5 μm, the interference can be observed remarkably.

また、位相の干渉を利用するのであるから、その干渉長がなるべく長い物質を使用することが望ましいことは勿論であり、例えば、Siでは、30〜140nm、GaAsでは、0.5μm〜3μm、金属では、0.5μm〜1μmの電子波干渉領域を設けると、更に干渉を顕著に観測することができる。   In addition, since phase interference is used, it is of course desirable to use a material having an interference length as long as possible. For example, 30 to 140 nm for Si, 0.5 to 3 μm for GaAs, metal Then, if an electron wave interference region of 0.5 μm to 1 μm is provided, interference can be observed more remarkably.

以下では、位相干渉強度が強め合う条件は、磁性体11と磁性体12の磁化方向が、互いに反対方向を向き、磁場を打ち消しあっているときに実現しているとし、ここでは、弱めあう条件について考える。   In the following, it is assumed that the condition in which the phase interference intensity strengthens is realized when the magnetization directions of the magnetic body 11 and the magnetic body 12 are opposite to each other and cancel the magnetic field. think about.

例として、リング13の半径rを見積もってみると、
B=0.5[T]のとき、
n=1のときr=63[nm]であり、n=10のときr=166[nm]である。
As an example, when the radius r of the ring 13 is estimated,
When B = 0.5 [T]
When n = 1, r = 63 [nm], and when n = 10, r = 166 [nm].

また、B=0.05[T]のとき、
n=1のときr=199[nm]であり、n=10のときr=525[nm]である。
When B = 0.05 [T],
When n = 1, r = 199 [nm], and when n = 10, r = 525 [nm].

位相干渉長は、上にも書いたように数百[nm]以下であるので、磁性体の飽和磁化に応じて必要な半径を作製することが肝要である。   Since the phase interference length is several hundreds [nm] or less as described above, it is important to produce a necessary radius according to the saturation magnetization of the magnetic material.

また、この実施形態の記憶素子では、図1に示すように、リング13の形状が対称であったが、この発明の記憶素子では、導電体のリングの形状は、対称でなくても良い。この記憶情報の読み取りは、AB効果に基づくものであるので、リング中を走る電子が、リングに挿通されている磁性体が生成する磁場に基づくベクトルポテンシャルの影響を受けることが肝要である。   Further, in the memory element of this embodiment, as shown in FIG. 1, the shape of the ring 13 is symmetric. However, in the memory element of the present invention, the shape of the conductor ring may not be symmetric. Since the reading of the stored information is based on the AB effect, it is important that the electrons running in the ring are affected by the vector potential based on the magnetic field generated by the magnetic material inserted through the ring.

図5は、この発明に用いることができる記憶素子の幾つかを示す上面図である。   FIG. 5 is a top view showing some of the memory elements that can be used in the present invention.

図5において、11は、第1の磁性体を示し、12は、第2の磁性体を示している。また、24、34、44、54は、第1の配線を示し、25、35、45、55は、第2の配線を示し、23、33、43、53は、導電性を有するリングを示している。   In FIG. 5, 11 indicates a first magnetic body, and 12 indicates a second magnetic body. Reference numerals 24, 34, 44, and 54 denote first wirings, reference numerals 25, 35, 45, and 55 denote second wirings, and reference numerals 23, 33, 43, and 53 denote conductive rings. ing.

図5(A)は、リング23の腕(第1部分と第2部分とを結ぶ部分)の長さが同じである場合の例である。   FIG. 5A shows an example in which the lengths of the arms of the ring 23 (portions connecting the first portion and the second portion) are the same.

また、図5(B)および(C)は、どちらか一方の腕が他方よりも長くなっているものであり、配線を結ぶ2つの経路が非対称である場合の例である。尚、図5(C)に示すリングは、図5(B)に示すリングと比較して非対称度が大きくなっている。また、図5(D)は、リングの形状を円形でなくて長方形である場合の例である。   FIGS. 5B and 5C are examples in which one of the arms is longer than the other, and the two paths connecting the wirings are asymmetric. Note that the degree of asymmetry of the ring shown in FIG. 5C is larger than that of the ring shown in FIG. FIG. 5D shows an example in which the shape of the ring is not a circle but a rectangle.

