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Dokumentenidentifikation DE60021335T2 20.04.2006
EP-Veröffentlichungsnummer 0001096500
Titel Magnetisierungssteuerungsverfahren und Datenspeicherungsvefahren
Anmelder Sony Corp., Tokio/Tokyo, JP
Erfinder Bessho, Kazuhiro, Tokyo, JP;
Iwasaki, Yoh, Tokyo, JP
Vertreter Müller - Hoffmann & Partner Patentanwälte, 81667 München
DE-Aktenzeichen 60021335
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 25.10.2000
EP-Aktenzeichen 001231687
EP-Offenlegungsdatum 02.05.2001
EP date of grant 20.07.2005
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.04.2006
IPC-Hauptklasse G11C 11/16(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, EP
IPC-Nebenklasse H01F 10/32(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, EP   

Beschreibung[de]
HINTERGRUND DER ERFINDUNG Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Magnetisierungssteuerverfahren und ein Informationsspeicherverfahren, die z. B. für die Anwendung auf einen magnetischen Halbleiterspeicher geeignet sind.

Beschreibung des technischen Gebiets

Zusammen mit der epochemachenden Verbreitung von Informationskommunikationsvorrichtungen, insbesondere den Informationsvorrichtungen für die persönliche Verwendung, wie z. B. tragbaren Endgeräten, ist es erwünscht, dass ihre Bestandteilvorrichtungen, wie z. B. Speicher und Logik, höhere Leistungen besitzen, wie z. B. höhere Integration, höhere Geschwindigkeit, geringere Leistungsaufnahme usw. Insbesondere wird der Fortschritt nichtflüchtiger Speicher zu höheren Dichten und größeren Kapazitäten immer wichtiger als komplementäre Techniken mit magnetischen Festplatten, für die es infolge des Vorhandenseins beweglicher Elemente und aus anderen Gründen im Prinzip schwierig ist, zu einer Verringerung der Größe, einer Zunahme der Geschwindigkeit und einer Verringerung der Leistungsaufnahme fortzuschreiten.

Flash-Halbleiterspeicher und FeRAM (ferroelektrischer nichtflüchtiger Speicher) werden gegenwärtig in der Praxis als nichtflüchtiger Speicher verwendet, wobei dennoch verschiedene Anstrengungen in Richtung auf höhere Leistungen fortgesetzt werden. Der Flash-Speicher und der FeRAM bringen jedoch die folgenden wesentlichen Nachteile mit sich, die aus ihren Grundprinzipien des Betriebs, den Strukturen und den verwendeten Materialien abgeleitet werden.

<Flash-Speicher>
  • 1. Für das Schreiben wird die Injektion heißer Elektronen in schwebende Gates verwendet. Der Injektionswirkungsgrad ist normalerweise so niedrig wie 10–6, wobei eine Zeit in der Größenordnung von &mgr;s erforderlich ist, um eine elektrische Ladung zu akkumulieren, die für die Speicherung ausreichend ist.
  • 2. Falls eine Anstrengung unternommen wird, um in (1) oben den Injektionswirkungsgrad zu vergrößern (z. B. die Verwendung der Injektion durch Fowler-Northeim-Tunnelung), wird die Vorrichtungsstruktur unvermeidlich verkompliziert. Dies macht es schwierig, eine höhere Integration zu verwirklichen, wobei eine derartige komplizierte Struktur hohe Kosten verursacht.
  • 3. Sowohl die Injektion heißer Elektronen als auch die Tunnelungsinjektion benötigt eine Hochspannung (typischerweise mehr als 10 V), wobei ihre Leistungsaufnahme groß ist. Außerdem ist für die tragbare Verwendung ein Inverter erforderlich, wobei dies für die Miniaturisierung nachteilig ist.
  • 4. Ein Tunneloxidfilm um schwebende Gates verschlechtert sich zunehmend mit dem Auftreten der Schreibvorgänge. Es führt zum Induzieren des Leckstroms, der Förderung des Abflusses der Ladungen für die Speicherung und der Verschlechterung der Zuverlässigkeit. Die typische Lebensdauer beträgt etwa 100.000 mal.
<FeRAM>
  • 1. Das ferroelektrische Element, das ein Metalloxid ist, wird leicht durch eine reduzierende Atmosphäre beeinflusst, die für einen Siliciumprozess unerlässlich ist, wobei es nicht zu einem derartigen Prozess passt.
  • 2. Oxide benötigen im Allgemeinen einen Prozess unter hoher Temperatur, was eine nachteilige Bedingung bei der Mikrominiaturisierung der Entwurfsregeln ist. Das heißt, dies stört die hochdichte Integration. Obwohl er eine Vorrichtungsstruktur besitzt, die eine Integration so hoch wie DRAM oder dergleichen ermöglicht, wird im Allgemeinen angenommen, dass diese Faktoren den Grad der Integration auf ein Maximum von 10 Mb/Zoll2 begrenzen.

Als ein nichtflüchtiger Speicher, der diese Nachteile nicht mit sich bringt, ist vor kurzem magnetischer Speicher, der als MRAM (magnetischer Schreib-Lese-Speicher) bezeichnet wird, zur Kenntnis gebracht worden, wie durch Wang u. a., IEEE Trans. Magn., 33 (1997), 4498, offenbart wird.

