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JPH077594B2 - Magnetic memory element - Google Patents
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JPH077594B2 - Magnetic memory element - Google Patents

Magnetic memory element

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JPH077594B2
JPH077594B2 JP62250528A JP25052887A JPH077594B2 JP H077594 B2 JPH077594 B2 JP H077594B2 JP 62250528 A JP62250528 A JP 62250528A JP 25052887 A JP25052887 A JP 25052887A JP H077594 B2 JPH077594 B2 JP H077594B2
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superconductor
wire
magnetic
magnetization
superconducting
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靖治 檜高
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は不揮発性の高密度固体磁気記憶素子に関する。Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a nonvolatile high density solid-state magnetic memory element.

(従来の技術) 固体磁気メモリは機械駆動部がなく、かつ不揮発性のメ
モリであるため、高い信頼性をもっている。固体磁気メ
モリを大きく分類すると、ランダムアクセス型メモリ
と、シリアルアクセス型メモリとになる。コアメモリは
前者の代表的なものであり、バブルメモリは後者の代表
的なものである。高密度記憶素子を目指すとき、ランダ
ムアクセス型は各ビット毎に検出器を備えている必要が
あるため、セルサイズを小さくしていくことに限界があ
る。他方、シリアルアクセス型は高密度化は比較的容易
であるが、高密度化に伴うアクセス時間の増加が大きな
問題になっている。さらに、バブルメモリのように情報
担体であるバブルの移動を必要とする素子では、移動に
伴い情報保持の安定性が悪くなる欠点を持っている。こ
のような状況を考えると、不揮発性固体磁気メモリとし
ては、検出器が解決されれば、ランダムアクセス型のメ
モリで高密度化を実現するのが望ましい。
(Prior Art) A solid-state magnetic memory has high reliability because it has no mechanical drive and is a non-volatile memory. The solid-state magnetic memory is roughly classified into a random access type memory and a serial access type memory. The core memory is typical of the former, and the bubble memory is typical of the latter. When aiming for a high-density storage element, the random access type needs to have a detector for each bit, and thus there is a limit to reducing the cell size. On the other hand, the serial access type is relatively easy to increase the density, but the increase in access time accompanying the increase in density is a serious problem. Further, an element such as a bubble memory that requires movement of a bubble, which is an information carrier, has a drawback that stability of information holding deteriorates with movement. Considering such a situation, as the nonvolatile solid-state magnetic memory, if the detector is solved, it is desirable that the random access memory realizes high density.

まず、磁性体を用いたランダムアクセスメモリの基本動
作をその代表であるコアメモリを例にとって説明する。
コアには磁化曲線が第10図に示すように角型ヒステリシ
スを持っている磁性材料を使う。そうすると、材料はバ
イアス磁界HY=0でA点に示す+向き、またはB点に示
す−向きの残留磁化を安定化でき、双安定性を有するこ
とになる。それぞれの向きを2進数の“1"および“0"に
対応させて、記憶素子に用いることができる。
First, the basic operation of a random access memory using a magnetic material will be described by taking a representative core memory as an example.
For the core, a magnetic material whose magnetization curve has a square hysteresis as shown in Fig. 10 is used. Then, the material can stabilize the remanent magnetization in the + direction shown at the point A or in the-direction shown at the point B when the bias magnetic field H Y = 0, so that the material has bistability. The respective directions can be used in the storage element by associating them with binary numbers "1" and "0".

実際のデバイスでは、第11図に示すようにこの磁性体で
リングコア13を作り、コアの中に3本の導体線14,15,16
を通し、その内の2本を縦横(それぞれY-軸、X-軸と称
する)に張り、縦線、横線の交差点にコア13を置く。こ
のコアをマトリックス状に配列し、記憶素子に組み上げ
る。情報の記憶の原理は第12図に示している。リング状
コア13の磁化17の向きをリングコアの円周に沿って第12
図(a)に示すように右周りにしたり、(b)に示す左
周りにしたりして行なう。例えば、初期状態で、すべて
のリングコアの磁化は右周り(−)になっているとす
る。指定された番地のコアの磁化の向きを反転して左周
り(+)にする。そのためには、コアを通っているY-線
およびX-線にパルス電流を送り、コアに磁界を与える。
In an actual device, a ring core 13 is made of this magnetic material as shown in FIG. 11, and three conductor wires 14, 15, 16 are formed in the core.
2 of them are stretched vertically and horizontally (referred to as Y-axis and X-axis, respectively), and the core 13 is placed at the intersection of the vertical and horizontal lines. The cores are arranged in a matrix and assembled into a memory element. The principle of information storage is shown in FIG. The direction of the magnetization 17 of the ring-shaped core 13 is changed to the 12th direction along the circumference of the ring core.
It is performed by turning it to the right as shown in FIG. 7A or turning it to the left as shown in FIG. For example, it is assumed that the magnetizations of all the ring cores are clockwise (-) in the initial state. Invert the direction of magnetization of the core at the specified address to make it counterclockwise (+). To do so, a pulsed current is sent to the Y- and X-rays that pass through the core, giving a magnetic field to the core.