本発明によれば、情報を記憶する磁性体及びトンネル絶縁膜に、直接、電流を流さないので、従来のMRAMと比較して、記憶素子としての寿命を大きく向上させることができる。また、製作工程において極薄絶縁膜を制作する必要がないので、工数を格段に低減できる。また、記憶素子の信頼が、絶縁膜の信頼性に左右されることがないので、記憶素子全体の信頼性を、格段に向上させることができる。   According to the present invention, since no current flows directly through the magnetic material and the tunnel insulating film for storing information, the lifetime as a storage element can be greatly improved as compared with the conventional MRAM. In addition, since it is not necessary to produce an extremely thin insulating film in the production process, the number of man-hours can be significantly reduced. In addition, since the reliability of the memory element does not depend on the reliability of the insulating film, the reliability of the entire memory element can be significantly improved.

図6は、参考例の記憶装置の具体例である磁気ディスク記憶装置を示す図である。尚、この磁気ディスク記憶装置の基本的な動作原理は、上記記憶素子で説明した動作原理と同一である。 FIG. 6 is a diagram showing a magnetic disk storage device which is a specific example of the storage device of the reference example . The basic operating principle of this magnetic disk storage device is the same as the operating principle described for the storage element.

図6において、61は、磁気ディスクの一部を表している。この磁気ディスクの形状は、円板状でなくても良く、如何なる形状であっても良く、61は、任意の形の磁気記憶板の一部を示しているものとする。   In FIG. 6, reference numeral 61 denotes a part of the magnetic disk. The shape of the magnetic disk may not be a disk shape, but may be any shape. Reference numeral 61 denotes a part of a magnetic storage plate having an arbitrary shape.

また、図6において、62は、磁気ディスクの磁区の磁場の向きを示している。図6に示すように、この磁気ディスク記憶装置では、磁場の向きは、ディスクの面に垂直に上向きまたは下向きの状態を取るようになっている。   In FIG. 6, reference numeral 62 denotes the direction of the magnetic field of the magnetic domain of the magnetic disk. As shown in FIG. 6, in this magnetic disk storage device, the direction of the magnetic field is assumed to be upward or downward perpendicular to the disk surface.

この記憶装置は、電流干渉部材60と、駆動部(図示せず)と、電流検出部(図示せず)とを有する。   The storage device includes a current interference member 60, a drive unit (not shown), and a current detection unit (not shown).

上記電流干渉部材60は、金属又は半導体よりなる導電性のリング63と、リングの外周面の第1部分から延びる第1の配線64と、リングの外周面の第1部分と異なる第2部分から延びる第2の配線65とを有している。   The current interference member 60 includes a conductive ring 63 made of metal or semiconductor, a first wiring 64 extending from the first portion of the outer peripheral surface of the ring, and a second portion different from the first portion of the outer peripheral surface of the ring. The second wiring 65 extends.

また、上記駆動部は、電流干渉部材60を、ディスクにおける記憶情報が記憶されている図6にαで示す方向に、ディスクに対して移動させるようになっている。   Further, the drive unit moves the current interference member 60 with respect to the disk in the direction indicated by α in FIG. 6 in which stored information on the disk is stored.

また、上記電流検出部は、第2の配線65から第1の配線64に電子を流すようになっていると共に、第1の配線64に流れる電流を検出するようになっている。   The current detection unit is configured to flow electrons from the second wiring 65 to the first wiring 64 and to detect a current flowing through the first wiring 64.

この記憶装置は、電流干渉部材60と記憶媒体とが記憶情報が記憶されているα方向に相対移動しているときに、電流検出部が検出する電流に基づいて記憶媒体に記憶されている情報を読み出すようになっている。   In this storage device, information stored in the storage medium based on the current detected by the current detection unit when the current interference member 60 and the storage medium are relatively moved in the α direction in which the stored information is stored. Is read out.