MRAM ist eine magnetische Informationsspeichervorrichtung, in der feine Speichermedien eines magnetischen Körpers regelmäßig angeordnet sind, wobei Verdrahtungen vorgesehen sind, um zu erlauben, dass auf jedes Speichermedium zugegriffen wird. Das Schreiben wird unter Verwendung eines strommagnetischen Feldes ausgeführt, das erzeugt wird, indem ein Strom sowohl in einer Auswahlleitung (Wortleitung) als auch in einer Leseleitung (Bitleitung) fließt, die über den Speichermedien vorgesehen sind, und indem die Magnetisierung der einzelnen magnetischen Elemente gesteuert wird, die die Speichermedien bilden. Das Lesen wird unter Verwendung eines strommagnetischen Effekts ausgeführt. Weil MRAM eine einfache Struktur besitzt, ist dessen hohe Integration leicht, wobei infolge seiner An der Speicherung durch die Drehung eines magnetischen Moments seine maximale Lebensdauer groß ist. Außerdem benötigt er keine Hochspannung, wobei er fast kein Oxid benötigt, das schwierig herzustellen ist. Gerade nach diesem Vorschlag war eine lange Zugriffszeit (Lesezeit) ein Problem. Heute, wo eine hohe Ausgabe unter Verwendung des GMR-Effekts (Riesen-Magnetoresistenz-Effekts) und des TMR-Effekts (Tunnel-Magnetoresistenz-Effekts) erhalten werden kann, ist das Problem seiner Zugriffszeit signifikant verbessert worden.

Dieser MRAM bringt jedoch ein wesentliches Problem bei seinem Schreibverfahren vom Standpunkt der fortgeschritteneren Integration mit sich. Spezifischer nimmt, da die Verdrahtungen zusammen mit der zunehmend höheren Integration dünner werden, der kritische Wert des Stromes ab, der zur Schreibleitung geliefert werden kann, wobei deshalb das erhaltene Magnetfeld so klein wird, dass die Koerzitivkraft des Speicherbereichs verringert werden muss. Dies bedeutet, dass sich die Zuverlässigkeit der Informationsspeichervorrichtung verringert. Weil ferner das Magnetfeld im Allgemeinen anders als Licht oder Elektronenstrahlen nicht konvergiert werden kann, kann ihre hohe Integration einen Kopiereffekt verursachen. Folglich bringt das Schreiben, das sich auf ein strommagnetisches Feld stützt, diese Probleme mit sich, die große Nachteile des MRAM werden können.

Ähnlich zum Flash-Speicher und zum FeRAM werden diese Probleme beseitigt, falls die Magnetisierung durch eine reine elektrische Anregung gesteuert werden kann, d. h. ohne Verwendung eines strommagnetischen Feldes. Ein Verfahren gemäß diesem Konzept ist bereits vorgeschlagen worden, wobei es eine Technik gibt, die eine Struktur verwendet, in der zwei ferromagnetische Lagen durch eine Halbleiterlage getrennt sind, wie z. B. durch Mattson u. a., Phys. Rev. Lett., 71 (1993), 185, offenbart ist.

Diese Technik verwendet die Tatsache, dass die magnetische Kopplung zwischen ferromagnetischen Lagen von der Ladungsträgerkonzentration einer zwischen ihnen angeordneten Halbleiterlage abhängt. In einem mehrlagigen Aufbau, der derartige ferromagnetische/Halbleiter-/ferromagnetische Lagen stapelt, kann die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Lagen z. B. von parallel in antiparallel geändert werden, indem die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterlage als die Zwischenlage gesteuert wird. Deshalb wird die Koerzitivkraft in einer der ferromagnetischen Lagen (der festen Lage) groß eingestellt, wobei dann die Magnetisierung der anderen ferromagnetischen Lage (der beweglichen Lage) bezüglich der festen Lage gedreht werden kann. Ein derartiges Verfahren des Drehens der Magnetisierung durch eine elektrische Eingabe ist als eine Technik vielversprechend, um eine kompakte Komponente vollständig aus Festkörpern zu verwirklichen.

Im obenerwähnten mehrlagigen Aufbau, der ferromagnetische/Halbleiter-/ferromagnetische Lagen stapelt, tritt die magnetische Wechselwirkung zwischen den ferromagnetischen Lagen indirekt über die Halbleiterlage auf. In diesem Fall muss die Halbleiterlage als die Zwischenlage ausreichend dünn sein, weil die Intensität der Wechselwirkung zwischen den ferromagnetischen Lagen über die Halbleiterlage exponentiell mit der Dicke der Halbleiterlage gedämpft wird.

Hier wird angenommen, dass für den Zweck des Erhaltens einer tatsächlichen Intensität der Wechselwirkung eine Koerzitivkraft von 100 Oe (Oersted) z. B. durch ein Verfahren wie der Austauschvormagnetisierung in einer Nickel-Eisen-Legierung mit der Dicke von 2 nm und der Sättigungsmagnetisierung von 12500 G (Gauß) geliefert wird. Um eine Energie zu liefern, die zu einer Energie äquivalent ist, die notwendig ist, um die Magnetisierung dieser Nickel-Eisen-Legierung durch indirekte Wechselwirkung über die Halbleiterlage umzukehren, wird durch eine einfache Berechnung geschätzt, dass die Austauschkopplungskonstante J wenigstens 0,02 mJ/m2 (J = Joule) betragen muss. Offenbar muss die Dicke der Halbleiterlage als die Zwischenlage 2,5 nm oder weniger betragen, um eine Wechselwirkung abzusichern, die nicht kleiner als dieser Wert ist, wie z. B. durch J. J. de Vries, Physical Review Letters, 78 (1997), 3023, angegeben ist. Dies ist eine der Halbleiterlage als die Zwischenlage auferlegte Bedingung, um eine praktische Vorrichtung zu schaffen.