いま、この磁界がX-線、Y-線のどちらか一方のパルス電
流によって与えられた場合、磁化を−の状態から+の状
態に反転するには不十分な大きさにしてある。例えば、
Y0‐線、X0‐線のパルス磁界が同時に加わると、両方の
線の交点にあるコアの磁化の反転は起こるが、Y0‐線、
またはX0‐線のみのパルス磁界が加わるコアでは磁化反
転を生じない。これがマトリックスの任意の座標に“1"
という信号を書き込む方法である。
Now, when this magnetic field is applied by the pulse current of either the X-ray or the Y-ray, the magnitude is insufficient to reverse the magnetization from the − state to the + state. For example,
Y 0 - line, X 0 - a pulse magnetic field lines is applied at the same time, the core of the magnetization inversion at the intersection of both lines is occurring, Y 0 - line,
Alternatively, the magnetization reversal does not occur in the core to which the pulse magnetic field of only the X 0 -line is applied. This is "1" at any coordinate of the matrix
Is a method of writing a signal.

書き込んだ情報を読み出すには、磁化を+から−へ反転
させるようなパルスをX0‐線、Y0‐線に同時に加えてみ
て、読み出し線16に信号がでるかどうかをみる。もし、
信号が出たら、パルスを送った座標は“1"であったとい
うことがわかる。しかし、この方法では一度読み出す
と、すべては“0"となってしまうので、いわゆる破壊的
読み出しになってしまう。これでは困るというときは読
み出した結果を元通りにもう一度書き込んでおく必要が
ある。コアメモリはビットセルサイズが大きく高密度化
が難しいという問題点があった。
In order to read the written information, a pulse for reversing the magnetization from + to − is applied to the X 0 − line and the Y 0 − line at the same time, and it is checked whether or not a signal appears on the read line 16. if,
If you get a signal, you know that the coordinate that sent the pulse was "1". However, in this method, once read, all become "0", which is so-called destructive read. If you are having trouble with this, you need to rewrite the read results as they were. The core memory has a problem that the bit cell size is large and it is difficult to increase the density.

高密度記憶を実現するため、この原理を磁性薄膜に適用
した磁気記憶素子がある。磁性薄膜としては、例えば磁
歪定数λ=0のソフト磁性材料である19%Fe-81%Niの
合金を用い、これを第13図に示すように、基板上に円盤
状に蒸着する。膜厚は1000Åの程度である。蒸着の際に
磁界を与えておくことにより、膜面内に一軸異方性をつ
けておく。いまの場合、磁化容易軸をY-軸方向とするよ
うにつけておく。
There is a magnetic memory element in which this principle is applied to a magnetic thin film in order to realize high density memory. As the magnetic thin film, for example, an alloy of 19% Fe-81% Ni which is a soft magnetic material having a magnetostriction constant λ = 0 is used, and this is deposited in a disc shape on a substrate as shown in FIG. The film thickness is about 1000Å. A uniaxial anisotropy is provided in the film surface by applying a magnetic field during vapor deposition. In the present case, the easy axis of magnetization is set so as to be in the Y-axis direction.

磁化の反転に際しては、容易軸に平行に磁化の向きと逆
向きの磁界HYをX0‐線により与えると同時に、それと直
角方向に磁界HXをY0‐線によって与え、磁壁移動による
磁化反転を阻止し、10nsオーダの短い時間で磁化反転で
きる磁気モーメント一斉回転モードを利用している。こ
れに対して、HYのみが加えられている磁性膜パターン18
では、磁壁移動による磁化反転を生じようとするが、反
転時間が長くかかるため、実際には書き込みに使ってい
る短い幅のHYでは反転は起こらない。つまり、X-方向の
導体線とY-方向の導体線によって同時に磁界を与えたと
きのみ、磁性膜パターン18′の磁化反転を生じる。磁界
HX,HYは蒸着膜に近接させた縦横の銅リボンに電流を与
えることによって作り出す。
When reversing the magnetization, a magnetic field H Y parallel to the easy axis and in the direction opposite to the direction of the magnetization is given by the X 0 -line, and at the same time, a magnetic field H X is given by the Y 0 -line in the direction perpendicular to it, and the It uses a magnetic moment simultaneous rotation mode that prevents reversal and allows magnetization reversal in a short time of the order of 10 ns. In contrast, the magnetic film pattern 18 in which only H Y is added
Then, it tries to cause the magnetization reversal due to the domain wall movement, but since the reversal time is long, the reversal does not actually occur in the short width H Y used for writing. That is, the magnetization reversal of the magnetic film pattern 18 'occurs only when a magnetic field is simultaneously applied by the X-direction conductor line and the Y-direction conductor line. magnetic field
H X and H Y are created by applying an electric current to the horizontal and vertical copper ribbons close to the deposited film.