具体的には、この記憶装置は、磁気ディスク面内の磁場の向きを読み出す際に、リング63を貫通する磁束の量によって、第1の配線64を流れる電流値が変化する現象を利用する。そして、この変化を検出することによって、記憶素子に記憶されている情報を読み出すようになっている。   Specifically, this storage device utilizes a phenomenon in which the value of the current flowing through the first wiring 64 changes depending on the amount of magnetic flux passing through the ring 63 when reading the direction of the magnetic field in the magnetic disk surface. By detecting this change, information stored in the storage element is read out.

この記憶装置によれば、電流干渉部材60は、駆動部によってディスク61の面上を記憶情報が記憶されているα方向に動くことができるので、ディスク面内に記憶された情報を全て読み取ることができる。   According to this storage device, the current interference member 60 can move in the α direction in which stored information is stored on the surface of the disk 61 by the drive unit, so that all the information stored in the disk surface is read. Can do.

尚、上記参考例では、ディスク61を静止させると共に、電流干渉部材60を移動させるようにしたが、他の参考例では、電流干渉部材を静止させると共に、ディスクを移動させるようにしても良いことは勿論である。 In the above SL reference example, dissipate static disc 61 has been to move the current interference member 60, in other reference example, dissipate static current interference member, so as to move the disk Of course, it is also good.

また、上記参考例では、駆動部は、電流干渉部材60を、直線方向に移動させるようになっていたが、他の参考例では、駆動部は、電流干渉部材を、例えば、円周上等、直線以外の経路を移動させても良いことは勿論である。 Further, in the above Symbol Reference Example, the driving unit, a current interference member 60, had adapted to move in a linear direction, in other reference example, the driving unit, a current interference member, e.g., a circle Of course, a route other than a straight line may be moved such as around the circumference.

図7は、参考例の発光素子を示す図である。 FIG. 7 is a diagram illustrating a light-emitting element of a reference example .

リング中を貫通する磁束Φの量によって、図1のB点における電子の存在確率が変化する。これにより、電子の位相が強め合っている条件では、リングの両腕を通過する電子の位相は、2πの整数倍だけ異なっており、その存在確率は高いのに対し、弱めあっている条件では、B点における電子の存在確率は、ほとんど0に近くなる。   The existence probability of electrons at point B in FIG. 1 varies depending on the amount of magnetic flux Φ penetrating through the ring. As a result, under the conditions where the phases of the electrons are strengthening, the phases of the electrons passing through both arms of the ring are different by an integer multiple of 2π, and the existence probability is high, whereas under the conditions where they are weakening , The existence probability of electrons at point B is almost zero.

この発光素子は、磁性体70と、導電性を有するリング73と、第1導電型領域としてのp型領域74と、第2導電型領域としてのn型領域75と、配線77とを備える(74が、n型領域で、75が、p型領域であっても良い)。上記リング73は、AB効果に起因する干渉を生じさせるための部材である。   This light emitting device includes a magnetic body 70, a conductive ring 73, a p-type region 74 as a first conductivity type region, an n-type region 75 as a second conductivity type region, and a wiring 77 ( 74 may be an n-type region and 75 may be a p-type region). The ring 73 is a member for causing interference due to the AB effect.

上記磁性体70は、リング73の貫通穴に挿通されている。上記磁性体70は、第1の磁性体71と、第2の磁性体72とを接合して形成されている。上記第1の磁性体71は、外部電流の作る磁場により、磁化方向が変化する磁性体であり、第2の磁性体72は、外部電流によって磁化方向が変化しない磁性体である。   The magnetic body 70 is inserted through the through hole of the ring 73. The magnetic body 70 is formed by joining a first magnetic body 71 and a second magnetic body 72. The first magnetic body 71 is a magnetic body whose magnetization direction is changed by a magnetic field generated by an external current, and the second magnetic body 72 is a magnetic body whose magnetization direction is not changed by an external current.