Um andererseits die magnetische Kopplung zwischen den ferromagnetischen Lagen durch die Steuerung der Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterlage als die Zwischenlage zu steuern, ist eine Elektrode in irgendeiner geeigneten Weise an der Halbleiterlage anzubringen, um eine Spannung anzulegen oder einen Strom zu injizieren. Außerdem muss die Vorrichtungsstruktur, die diese Elektrode enthält, optimiert werden, um die Ladungsträgerkonzentration der Halbleiterzone zwischen diesen zwei ferromagnetischen Zonen (die als die Speichermedien dienen) effektiv zu steuern. Weil jedoch die Dicke der Halbleiterlage 2,5 nm oder weniger betragen muss, wie oben erklärt worden ist, ist es schwierig, eine derartige Vorrichtung mit den vorhandenen Feinverarbeitungstechniken tatsächlich herzustellen. Selbst wenn eine derartige Vorrichtung tatsächlich hergestellt werden kann, ist es äußerst schwierig, die Modulation der Ladungsträgerkonzentration in der Steuerung der magnetischen Kopplung widerzuspiegeln, weil die Halbleiterlage mit einer Dicke dieser Größenordnung als eine beträchtlich isolierende Barriere bildend betrachtet wird.

Patent Abstracts of Japan, Band 1998, Nr.03, 27. Februar 1999 u. JP 09307156 A (SANYO ELECTRIC CO. LTD.) offenbart einen Magnetfeldsensor, in dem eine Magnetoresistenzvorrichtung verwendet wird, wobei die Magnetoresistenzvorrichtung einen ersten Betriebsbereich mit GMR-Effekt und einen zweiten Betriebsbereich zum Injizieren von Spinpolarisationselektronen mit einer Spinpolarisationsrichtung in einer Richtung der Spinrichtungen der Elektronen besitzt. Der zweite Betriebsbereich ist aus einer nichtmagnetischen metallischen Körperzone zum Injizieren von Spinpolarisationselektronen und einer Potentialbarrierenzone zum Auswählen und Injizieren von Spinpolarisationselektronen mit einer Spinpolarisationsrichtung in einer spezifizierten Richtung gebildet.

GB-A-2 333 990 (SIEMENS AG) offenbart einen magnetfeldempfindlichen Dünnschichtsensor mit einer Tunneleffekt-Barrierenlage. Der Magnetsensor umfasst eine Folge von Lagen, die eine hohe magnetische Steifigkeit besitzen, und eine Messlage, die eine niedrige magnetische Steifigkeit besitzt, die durch eine Tunneleffekt-Barrierenlage getrennt sind. An die Messlage grenzt ein Halbleiterbereich an, der eine Schottky-Barriere bildet.

Diese beiden Dokumente des Standes der Technik sind auf die Messungen externer Magnetfelder gerichtet.

AUFGABE UND ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Erfindung ist durch die Verfahrensansprüche 1 und 8 definiert.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, ein Magnetisierungssteuerverfahren, das die Magnetisierung leicht steuern kann, ohne ein Magnetfeld zu verwenden, und ein Informationsspeicherverfahren zu schaffen.

Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Magnetisierungssteuerverfahren mit den folgenden Schritten geschaffen:

Anordnen einer Potentialbarrierenzone in direktem oder indirektem Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone; und

Steuern der Magnetisierung der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone.

Gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Informationsspeicherverfahren mit den folgenden Schritten geschaffen:

Anordnen einer Potentialbarrierenzone in direktem oder indirektem Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone; und

Steuern der Magnetisierung der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone;

wobei die Speicherung von Informationen durch Verwenden wenigstens der Magnetisierung der ein magnetisches Element enthaltenden Zone bewerkstelligt wird.

Typischerweise besitzt in der Erfindung die den magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau, in dem mehrere ferromagnetische Lagen gestapelt und durch eine Zwischenlage getrennt sind; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die sich außerhalb des mehrlagigen Aufbaus in der Stapelrichtung befindet; wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Lagen in der den magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird. Spezifischer hat z. B. die den magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau, in dem mehrere ferromagnetische Metalllagen durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs der Grenzfläche mit der Halbleiterlage, die sich in Stapelrichtung außerhalb des mehrlagigen Aufbaus befindet, ausgebildet ist; wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Metalllagen in der den magnetischen Körper enthaltende Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird. Alternativ hat die den magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau, in dem mehrere ferromagnetische Metalllagen durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die sich in Stapelrichtung außerhalb des mehrlagigen Aufbaus befindet; wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Metalllagen in der den magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.

In der Erfindung kann die den magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage sein; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage sein kann, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist; wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert werden kann. Spezifischer ist z. B. die den magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs der Grenzfläche mit einer Halbleiterlage ausgebildet ist, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist; wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird. Alternativ ist die den magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage; wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist; wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.