(発明が解決しようとする問題点) しかし、この素子は反転した磁化が次第にもとの向きに
戻ったりして情報の記憶の安定性がよくないこと、また
磁性膜パターンを微小化していくと検出出力が小さくな
り、情報の読み出しが難しくなってしまう等の難点を有
している。
(Problems to be solved by the invention) However, in this element, the reversed magnetization gradually returns to the original direction and the storage stability of information is not good, and when the magnetic film pattern is miniaturized. The detection output becomes small and it is difficult to read information.

(問題点を解決するための手段) 本発明では、これらの問題点を解決するため超伝導材料
で形成したパターンを導入して、超伝導体リングに生じ
る反磁性電流を活用して記憶情報の安定性を高め、かつ
超伝導体リングの超伝導‐常伝導転移、または超伝導リ
ングに取り付けたジョセフソン接合を利用して記憶情報
の読み出しを容易にした高密度固体磁気記憶素子を提供
する。
(Means for Solving Problems) In the present invention, in order to solve these problems, a pattern formed of a superconducting material is introduced, and a diamagnetic current generated in a superconductor ring is utilized to store stored information. Provided is a high-density solid-state magnetic memory device which enhances stability and facilitates reading of stored information by utilizing the superconducting-normal transition of a superconductor ring or a Josephson junction attached to the superconducting ring.

本発明は膜面内に一軸性の磁気異方性を有する強磁性体
膜と、該磁性体膜を介して交差するように配置される第
1、第2の2本の超伝導体線を備えた磁気記憶素子にお
いて、第1の超伝導体線に重なり、また第1の超伝導体
線の反対側に磁性体膜パターンと第2の超伝導体線とを
はさむように第3の超伝導体線を配置し、第1、第3の
超伝導体線は第2の超伝導体線と交わる位置で磁性体膜
と第2の超伝導体線とをとり囲む超伝導体のリングを形
成していることを特徴とする磁気記憶素子に関する。ま
たさらにこの素子において、第2の超伝導体膜に沿って
第4の超伝導体線が形成された磁気記憶素子である。
The present invention provides a ferromagnetic film having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane and two superconductor wires, a first superconductor line and a second superconductor line, which are arranged so as to intersect each other through the magnetic film. In the provided magnetic memory element, the third superconductor line is overlapped with the first superconductor line and the third superconductor line is sandwiched between the magnetic film pattern and the second superconductor line on the opposite side of the first superconductor line. Conductor lines are arranged, and the first and third superconductor lines form a superconductor ring surrounding the magnetic film and the second superconductor line at a position where the first and third superconductor lines intersect with the second superconductor line. The present invention relates to a magnetic memory element characterized by being formed. Still further, in this element, the fourth superconductor line is formed along the second superconductor film to form a magnetic memory element.

(実施例) 第1図にはこの記憶素子に用いるユニットセルの構造の
例を示す。
(Embodiment) FIG. 1 shows an example of the structure of a unit cell used for this memory element.

まず、基板上に超伝導層を形成し、この超伝導層をパタ
ーン化し、X-軸方向に伸びた第3の超伝導体線3とす
る。その上に絶縁層を介して第2の超伝導体線2を配置
する。その上に強磁性体膜パターン6を形成する。その
上に再び絶縁層を介して第1の超伝導体線4を形成す
る。超伝導体線4は磁性体膜パターン6、第2の超伝導
体線2がない領域では第1図に示すように、下の超伝導
体線3と直接コンタクトしているように加工する。こう
すると、磁性体を取り囲んでY-軸方向をリングの面法線
とする超伝導体リング5が形成される。第1図に示した
ユニットセルを記憶素子として使うため、マトリックス
状に配列したのが第2図である。
First, a superconducting layer is formed on a substrate, and this superconducting layer is patterned to form a third superconductor wire 3 extending in the X-axis direction. The second superconductor wire 2 is arranged thereon with an insulating layer interposed therebetween. A ferromagnetic film pattern 6 is formed thereon. The first superconductor wire 4 is again formed thereon with an insulating layer interposed therebetween. The superconductor wire 4 is processed so as to be in direct contact with the underlying superconductor wire 3 as shown in FIG. 1 in a region where the magnetic film pattern 6 and the second superconductor wire 2 are not present. As a result, a superconductor ring 5 is formed which surrounds the magnetic body and has the surface normal to the ring in the Y-axis direction. Since the unit cells shown in FIG. 1 are used as storage elements, they are arranged in a matrix form in FIG.

第2図にAで示す点線で囲んだ部分が第1図のユニット
セルである。ユニットセルの形状に関する制約はリング
を形成している超伝導膜の膜厚が磁束侵入深さに比べて
大きいことと、超伝導リングの面法線に直交する面の
内、リングの内側壁との交線を周囲とする部分の面積が
現在実用化されている磁性材料を用いると、0.25μm
程度まで小さくできる。この面積をさらに小さくするた
めには、量子磁束1本を閉じ込める磁界の大きさが105G
aussのオーダになり、これを磁性体パターンで実現する
ためには、4ΠMsが大きい新しい磁性材料が必要にな
る。超伝導体線の幅には直接の制限はないので、幅を0.
3μmまで細くでき、基本セルの大きさは0.5μm×0.5
μm程度まで小さくできる。
The portion surrounded by the dotted line indicated by A in FIG. 2 is the unit cell of FIG. The restrictions on the shape of the unit cell are that the film thickness of the superconducting film forming the ring is larger than the magnetic flux penetration depth, and that the inner wall of the ring is The area of the part around the intersection line is 0.25 μm 2
Can be made as small as possible. To further reduce this area, the magnitude of the magnetic field that confines one quantum magnetic flux is 10 5 G
It is on the order of auss, and in order to realize this with a magnetic pattern, a new magnetic material with a large 4ΠMs is required. There is no direct limit to the width of the superconductor line, so set the width to 0.
It can be made as thin as 3 μm, and the size of the basic cell is 0.5 μm x 0.5
It can be reduced to about μm.