上記配線77は、リング73の外周面の第1部分から延びており、p型領域74は、リング73の外周面の第1部分以外の第2部分から延びている。また、n型領域75は、p型領域74におけるリング73と反対側の端部に接合されている。   The wiring 77 extends from the first portion of the outer peripheral surface of the ring 73, and the p-type region 74 extends from a second portion other than the first portion of the outer peripheral surface of the ring 73. The n-type region 75 is joined to the end of the p-type region 74 opposite to the ring 73.

この発光素子は、リング73のF点からG点に電流を流しながら、磁性体70によって、リング73に囲まれた空間を貫く磁場の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方を変える。そして、p型領域74とn型領域75によって構成されるpn接合部に流れる電流を調整して、このpn接合部から所定の量の光子を放出させるようになっている。   This light emitting element changes at least one of the direction and the magnitude of the magnetic field penetrating through the space surrounded by the ring 73 by the magnetic body 70 while flowing a current from the F point to the G point of the ring 73. A current flowing through a pn junction constituted by the p-type region 74 and the n-type region 75 is adjusted, and a predetermined amount of photons are emitted from the pn junction.

図8は、図7に示すp型領域74およびn型領域75のエネルギーバンドを示す図である。   FIG. 8 is a diagram showing energy bands of the p-type region 74 and the n-type region 75 shown in FIG.

図8において、84は、n領域の伝導帯における電子を示し、85は、p領域の価電子帯における正孔(ホール)を示している。また、87は、n領域におけるフェルミ・エネルギーを表し、88は、p領域におけるフェルミ・エネルギーを表している。また、このpn接合には、順方向電圧がかかっているものとし、86は、そのpn接合のバンドギャップ間で電子と正孔とが再結合して発生したフォトン(光子)を表している。また、89は、位相干渉によって強めあった電子波を表している。   In FIG. 8, 84 indicates electrons in the conduction band of the n region, and 85 indicates holes in the valence band of the p region. In addition, 87 represents Fermi energy in the n region, and 88 represents Fermi energy in the p region. Further, it is assumed that a forward voltage is applied to the pn junction, and reference numeral 86 denotes photons (photons) generated by recombination of electrons and holes between the band gaps of the pn junction. Reference numeral 89 denotes an electron wave strengthened by phase interference.

フォトンの強度は、n領域の伝導帯からp領域の価電子帯に落ち込む電子の数に比例し、また、その数(存在確率)は、cos(πΦ/Φ)に依存するので、リングを貫通する磁性体の磁化方向を変えること、もしくは、磁性体がない中空のリングでは、外部磁場の方向や大きさを変えることにより、フォトンの強度を変えることができる。すなわち、フォトンの強度をIとしたとき、

Figure 0004532302
となる。 The intensity of photons is proportional to the number of electrons falling from the conduction band of the n region to the valence band of the p region, and the number (probability of existence) depends on cos 2 (πΦ / Φ 0 ). The intensity of photons can be changed by changing the direction of magnetization of a magnetic material penetrating through a hollow ring or by changing the direction and magnitude of an external magnetic field in a hollow ring without a magnetic material. That is, when the photon intensity is I,
Figure 0004532302
It becomes.

参考例の発光素子は、外部磁場を任意に変化させるだけで、発光強度を適宜調整することができる。したがって、発光素子の強度を精密に調整することができる。 In the light emitting element of the reference example, the light emission intensity can be appropriately adjusted only by arbitrarily changing the external magnetic field. Therefore, the intensity of the light emitting element can be adjusted precisely.

図9は、物質中の不純物及び非弾性散乱の頻度を検出する検出装置を示す図である。   FIG. 9 is a diagram illustrating a detection device that detects impurities in a substance and the frequency of inelastic scattering.