In der Erfindung ist ein Schaltelement ähnlich zu einem Feldeffekttransistor (FET) unter Verwendung des Phänomens, dass sich der magnetische Widerstand z. B. mit einer angelegten Spannung ändert, als das magnetische Funktionselement verwendbar. Unter Verwendung von einem oder mehreren Schaltelementen können verschiedene Schaltungen einschließlich z. B. einer Logikschaltung hergestellt werden.

In der Erfindung mit der oben zusammengefassten Konfiguration kann durch Modulation der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone, die in direktem oder indirektem Kontakt mit der das magnetische Element enthaltenden Zone angeordnet ist, das quantenmechanische Reflexionsvermögen der Elektronen längs der Grenzfläche zwischen der den magnetischen Körper enthaltende Zone und der Potentialbarrierenzone moduliert werden. Weil die Interferenz der Elektronenwellen in der magnetischen Wechselwirkung innerhalb der das magnetische Element enthaltenden Zone stattfindet, kann die Magnetisierung der den magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Modulation des quantenmechanischen Reflexionsvermögens gesteuert werden. In diesem Fall kann die Elektrode für die Eingabe, wie z. B. für das Anlegen einer Spannung, leicht angeordnet werden, weil sich die Potentialbarrierenzone außerhalb der das magnetische Element enthaltenden Zone befinden kann. Deshalb kann die Magnetisierung der den magnetischen Körper enthaltenden Zone leicht gesteuert werden, ohne ein Magnetfeld anzulegen, wobei die Informationen z. B. unter Verwendung wenigstens einer Magnetisierung der das magnetische Element enthaltenden Zone gespeichert werden können.

Die obigen und anderen Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus ihrer folgenden ausführlichen Beschreibung leicht offensichtlich, die im Zusammenhang mit der beigefügten Zeichnung zu lesen ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

1A und 1B sind eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, und ihr Potentialdiagramm vor dem Anlegen einer Spannung;

2A und 2B sind eine Querschnittsansicht, die die magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zeigt, und ihr Potentialdiagramm nach dem Anlegen einer Spannung;

3 ist eine schematische graphische Darstellung, um die Operation der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform zu erklären;

4 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt;

5 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform zeigt;

6 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform zeigt;

7 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer fünften Ausführungsform zeigt;

8 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer sechsten Ausführungsform zeigt;

9 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer siebenten Ausführungsform zeigt;

10A und 10B sind ein Grundriss und eine Querschnittsansicht, die eine Informationsspeichervorrichtung gemäß einer achten Ausführungsform zeigen;

11A und 11B sind ein Grundriss und eine Querschnittsansicht, die eine Informationsspeichervorrichtung gemäß einer neunten Ausführungsform zeigen;

12 ist eine Querschnittsansicht, die einen Transistor gemäß einer zehnten Ausführungsform zeigt;

13A und 13B sind eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform zeigt, und ihr Potentialdiagramm vor dem Anlegen einer Spannung;

14A und 14B sind eine Querschnittsansicht, die die magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer elften Ausführungsform zeigt, und ihr Potentialdiagramm nach dem Anlegen einer Spannung;

15 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer zwölften Ausführungsform zeigt;

16 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer dreizehnten Ausführungsform zeigt;

17 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer vierzehnten Ausführungsform zeigt; und

18 ist eine Querschnittsansicht, die eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer fünfzehnten Ausführungsform zeigt.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Einige Ausführungsformen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung erklärt.

1A und 1B zeigen eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform, wobei 1A eine Querschnittsansicht der magnetischen Funktionsvorrichtung ist, während 1B ein Diagramm des Elektronenpotentials der magnetischen Funktionsvorrichtung ist, das 1A entspricht. Im Potentialdiagramm nach 1B ist die ausgezogene Linie das Potential, das der nach oben gerichtete Spin fühlt, während die gestrichelte Linie das Potential ist, das der nach unten gerichtete Spin fühlt. In den Abschnitten, wie z. B. innerhalb der nichtmagnetischen Lage, in denen die Spin-Asymmetrie im Potential nicht vorhanden ist, ist das Potential durch eine ausgezogene Linie gezeigt.

In dieser ersten Ausführungsform ist eine Potentialbarrierenzone angeordnet, damit sie sich im direkten oder indirekten Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone befindet. Das heißt, wie in 1A gezeigt ist, die den magnetischen Körper enthaltende Zone 11 besitzt einen mehrlagigen Aufbau, in dem zwei ferromagnetische Lagen 11a, 11b durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 11c getrennt sind, wobei die Potentialbarrierenzone 12 aus einer Metalllage 12a und einer Halbleiterlage 12b gebildet ist, die auf die Oberfläche der das magnetische Element enthaltenden Zone 11 gestapelt sind. Außerdem ist eine Elektrode 13 auf der Halbleiterlage 12b vorgesehen, um ein elektrisches Feld anzulegen, das notwendig ist, um die Höhe und/oder die Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone 12 zu modulieren.

Wenn an die Elektrode 13 eine positive Spannung angelegt ist, wie in 2A gezeigt ist, erscheint das entsprechende Potentialdiagramm so, wie in 2B gezeigt ist. In Reaktion tritt ein Schottky-Effekt auf, wobei die Schottky-Barriere, d. h. die Höhe der Potentialbarriere, längs der Grenzfläche zwischen der den magnetischen Körper enthaltenden Zone 11 und der Potentialbarrierenzone von Vb vor dem Anlegen der Spannung auf Vb' abnimmt. Diese magnetische Funktionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verringerung der Höhe der Potentialbarriere in der Modulation der magnetischen Wechselwirkung innerhalb der das magnetische Element enthaltenden Zone 11 widerspiegelt.