本発明の素子に使用する材料は導体としては金、アルミ
など、超伝導体としてはPb系、Nb系、またはBa-Y-Cu-O
系のセラミックスなど、絶縁体としてはSiO2などが使用
できる。また磁性膜には、広い範囲の材料から選んだ適
当なものが使用できる。薄膜作成技術は公知の技術が利
用できる。前記セラミックスはスパッタリングやレーザ
蒸着法を用いることができ、またエッチングは例えば塩
素ガスを用いたドライエッチングが考えられる。
The material used for the element of the present invention is gold, aluminum, etc. as the conductor, and Pb-based, Nb-based, or Ba-Y-Cu-O as the superconductor.
SiO 2 or the like can be used as the insulator, such as ceramics. For the magnetic film, a suitable material selected from a wide range of materials can be used. Known techniques can be used for the thin film forming technique. The ceramics may be formed by sputtering or laser deposition, and the etching may be dry etching using chlorine gas, for example.

情報の書き込みを説明する。初期状態として、磁性体の
磁化の向きを予め定められた向きに飽和させておく。い
ま、その向きを第3図(a)に9で示すY-軸方向に沿っ
て、正の向きとする。
Writing information will be described. As an initial state, the magnetization direction of the magnetic body is saturated in a predetermined direction. Now, let us say that the direction is a positive direction along the Y-axis direction shown by 9 in FIG.

書き込み動作は次のようにする(第3図(a),
(b))。X-軸方向の第1、第3の超伝導体線からなる
超伝導体線1およびY-軸方向に走っている第2の超伝導
体線2にパルス電流を与えて、各位置に磁性体パターン
6の中で、超伝導体1と2とが交わる位置に存在してい
る磁性膜パターン6の磁化9の向きを第3図(a)に示
すY-軸方向、正の向きからY-軸方向、負の向きに反転さ
せる。ここで、超伝導体線1に電流を与えたとき、通常
はリング5の中には正味の磁界は発生しないが、本発明
では、リングを貫くように超伝導体線2を配置すること
で、リング内の磁性体膜パターン6には超伝導体線4の
電流による磁界のみが有効に働くようにしている。ま
た、磁性膜パターンからでた磁束も超伝導体線3の方へ
行こうとする磁束は超伝導体線2によって遮蔽されてし
まうから、ほとんどは超伝導体線4を取り巻くように通
る。この磁化反転過程で、超伝導体リング1部が超伝導
から常伝導に一時的に転移するようにしておけば、磁化
反転後の磁化状態は超伝導体リング5に新たに誘起され
た反磁性電流によって安定化されている。
The write operation is as follows (Fig. 3 (a),
(B)). A pulse current is applied to the superconducting wire 1 consisting of the first and third superconducting wires in the X-axis direction and the second superconducting wire 2 running in the Y-axis direction, and the magnetic field The direction of the magnetization 9 of the magnetic film pattern 6 existing at the position where the superconductors 1 and 2 intersect in the body pattern 6 is the Y-axis direction shown in FIG. -Reverse in the axial and negative directions. Here, when a current is applied to the superconductor wire 1, normally, no net magnetic field is generated in the ring 5, but in the present invention, by arranging the superconductor wire 2 so as to penetrate the ring. The magnetic field due to the current of the superconductor wire 4 is effectively applied to the magnetic film pattern 6 in the ring. In addition, the magnetic flux which is emitted from the magnetic film pattern and which tries to go to the superconductor wire 3 is shielded by the superconductor wire 2, so that most of the magnetic flux passes around the superconductor wire 4. In this magnetization reversal process, if the superconductor ring 1 part is temporarily transitioned from superconductivity to normal conduction, the magnetization state after the magnetization reversal will cause the newly induced diamagnetism in the superconductor ring 5. It is stabilized by electric current.

なお、この方法を用いたときの1ビットのデータ書き込
み時間は10nsのオーダである。
The 1-bit data write time when this method is used is on the order of 10 ns.