この検出装置は、導電体を有するリング93と、リング93の外周面の第1部分から径方向の外方に延在する第1の配線94と、リング93の外周面の第2部分から径方向の外方に延在する第2の配線95と、リング93の両端面に対向配置されて、リング93の貫通穴を貫く磁場を連続的に変化させる磁場変動装置97とを備える。上記磁場変動装置97は、リング93の一端面に対向配置されているN極91と、リング93の他端面に対向配置されているS極92とを有する。また、被測定試料はリング93である。   This detection device includes a ring 93 having a conductor, a first wiring 94 extending radially outward from a first portion of the outer peripheral surface of the ring 93, and a diameter from a second portion of the outer peripheral surface of the ring 93. A second wiring 95 extending outward in the direction, and a magnetic field fluctuation device 97 disposed opposite to both end faces of the ring 93 and continuously changing the magnetic field penetrating the through hole of the ring 93. The magnetic field fluctuation device 97 has an N pole 91 disposed opposite to one end face of the ring 93 and an S pole 92 disposed opposite to the other end face of the ring 93. The sample to be measured is a ring 93.

磁場を連続的に変化したとき、非弾性散乱のない理想的な導体の場合には、リング93を流れる電流は、図4に示した三角関数を描く。   In the case of an ideal conductor with no inelastic scattering when the magnetic field is continuously changed, the current flowing through the ring 93 draws the trigonometric function shown in FIG.

しかしながら、通常、金属細線中や二次元電子ガス系において、電子‐フォノン散乱や電子‐電子散乱等の非弾性散乱を完全に取り除くことは困難である。また、AB効果は、本質的に波動関数の位相を観測するものであり、その位相状態は非弾性散乱の影響を強く受ける。   However, it is usually difficult to completely remove inelastic scattering such as electron-phonon scattering and electron-electron scattering in a thin metal wire or in a two-dimensional electron gas system. The AB effect essentially observes the phase of the wave function, and the phase state is strongly influenced by inelastic scattering.

この検出装置は、実際に作製した試料のAB振動と理想的なグラフとを比較することにより、どのくらい非弾性散乱が起こっているのかを解析するものである。また、この検出装置は、特に、その温度依存性を見ることで、位相干渉長や電子間の相互作用について解析することを目的とするものである。   This detection apparatus analyzes how much inelastic scattering occurs by comparing the AB vibration of an actually produced sample with an ideal graph. In addition, this detection device is intended to analyze the phase interference length and the interaction between electrons by looking at the temperature dependence.

尚、AB効果を用いると素電荷eの精密な測定をすることもできる。   If the AB effect is used, the elementary charge e can be accurately measured.

素電荷eの精確な値は、単一電子トランジスタにおいて、一つずつ電子を通過させる際の電流値の精密な測定において極めて重要である。しかしながら、整数量子ホール効果の実験から求めたe(素電荷)の値と、他の実験(電子などの素粒子の磁気モーメント測定等)から求めた値とは、誤差以上の違いが生じ、素電荷eの精密な測定が不可能であるという問題がある。   The accurate value of the elementary charge e is extremely important in the precise measurement of the current value when passing electrons one by one in a single electron transistor. However, the value of e (elementary charge) obtained from the experiment of the integer quantum Hall effect and the value obtained from other experiments (such as measurement of the magnetic moment of elementary particles such as electrons) differ from each other by more than an error. There is a problem that precise measurement of the electric charge e is impossible.

しかしながら、図2に示した記憶素子、ワード線およびビット線からなる装置において、Φ(磁束)−I(電流)グラフは、図4に示したように、AB効果によって、周期Φ0の周期関数となる。このことから、この周期を精密に測定することによって、素電荷eの精密な値を測定することができる。 However, in the device composed of the memory element, the word line, and the bit line shown in FIG. 2, the Φ (magnetic flux) -I (current) graph is a periodic function having a period Φ 0 due to the AB effect, as shown in FIG. It becomes. From this, it is possible to measure the precise value of the elementary charge e by accurately measuring this period.

尚、上記実施形態および参考例では、導電性を有するリングは、一重の電流経路から構成されていた。しかしながら、この発明では、導電性を有するリングは、リングの少なくとも一部が、二重の電流経路から構成されていても良く、この場合においても、AB効果によって、記憶情報を読み取ることができる。 In the above you施形status and reference examples, ring having conductivity, was composed of single current path. However, in the present invention, at least a part of the ring having conductivity may be formed of a double current path, and in this case, stored information can be read by the AB effect.