Im Folgenden werden die Grundlagen der magnetischen Wechselwirkung der den magnetischen Körper enthaltenden Zone 11 erklärt, die durch eine Verringerung der Höhe der Potentialbarriere moduliert wird.

Es ist weit und breit bekannt, dass zwischen ferromagnetischen Metalllagen, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage getrennt sind, die eine Dicke von einigen nm besitzt, die indirekte magnetische Wechselwirkung über die nichtmagnetische Zwischenlage wirkt. Die Intensität und das Vorzeichen (das bestimmt, ob die parallele Orientierung oder antiparallele Orientierung stabil ist) der magnetischen Wechselwirkung hängen von der Kombination des ferromagnetischen Materials, das die ferromagnetischen Metalllagen bildet, und dem nichtmagnetischen Material, das sie nichtmagnetische Metallzwischenlage bildet, der Dicke, der Dicke der nichtmagnetischen Metallzwischenlage usw. ab. In 1A stabilisiert die obenerwähnte indirekte magnetische Wechselwirkung z. B. die Magnetisierung der ferromagnetischen Lagen 11a, 11b, wenn die Richtungen ihrer Magnetisierungen antiparallel sind.

Falls J die Austauschkopplungskonstante ist, ist bekannt, dass J nicht nur mit der Dicke der nichtmagnetischen Metallzwischenlage schwankt, sondern außerdem mit der Dicke der ferromagnetischen Lagen und der Dicke eines außerhalb angeordneten Schutzfilms. Ihr Ursprung wird unter Verwendung des Quanteninterferenzmodells erklärt (z. B. P. Bruno, Journal of magnetism and magnetic materials, 121 (1993), S. 248). In einem System, das die nichtmagnetische Metallzwischenlage, die ferromagnetischen Lagen, den Schutzfilm, ein Substrat, ein Vakuum usw. enthält, können die Elektronen der Fermi-Fläche der nichtmagnetischen Metallzwischenlage stehende Wellen erzeugen, die sich durch die Mehrfachwechselwirkung wechselseitig verstärken, die auf die quantenmechanische Reflexion an den Grenzflächen der jeweiligen Lagen zurückzuführen ist. Dies bedeutet jedoch eine Zunahme der Gesamtenergie. Weil sich das Elektronenpotential in den ferromagnetischen Lagen mit der Spin-Richtung verändert, gibt es zwischen der parallelen Orientierung und der antiparallelen Orientierung der ferromagnetischen Lagen verschiedene Bedingungen, um stehende Wellen zu erzeugen, wobei eine von ihnen bestimmt wird, die im Hinblick auf die Energie stabiler ist. Weil die Bedingungen zum Erzeugen stehender Wellen Bedingungen für passende Phasen sind und mit der Dicke der Lage hergestellt werden, verändert sich J mit der Dicke der Lage.

Weil die Dicke der Lage mit einer externen Anregung schwierig zu modulieren ist, ist die Änderung von J mit der Dicke der Lage für die Modulation der magnetischen Wechselwirkung schwierig zu verwenden. Deshalb ist es notwendig, einen anderen Parameter zu steuern, der die Phasenanpassungsbedingungen bestimmt. Die hier gezeigte erste Ausführungsform ist konfiguriert, um die Phasenanpassungsbedingung bei der Mehrfachwechselwirkung durch das Modulieren des quantenmechanischen Reflexionsvermögens der Elektronen zu modulieren.

Das heißt, durch das Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone 2 in 1 wird das quantenmechanische Reflexionsvermögen der Elektronen an der Grenzfläche zwischen der den magnetischen Körper enthaltenden Zone 11 und der Potentialbarrierenzone 12 moduliert. Weil die magnetische Wechselwirkung innerhalb der den magnetischen Körper enthaltenden Zone 11 durch die Interferenz des Gesamtsystems einschließlich des Äußeren der das magnetische Element enthaltenden Zone 11 beeinflusst wird, können die Änderungen des quantenmechanischen Reflexionsvermögens außerhalb der den magnetischen Körper enthaltenden Zone 11 außerdem für die Modulation der magnetischen Wechselwirkung verwendet werden.

In 3 ist ein Ergebnis der Berechnung der Änderungen der Intensität von J gezeigt, die durch die Modulation der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere in der ersten Ausführungsform erhalten werden. Die Ordinate nach 3 zeigt die Austauschkopplungskonstante J, während die Abszisse die Höhe W der Potentialbarriere, gemessen unter Bezugnahme auf die Metalllage 12a, zeigt. Hier werden Fe-Lagen als die ferromagnetischen Lagen 11a, 11b und Au-Lagen als die Zwischenlage 11c und die Metalllage 12d verwendet, wobei die Dicke d der Zwischenlage 11c d = 1,428 nm beträgt, die Dicke l der ferromagnetischen Lagen 11a, 11b l = 2,016 nm beträgt und die Dicke t der Metalllage 12a t = 1,836 nm beträgt. Ferner wird eine n-leitende Ge-Lage als die Halbleiterlage 12b verwendet. In diesem Fall beträgt die Höhe der Schottky-Barriere an der Grenzfläche zwischen der Metalllage 12a und Halbleiterlage 12b 0,59 eV. Obwohl W = 6,1 eV vor dem Anlegen einer Spannung an die Elektrode 13 und zu diesem Zeitpunkt J = –0,019 mJ/m2 gilt, gilt, nachdem eine Spannung von 13,8 V an die Elektrode 13 angelegt worden ist, W = 5,6 eV und J = –0,041 mJ/m2 zu diesem Zeitpunkt, wie in 3 gezeigt ist. Folglich beträgt die Änderung von J vor und nach dem Anlegen der Spannung –0,022 mJ/m2. Dies ist groß genug, um die Inversion der Magnetisierung zu verursachen.