読み出し方法を述べる。書き込んだ情報の読み出し方法
として、2種類の例を述べる。1つは超伝導体線2の電
流磁界によって磁性体膜パターンの磁化の向きを磁化容
易方向(Y-軸)から傾け、この磁化変位に伴なって超伝
導体リングに誘起される反磁性電流および読み出し時に
超伝導体線1に与えているバイアス電流Ibを用いて該超
伝導体リング部を超伝導状態から常伝導状態に転移さ
せ、電圧を読み取る方法である。いま1つはジョセフソ
ン接合を取り付けて、磁性体膜パターンからの磁束の流
れの向きを検知する方法である。
The reading method will be described. Two types of examples will be described as methods of reading the written information. One is that the direction of magnetization of the magnetic film pattern is tilted from the easy magnetization direction (Y-axis) by the current magnetic field of the superconductor wire 2, and the diamagnetic current induced in the superconductor ring along with this magnetization displacement. and read during a superconductor ring portion with a bias current I b has given the superconductor wire 1 is transferred from the superconducting state to the normal conducting state, a method of reading voltage. The other is to attach a Josephson junction and detect the direction of the flow of magnetic flux from the magnetic film pattern.

まず、前者について説明する。読み出し時には第4図に
示すように超伝導リングにX-軸方向、正の向きに直流バ
イアス電流Ibを与えておく。そしてY-軸方向の超伝導体
線2にパルス電流を与えて、磁性膜パターンの面内の磁
化困難方向に磁界Hを加えて、磁化9をY-軸方向から
一時傾ける。そうすると、磁化の安定化した向きがY-軸
方向に沿って、正の向きであったか、負の向きであった
かに依存して、超伝導体リングには、それぞれ第4図の
(a)または(b)にidで示す反磁性電流が誘起され
る。この反磁性電流の向きを検知するため、本発明の素
子の超伝導体リングはそれぞれ臨界電流が違う2種類の
超伝導材料を使って形成している。そして右向きの反磁
性電流と左向きの反磁性電流を弁別する。第4図の例で
は超伝導体線3とそれに比べて、臨界電流が大きい材料
で超伝導体線4で超伝導体リングを形成している。超伝
導体線3,4それぞれの臨界電流をI3c,I4cとする。
First, the former will be described. At the time of reading, as shown in FIG. 4, a DC bias current I b is applied to the superconducting ring in the X-axis direction and in the positive direction. Then, a pulse current is applied to the superconductor line 2 in the Y-axis direction to apply a magnetic field H X in the in-plane difficult magnetization direction of the magnetic film pattern to temporarily tilt the magnetization 9 from the Y-axis direction. Then, depending on whether the stabilized direction of the magnetization is the positive direction or the negative direction along the Y-axis direction, the superconductor ring has a (a) or (() in FIG. 4, respectively. A diamagnetic current indicated by i d is induced in b). In order to detect the direction of this diamagnetic current, the superconductor ring of the device of the present invention is formed by using two kinds of superconducting materials having different critical currents. Then, the rightward diamagnetic current and the leftward diamagnetic current are discriminated. In the example of FIG. 4, the superconductor ring 3 is formed of the superconductor wire 3 and a material having a larger critical current than that of the superconductor wire 3. Let I 3c and I 4c be the critical currents of the superconductor wires 3 and 4, respectively.

読み出し動作について説明する。磁化を反転させた状態
(第4図(b))のビットの磁化9をY-軸方向の超伝導
体線2にパルス電流を与えてX-軸方向に向けたときの反
磁性電流Idの向きと上記のバイアス電流Ibの向きが超伝
導体リングの中で、臨界電流idが小さい領域(第4図の
超伝導線3)で互いに同じ向きになるようにしてある。
この状態で、バイアス電流値Ibを定められた範囲の値に
設定して、磁性体の磁化の向きが負のときには1/2・Ib
+Idが超伝導層3の臨界電流I3cを越えて、超伝導層3
は常伝導に転移してしまうようにする。そうすると、3
を流れていたバイアス電流は超伝導線4を流れるように
なり、超伝導層4にはIbが流れる。このIbが超伝導体層
4の電流値I4cに比べて大きくなるようにしてあれば、
そのリングは常伝導になり、超伝導体リングの両端に電
圧が出る。他方、磁化が反転していない状態(第4図
(a))では、このバイアス電流値においては超伝導層
3には(1/2・Ib−id)しか電流が流れないので、超伝
導‐常伝導転移は起こらない。したがって、超伝導体リ
ングの両端には電圧は出ない。つまり、磁性体膜パター
ン内の磁化の向きを弁別できる。
The read operation will be described. Diamagnetic current I d when the magnetization 9 of the bit with the magnetization reversed (FIG. 4 (b)) is directed in the X-axis direction by applying a pulse current to the superconductor line 2 in the Y-axis direction. And the direction of the bias current I b are the same in the region (superconducting wire 3 in FIG. 4) where the critical current i d is small in the superconductor ring.
In this state, set the bias current value I b to a value within the specified range, and when the magnetization direction of the magnetic material is negative, 1/2 ・ I b
+ I d exceeds the critical current I 3c of the superconducting layer 3,
Causes normal transfer. Then 3
The bias current flowing through the superconducting wire 4 flows through the superconducting wire 4, and Ib flows through the superconducting layer 4. If this I b is set to be larger than the current value I 4c of the superconductor layer 4,
The ring becomes normal and a voltage develops across the superconductor ring. On the other hand, in the state where the magnetization is not reversed (FIG. 4 (a)), only (1/2 · I b −i d ) current flows in the superconducting layer 3 at this bias current value. The conduction-normal transition does not occur. Therefore, no voltage appears across the superconductor ring. That is, it is possible to discriminate the direction of magnetization in the magnetic film pattern.