本発明の一実施形態の記憶素子を示す図である。It is a figure which shows the memory element of one Embodiment of this invention. 参考例の記憶装置を示す図である。It is a figure which shows the memory | storage device of a reference example . 記憶状態のオン−オフ比を、大きく取ることができることを説明するために作製された概念図である。It is the conceptual diagram produced in order to demonstrate that the on-off ratio of a memory | storage state can be taken large. リング材を流れる電流が余弦関数の2条に比例している関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship where the electric current which flows through a ring material is proportional to 2 articles | strands of a cosine function. この発明に用いることができる記憶素子の幾つかを示す図である。It is a figure which shows some of the memory elements which can be used for this invention. 参考例の記憶装置の一具体例である磁気ディスク記憶装置を示す図である。 It is a figure which shows the magnetic disc memory | storage device which is a specific example of the memory | storage device of a reference example . 参考例の発光素子を示す図である。It is a figure which shows the light emitting element of a reference example . 上記発光素子のpn接合部分のエネルギーバンドを示す図である。It is a figure which shows the energy band of the pn junction part of the said light emitting element. 物質中の不純物及び非弾性散乱の頻度を検出する検出装置を示す図である。It is a figure which shows the detection apparatus which detects the impurity in a substance, and the frequency of inelastic scattering.

1 記憶素子
10 磁性体
11 第1の磁性体
12 第2の磁性体
13,23,33,43,53,63,73,93 リング
14,24,34,44,54,64,71,94 第1の配線
15,25,35,45,55,65,72,77,95 第2の配線
16 接合部
21 ワード線
22 ビット線
60 電流干渉部材
61 磁気ディスク
62 磁場の向き
70 磁性体
74 第1の導電性領域
75 第2の導電性領域
84 電子
85 ホール
86 フォトン
87 n 型導電体のフェルミエネルギー
88 p 型導電体のフェルミエネルギー
89 電子波
91 N極
92 S極
97 磁場変動装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Memory element 10 Magnetic body 11 1st magnetic body 12 2nd magnetic body 13,23,33,43,53,63,73,93 Ring 14,24,34,44,54,64,71,94 1st 1 wiring 15, 25, 35, 45, 55, 65, 72, 77, 95 2nd wiring 16 junction 21 word line 22 bit line 60 current interference member 61 magnetic disk 62 magnetic field direction 70 magnetic body 74 first Conductive region 75 Second conductive region 84 Electron 85 Hole 86 Photon 87 Fermi energy of n-type conductor 88 Fermi energy of p-type conductor 89 Electron wave 91 N pole 92 S pole 97 Magnetic field fluctuation device

Claims (2)

導電性を有するリングと、
上記リングに囲まれた空間を貫くと共に、向きと大きさの内の少なくとも一方が変化する磁場を生成する磁性体と、
上記リングの表面の第1部分から延びる第1の配線と、
上記リングの表面の第2部分から延びる第2の配線と
を備え、
上記磁性体は、磁化の向きおよび大きさが変化しない第1の磁性体と、磁化の向きおよび大きさのうちの少なくとも一方が変化する第2の磁性体とを接合してなることを特徴とする記憶素子。
A conductive ring;
A magnetic body that penetrates the space surrounded by the ring and generates a magnetic field in which at least one of direction and size changes;
A first wiring extending from a first portion of the surface of the ring;
A second wiring extending from the second portion of the surface of the ring,
The magnetic body is formed by joining a first magnetic body in which the direction and magnitude of magnetization do not change and a second magnetic body in which at least one of the direction and magnitude of magnetization changes. Memory element.
請求項1に記載の記憶素子において、
上記リングにおける上記第1部分と上記第2部分を結ぶ経路の長さは、全て0.3μm以上1.5μm以下であることを特徴とする記憶素子。
The memory element according to claim 1, wherein
The length of the path | route which connects the said 1st part and the said 2nd part in the said ring is all 0.3 micrometer or more and 1.5 micrometers or less, The memory element characterized by the above-mentioned .
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