Wie oben gemäß der ersten Ausführungsform erklärt worden ist, ist die Potentialbarrierenzone 12 in Kontakt mit der das magnetische Element enthaltenden Zone 11 vorgesehen, wird die Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone 12 durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode 13 moduliert und wird die Magnetisierung der das magnetische Element enthaltenden Zone 11, die spezieller die Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 11b ist, durch diese Modulation gesteuert. Deshalb kann die Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 11b leicht ohne die Verwendung eines Magnetfeldes gesteuert werden, wie es üblicherweise verwendet wird. Weil sich die Potentialbarrierenzone 12 außerhalb der das magnetische Element enthaltenden Zone 11 befinden kann, kann in diesem Fall die Elektrode 13 für die Eingabe durch das Anlegen einer Spannung leicht an ihrem Platz angeordnet werden.

4 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. Die zweite Ausführungsform ist auf ein konkreteres Beispiel der Konfiguration der magnetischen Funktionsverrichtung gemäß der ersten Ausführungsform gerichtet.

Wie in 4 gezeigt ist, ist in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 23, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der zwei ferromagnetischen Lagen 23a, 23b enthält, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 23c getrennt sind, mittels der Basislagen 22a, 22b auf einem Substrat 21 vorgesehen, ist darauf eine aus einer Metalllage 24a und einer Halbleiterlage 24b gebildete Potentialbarrierenzone 24 vorgesehen und ist darauf eine Elektrode 25 gebildet.

Als das Substrat 21 sind z. B. ein Magnesiumoxidsubstrat (MgO-Substrat), ein Saphirsubstrat, ein Glassubstrat, ein Siliciumsubstrat, ein Kunststoffsubstrat usw. verwendbar. Ein Silberfilm (Ag-Film) kann z. B. als die Basislage 22a, z. B. in Kombination mit einem Goldfilm (Au-Film) als die Basislage 22b, verwendet werden. Obwohl diese Basislagen 22a, 22b ein gutes Wachstum der oberen Lagen unterstützen, können sie weggelassen werden, falls dies gewünscht wird. Diese Basislagen 22a, 22b können außerdem als untere Elektroden verwendet werden. Als die ferromagnetischen Lagen 23a, 23b sind z. B. Eisen (Fe), Kobalt (Co), Nickel (Ni), ihre Legierungen und Legierungen, die irgendeines dieser Elemente enthalten, verwendbar. Als die nichtmagnetische Zwischenlage 23c wird eine geeignete verwendet, die aus den Edelmetallen oder Übergangsmetallen, wie z. B. Gold (Au), Silber (Ag), Kupfer (Cu), Chrom (Cr), Ruthenium (Ru), Aluminium (Al) und anderen, ausgewählt und verwendet wird, um eine Kombination herzustellen, die die indirekte magnetische Wechselwirkung zwischen den ferromagnetischen Lagen 23a und 23b erzeugt. Als die Metalllage 24a und die Halbleiterlage 24b, die die Potentialbarrierenzone 24 bilden, wird z. B. eine Kombination der Materialien, die eine Schottky-Barriere bilden, wie z. B. Gold (Au) und Germanium (Ge), (insbesondere der n-leitenden) verwendet.

In einem typischen Beispiel ist das Substrat 21 ein 500 &mgr;m dickes MgO-Substrat, ist die Basislage 22a ein 150 nm dicker Ag-Film, ist die Basislage 22b ein 16 nm dicker Au-Film, sind die ferromagnetischen Lagen 23a, 23b 2 nm dicke Fe-Filme, ist die nichtmagnetische Zwischenlage 23c ein 1,4-nm-Au-Film, ist die Halbleiterlage 24a ein 1,8 nm dicker Au-Film, ist die Halbleiterlage 24b ein 5 nm dicker n-leitender Ge-Film und ist die Elektrode 15 ein 100 nm dicker Al-Film.

5 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die die Metalllage 24a von der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform weglässt. Das heißt, wie in 5 gezeigt ist, ist in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 33, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der aus zwei ferromagnetischen Lagen 33a, 33b gebildet ist, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 33c getrennt sind, mittels der Basislagen 32a, 32b auf einem Substrat 31 gebildet; ist darauf eine Halbleiterlage 34 gebildet; und ist darauf eine Elektrode 35 vorgesehen. In diesem Fall wird die Schottky-Barriere zwischen der ferromagnetischen Lage 33b und Halbleiterlage 34 erzeugt, wobei diese ferromagnetische Lage 33b und die Halbleiterlage 34 die Potentialbarrierenzone bilden.