以上のことを整理してみると、第5図に示すようにな
る。超伝導体層3の臨界電流と4の臨界電流との間に
は、 I4c>1/2Ib+id>I3c>1/2Ib−id>0 なる関係が成り立っている必要がある。バイアス電流Ib
は 2I3c>Ib>I4c を満たすように設定する。これからすぐに 1/2I4c<I3c<I4c が得られる。
The above is summarized as shown in FIG. Between the superconductor layer 3 of the critical current and 4 of the critical current, it is necessary I 4c> 1 / 2I b + i d> I 3c> 1 / 2I b -i d> 0 the relationship is made up . Bias current I b
Is set to satisfy 2I 3c > I b > I 4c . From this, 1 / 2I 4c <I 3c <I 4c is obtained immediately.

ここでバイアス電流Ibを 1/2Ib=I3c−δ(0<δ<id) とすると、バイアス電流値に対する条件 2I3c>Ib>I4cは満たされ、かつ 1/2Ib+id>I3c>1/2Ib−ib の条件も満たされることになる。以上の他、 I4c>I3c−δ+id>I3c のために I4c>I3c+idの条件が満たされる必要があるが、I4c
できるだけ大きくとるとしてI3cが I3c=1/2I4c+δ′(δ′>0;微小量) を満たしていれば十分である。
Here the 1 / a bias current I b 2I b = I 3c -δ (0 <δ <i d) If that condition 2I 3c with respect to the bias current value> I b> I 4c are filled, and 1 / 2I b + i The condition of d > I 3c > 1 / 2I b −i b is also satisfied. In addition to the above, it is necessary to condition I 4c> I 3c + i d is satisfied for I 4c> I 3c -δ + i d> I 3c, I 3c as as large as possible to I 4c is I 3c = 1 / It is sufficient if 2I 4c + δ ′ (δ ′>0; minute amount) is satisfied.

例えば、バイアス電流IbをIb=17.5×10-3Aとする。強
磁性体薄膜の磁化反転による反磁性電流により、超伝導
体リングが超伝導‐常伝導転移をする場合、超伝導リン
グに流れる誘導電流は0.25×10-3Aとなり、常伝導状態
のリング部により出力電圧がでる。しかも磁性薄膜の磁
化はY超伝導体線の電流を切ると、読み出し前の状態に
戻る。
For example, the bias current I b is I b = 17.5 × 10 −3 A. When the superconducting ring undergoes a superconducting-normal transition due to the diamagnetic current due to the magnetization reversal of the ferromagnetic thin film, the induced current flowing in the superconducting ring is 0.25 × 10 -3 A, and the ring part in the normal conducting state The output voltage comes out. Moreover, the magnetization of the magnetic thin film returns to the state before reading when the current of the Y superconductor line is cut off.

つぎに出力電圧を見積ってみる。Next, try to estimate the output voltage.

超伝導体の比抵抗pにはp=200〜250μΩcmを採用し、
ユニットセルにおける超伝導体の導体長eを4μmと仮
定する。そうすると、発生する電圧Vは10mVのオーダと
なる。これはバブルメモリの場合に比べて1桁大きい。
The specific resistance p of the superconductor is p = 200-250 μΩcm,
The conductor length e of the superconductor in the unit cell is assumed to be 4 μm. Then, the generated voltage V is on the order of 10 mV. This is an order of magnitude larger than in the case of bubble memory.

つぎにジョセフソン接合を用いた読み出し方法について
説明する。
Next, a reading method using the Josephson junction will be described.