Als das Substrat 31, die Basislagen 32a, 32b, die ferromagnetischen Lagen 33a, 33b, die nichtmagnetische Zwischenlage 33c, die Halbleiterlage 34 und die Elektrode 35 können dieselben Materialien wie diejenigen der zweiten Ausführungsform verwendet werden.

6 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der vierten Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die an Stelle der Schottky-Barriere durch das Metall 24a und die Halbleiterlage 24b in der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform eine isolierende Barriere verwendet. Spezifischer ist, wie in 6 gezeigt ist, in der hier gezeigten magnetischen Funktionsvorrichtung eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 43, die aus einem mehrlagigen Film besteht, der aus zwei ferromagnetischen Lagen 43a, 43b gebildet ist, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 43c getrennt sind, mittels der Basislagen 42a, 42b auf einem Substrat 41 gebildet; ist eine isolierende Lage 44 darauf gestapelt; und ist darauf eine Elektrode 45 vorgesehen. In diesem Fall bildet die isolierende Lage die Potentialbarrierenzone.

Als das Substrat 41, die Basislagen 42a, 42b, die ferromagnetischen Lagen 43a, 43b, die nichtmagnetische Zwischenlage 43c und die Elektrode 45 können dieselben Materialien wie diejenigen der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Als der isolierende Film 44 sind z. B. ein Aluminiumoxidfilm (Al2O3), Zeroxid (CeO2), Magnesiumoxid (MgO), Hafniumoxid (HfO2) und Tantaloxid (TaO2) verwendbar.

7 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die die den magnetischen Körper enthaltende Zone 23 und die Potentialbarrierenzone 24 in der zweiten Ausführungsform vertikal umkehrt und die Potentialbarrierenzone näher am Substrat anordnet. Spezifischer ist, wie in 7 gezeigt ist, in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine Potentialbarrierenzone 53, die aus einer Halbleiterlage 53a und einer Metalllage 53b gebildet ist, mittels der Basislagen 52a, 52b auf einem Substrat 51 gebildet; ist eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 54, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der zwei ferromagnetische Lagen 54a, 54b enthält, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 54c getrennt sind, darauf vorgesehen; und ist darauf eine Elektrode 55 vorgesehen.

Als das Substrat 51, die Basislagen 52a, 52b, die Metalllage 53b, die ferromagnetischen Lagen 54a, 54b, die nichtmagnetische Zwischenlage 54c und die Elektrode 55 können dieselben Materialien wie diejenigen der zweiten Ausführungsform verwendet werden.

8 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die die Metalllage 53a von der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform weglässt. Spezifischer ist, wie in 8 gezeigt ist, in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine Halbleiterlage 63 mittels der Basislagen 62a, 62b auf das Substrat 61 gestapelt; ist darauf eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 64, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der aus zwei ferromagnetischen Lagen 64a, 64b gebildet ist, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 64c getrennt sind, gebildet; und ist darauf eine Elektrode 65 vorgesehen. In diesem Fall wird eine Schottky-Barriere zwischen der Halbleiterlage 63 und der ferromagnetischen Lage 64a erzeugt, wobei diese Halbleiterlage 63 und die ferromagnetische Lage 64a die Potentialbarrierenzone bilden.

Als das Substrat 61, die Basislagen 62a, 62b, die Halbleiterlage 63, die ferromagnetischen Lagen 64a, 64b, die nichtmagnetische Zwischenlage 64c und die Elektrode 65 können dieselben Materialien wie diejenigen der zweiten Ausführungsform verwendet werden.

9 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der sechsten Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die an Stelle der Schottky-Barriere durch die Metalllage 53b und die Halbleiterlage 53a in der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der fünften Ausführungsform eine isolierende Barriere verwendet. Spezifischer ist, wie in 9 gezeigt ist, in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine isolierende Lage 73 mittels der Basislagen 72a, 72b auf ein Substrat 71 gestapelt; ist darauf eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone 74, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der aus zwei ferromagnetischen Lagen 74a, 74b gebildet ist, die durch eine nichtmagnetische Zwischenlage 64c getrennt sind, gebildet; und ist darauf eine Elektrode 75 vorgesehen. In diesem Fall dient die isolierende Lage 73 als die Potentialbarrierenzone.

Als das Substrat 71, die Basislagen 72a, 72b, die ferromagnetischen Lagen 74a, 74b, die nichtmagnetische Zwischenlage 74c und die Elektrode 75 können dieselben Materialien wie diejenigen der zweiten Ausführungsform verwendet werden. Als die isolierende Lage 73 sind dieselben Materialien verwendbar, wie sie in der vierten Ausführungsform verwendet werden.

10A und 10B zeigen eine Informationsspeichervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform, wobei sie eine einzelne Speicherzelle von ihr veranschaulichen. 10A ist ein Grundriss, während 10B eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie B-B nach 10A genommen ist.