第6図に構成例を示す。また第7図に基本セル構造を示
す。超伝導体線7を第1の超伝導体線4の上に配置す
る。超伝導体リングの上で、第7図(b)に8で示すよ
うに、超伝導体線4との間にジョセフソン接合を形成す
る。ジョセフソン接合には、第8図(a),(b)に示
すように磁性体膜パターンの磁化の向きに依存した向き
の磁束10が流れている。この磁束が存在しているとき、
すべての接合が常伝導状態になるように超伝導体線7の
一端と超伝導体線1の一端の間にセンス電流Isを与えて
おく。このセンス電流に関しては次の条件を満たす必要
がある。ジョセフソン接合を流れる超伝導電流の最大値
Imaxは接合を貫く磁束の量に依存して変化する。その例
を第9図(a),(b)に示す。横軸のφはφ=HW(2
λ+d)と書ける。Wは接合部で磁束の向きに直交する
断面の幅、2λ+dは磁束侵入深さλと接合部の厚さd
から求まる磁束が通過できる有効厚さである。φ0は磁
束量子である。いまの場合、Hは磁性体膜パターンに由
来する。第9図のIsのレベルに超伝導体線7のセンス電
流を固定する。このIsはφ=0のときのImaxに比べて十
分低くし、またφ≠0のときのImaxに比べて高くなるよ
うにしておく必要がある。なお第8図(a),(b)で
11は超伝導体線4の電流の向き、12はこの電流による磁
束を示す。
FIG. 6 shows a configuration example. The basic cell structure is shown in FIG. The superconductor wire 7 is arranged on the first superconductor wire 4. On the superconductor ring, a Josephson junction is formed with the superconductor wire 4 as shown by 8 in FIG. 7 (b). In the Josephson junction, as shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b), the magnetic flux 10 flows in a direction depending on the magnetization direction of the magnetic film pattern. When this magnetic flux exists,
All junctions should give a sense current I s between one end and the superconductor wire 1 of the superconductor line 7 so that the normal state. The following conditions must be satisfied for this sense current. Maximum value of superconducting current flowing in Josephson junction
I max changes depending on the amount of magnetic flux penetrating the junction. An example thereof is shown in FIGS. 9 (a) and 9 (b). Φ on the horizontal axis is φ = H W (2
can be written as λ + d). W is the width of the cross section orthogonal to the direction of the magnetic flux at the joint, 2λ + d is the magnetic flux penetration depth λ and the thickness d of the joint.
It is the effective thickness that the magnetic flux obtained from can pass. φ0 is a magnetic flux quantum. In the present case, H originates from the magnetic film pattern. The level of I s of FIG. 9 for fixing the sense current of the superconductor wire 7. This I s needs to be sufficiently lower than I max when φ = 0 and higher than I max when φ ≠ 0. In addition, in FIG. 8 (a), (b)
Reference numeral 11 indicates the direction of the current of the superconductor wire 4, and 12 indicates the magnetic flux due to this current.

超伝導体線1の他の一端からもう一種類の読み出し電流
を供給して接合部の正味の磁束量を制御する。もし、第
7図の超伝導体線1と2との交点の磁性体膜パターンの
磁化が下向きのとき、Irを超伝導体線1の左から右に流
すと、交点のジョセフソン接合部の有効磁束は減少し、
零となる。したがって、接合部は超伝導状態になり、前
述の超伝導体線7の一端と超伝導体線1の一端との間の
抵抗が零の状態になる。他方、磁性体膜パターンの磁化
が上向きのときはいま述べたと同じ向きのIrに対しては
ジョセフソン接合部の有効磁束は、かえって増加し、結
局接合部は常伝導状態のままである。この差を使って、
磁性体膜パターンの磁化の向きを検知する。
Another kind of read current is supplied from the other end of the superconductor wire 1 to control the net magnetic flux amount at the junction. If the magnetization of the magnetic film pattern at the intersection of the superconductor lines 1 and 2 in FIG. 7 is downward, if I r is caused to flow from the left to the right of the superconductor line 1, the Josephson junction at the intersection The effective magnetic flux of
It becomes zero. Therefore, the junction becomes superconducting, and the resistance between the one end of the superconductor wire 7 and the one end of the superconductor wire 1 becomes zero. On the other hand, when the magnetization of the magnetic film pattern is upward, the effective magnetic flux of the Josephson junction increases rather with respect to I r in the same direction as described above, and the junction remains in the normal conduction state. Using this difference,
The magnetization direction of the magnetic film pattern is detected.

(発明の効果) 本発明により、従来問題になっていた磁化反転後の磁化
状態の不安定性、記憶密度の向上に伴う情報の読み出し
の不安定性がともに格段に改善された高性能の高密度記
憶素子を実現できる。
(Effects of the Invention) According to the present invention, high-performance high-density storage in which the instability of the magnetization state after the magnetization reversal and the instability of information reading accompanying the improvement of the storage density have been remarkably improved by the present invention. The device can be realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明の基本セル構造の例を示す外観図、第2
図は基本セルをマトリックス状に配置して記憶素子の形
にした一例を示す図、第3図(a),(b)は基本セル
の詳細構造図、第4図(a),(b)は情報読み出しの
例を示す図、第5図は超伝導体線の臨界電流間の関係を
示す図、第6図はもう1つの基本セルをマトリックス状
に配置して記憶素子の形にした例を示す図、第7図
(a),(b)は基本セルの詳細構造例を示す図、第8
図は情報読み出しのもう1つの例を示す図、第9図はジ
ョセフソン接合を横切る磁束と接合を流れる臨界電流と
の関係を示す図、第10図は一軸磁気異方性をもつ磁性体
の磁化容易方向に磁界を加えたときの磁化曲線図、第11
図はコアメモリの構成図、第12図はコアの磁化状態図、
第13図は磁性体膜パターンを使ったメモリの基本構成
図。 1;超伝導体線、2:超伝導体線、3,4:超伝導体線、5:超伝
導体リング、6:磁性体膜パターン、7:読み出し用超伝導
体線、8:ジョセフソン接合、9:磁性体膜パターンの中の
磁化、10:磁性体膜パターンの磁化による磁束、11:X-超
伝導体線の電流の向き、12:電流11による磁束、13:リン
グコア、14:X-導体線、15:Y-導体線、16:読み出し線、1
7:コア内の磁化、18:磁性膜パターン、18′:磁化が反
転している磁性膜パターン。
FIG. 1 is an external view showing an example of the basic cell structure of the present invention.
The figure shows an example in which the basic cells are arranged in a matrix to form a memory element. FIGS. 3 (a) and 3 (b) are detailed structural diagrams of the basic cells, and FIGS. 4 (a) and 4 (b). Is a diagram showing an example of reading information, FIG. 5 is a diagram showing a relationship between critical currents of superconductor wires, and FIG. 6 is an example of another basic cell arranged in a matrix to form a memory element. FIG. 7 (a) and FIG. 7 (b) are diagrams showing a detailed structure example of a basic cell, and FIG.
The figure shows another example of information reading, FIG. 9 shows the relationship between the magnetic flux crossing the Josephson junction and the critical current flowing through the junction, and FIG. 10 shows the magnetic material with uniaxial magnetic anisotropy. Magnetization curve diagram when a magnetic field is applied in the easy magnetization direction, No. 11
Figure is a block diagram of the core memory, Figure 12 is a magnetization state diagram of the core,
FIG. 13 is a basic block diagram of a memory using a magnetic film pattern. 1; Superconductor wire, 2: Superconductor wire, 3,4: Superconductor wire, 5: Superconductor ring, 6: Magnetic film pattern, 7: Read superconductor wire, 8: Josephson Junction, 9: Magnetization in magnetic film pattern, 10: Magnetic flux due to magnetization of magnetic film pattern, 11: Direction of current of X-superconductor line, 12: Magnetic flux due to current 11, 13: Ring core, 14: X-conductor wire, 15: Y-conductor wire, 16: readout wire, 1
7: Magnetization in the core, 18: Magnetic film pattern, 18 ': Magnetic film pattern in which the magnetization is reversed.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】膜面内に一軸性の磁気異方性を有する強磁
性体膜と、該磁性体膜を介して互いに交差するように配
置される第1、第2の超伝導体線を備えた磁気記憶素子
において、磁性体膜に対応する位置では第1の超伝導体
線の反対側に磁性体膜パターンと第2の超伝導体線とを
はさむように、しかも他の位置では第1の超伝導体線に
重なるように第3の超伝導体線を配置し、第1、第3の
超伝導体線が第2の超伝導体線と交差する位置では、第
1の超伝導体線と第3の超伝導体線とが磁性体膜と第2
の超伝導体線とをとり囲む超伝導体のリングを形成して
いることを特徴とする磁気記憶素子。
1. A ferromagnetic film having uniaxial magnetic anisotropy in a film plane, and first and second superconductor wires arranged so as to intersect each other through the magnetic film. In the provided magnetic memory element, the magnetic film pattern and the second superconductor line are sandwiched on the opposite side of the first superconductor line at the position corresponding to the magnetic film, and at the other positions, The third superconducting wire is arranged so as to overlap the first superconducting wire, and the first superconducting wire is placed at a position where the first and third superconducting wires intersect with the second superconducting wire. The body wire and the third superconductor wire are the magnetic film and the second superconductor wire.
A magnetic memory element characterized by forming a ring of a superconductor surrounding the superconductor wire of.
【請求項2】膜面内に一軸性の磁気異方性を有する強磁
性体膜と、該磁性体膜を介して互いに交差するように配
置される第1、第2の超伝導体線を備えた磁気記憶素子
において、磁性体膜に対応する位置では第1の超伝導体
線の反対側に磁性体膜パターンと第2の超伝導体線とを
はさむように、しかも他の位置では第1の超伝導体線に
重なるように第3の超伝導体線を配置し、第1、第3の
超伝導体線が第2の超伝導体線と交差する位置では、第
1の超伝導体線と第3の超伝導体線とが磁性体膜と第2
の超伝導体線とをとり囲む超伝導体のリングを形成し、
また第2の超伝導体線に沿って配置され、磁性体膜に対
応する位置で第1または第3の超伝導体線とジョセフソ
ン接合を形成する第4の超伝導体線を備えたことを特徴
とする磁気記憶素子。
2. A ferromagnetic film having uniaxial magnetic anisotropy in the film plane, and first and second superconductor wires arranged so as to intersect each other through the magnetic film. In the provided magnetic memory element, the magnetic film pattern and the second superconductor line are sandwiched on the opposite side of the first superconductor line at the position corresponding to the magnetic film, and at the other positions, The third superconducting wire is arranged so as to overlap the first superconducting wire, and the first superconducting wire is placed at a position where the first and third superconducting wires intersect with the second superconducting wire. The body wire and the third superconductor wire are the magnetic film and the second superconductor wire.
Form a ring of superconductor surrounding the superconductor wire of
Also, a fourth superconductor wire is provided along the second superconductor wire and forms a Josephson junction with the first or third superconductor wire at a position corresponding to the magnetic film. Magnetic storage element characterized by.
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