Ähnlich zu den magnetischen Funktionsvorrichtungen gemäß den fünften bis siebenten Ausführungsformen besitzt die hier gezeigte Informationsspeichervorrichtung einen Aufbau, in dem die Potentialbarrierenzone näher am Substrat angeordnet ist. Spezifischer sind, wie in den 10A und 10B gezeigt ist, in dieser Informationsspeichervorrichtung eine untere Elektrode 82, eine Halbleiterlage 83 und eine weichmagnetische Lage 84 mit einer einachsigen magnetischen Anisotropie sequentiell auf ein Substrat 81 gestapelt. Als das Substrat 81 ist irgendeines der bei der Erklärung der zweiten Ausführungsform vorgeschlagenen Materialien verwendbar. Die untere Elektrode 82 und die Halbleiterlage 83 bilden die Potentialbarrierenzone. Die untere Elektrode 82 und die Halbleiterlage 83 sind aus Materialien gebildet, die eine Schottky-Barriere zwischen sich erzeugen. Die untere Elektrode 82 ist z. B. aus Au gebildet, während die Halbleiterlage 83 aus n-leitendem Ge gebildet ist. An einem vorgegebenen Ort der weichmagnetischen Lage 84 sind eine nichtmagnetische Zwischenlage 85a, die in eine vorgegebene Geometrie gemustert ist, eine hartmagnetische Lage 86a und eine obere Elektrode 87a sequentiell gestapelt, um einen ersten Schreibabschnitt zu bilden. An einem dem ersten Schreibabschnitt benachbarten Ort der weichmagnetischen Lage 84 sind eine nichtmagnetische Zwischenlage 85b, die in eine vorgegebene Geometrie gemustert ist, eine hartmagnetische Lage 86b und eine obere Elektrode 87b sequentiell gestapelt, um einen zweiten Schreibabschnitt zu bilden. Im ersten Schreibabschnitt bildet der mehrlagige Aufbau, in dem die weichmagnetische Lage 84 und die hartmagnetische Lage 86a durch die nichtmagnetische Zwischenlage 85a getrennt sind, die das magnetische Elemente enthaltende Zone. Ähnlich bildet im zweiten Schreibabschnitt der mehrlagige Aufbau, in dem die weichmagnetische Lage 84 und die hartmagnetische Lage 86b durch die nichtmagnetische Zwischenlage 85b getrennt sind, die das magnetische Elemente enthaltende Zone.

Ferner sind auf der weichmagnetischen Lage 84 eine isolierende Lage 88, die in eine vorgegebene Geometrie gemustert ist, eine hartmagnetische Lage 89 und eine obere Elektrode 90 sequentiell gestapelt, um benachbart zum zweiten Schreibabschnitt einen Leseabschnitt zu bilden. In diesem Fall bilden die isolierende Lage 88 und die hartmagnetische Lage 89 einen ferromagnetischen Tunnelübergang des Leseabschnitts.

Die hartmagnetischen Lagen 86a, 86b und 89 besitzen eine große Koerzitivkraft und eine feste Magnetisierung. Die weichmagnetische Lage 84 besitzt eine Koerzitivkraft, die kleiner als diejenigen der hartmagnetischen Lagen 86a, 86b und 89 ist. Das Material der weichmagnetischen Lage 84 kann z. B. Permalloy (eine Fe-Ni-Legierung) sein, während das Material der hartmagnetischen Lagen 86a, 86b und 89 z. B. eine Co-Pt-Legierung sein kann.

In der hier gezeigten Informationsspeichervorrichtung sind die Dicke und die anderen Faktoren der nichtmagnetischen Zwischenlagen 85a und 85b so gewählt, dass die magnetische Wechselwirkung zwischen der weichmagnetischen Lage 84 und der hartmagnetischen Lage 86a im ersten Schreibabschnitt oder die magnetische Wechselwirkung zwischen der weichmagnetischen Lage 84 und der hartmagnetischen Lage 86b im zweiten Schreibabschnitt durch das Anlegen einer Spannung zwischen der unteren Elektrode 82 und der oberen Elektrode 87a oder 87b und dadurch durch das Modulieren der Potentialbarriere der aus der unteren Elektrode 82 und der Halbleiterlage 83 gebildeten Potentialbarrierenzone gesteuert werden können.

Als Nächstes wird ein Verfahren zum Schreiben und Lesen (Wiedergeben) von Informationen in diese und aus dieser Informationsspeichervorrichtung erklärt. Hier wird angenommen, dass die hartmagnetische Lage 86a im ersten Schreibabschnitt eine feste Magnetisierung nach rechts besitzt, wohingegen die hartmagnetische Lage 86b im zweiten Schreibabschnitt eine feste Magnetisierung nach links besitzt, wie in 10B gezeigt ist. Wenn die Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 84 in der Zeichnung nach rechts orientiert ist, möge sie den Informationen "1" entsprechen. Wenn sie nach links orientiert ist, möge sie den Informationen "0" entsprechen. Es ist überflüssig zu sagen, dass die Entsprechung zwischen den Informationen und der Orientierung der Magnetisierung dazu entgegengesetzt sein kann. Es wird ferner angenommen, dass die hartmagnetische Lage 89 im Leseabschnitt in der Zeichnung eine feste Magnetisierung nach links besitzt.

Zuerst wird ein Verfahren zum Schreiben der Informationen erklärt. Um die Informationen "1" in die Speicherzelle zu schreiben, wird eine Spannung zwischen der oberen Elektrode 87a und der unteren Elektrode 82 im ersten Schreibabschnitt angelegt, sodass die Austauschkopplungskonstante J zwischen der weichmagnetischen Lage 84 und der hartmagnetischen Lage 86a nicht kleiner als 0,02 mJ/m2 wird. In Reaktion wird die Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 84 auf die Magnetisierung der hartmagnetischen Lage 86a ausgerichtet, wobei sie in der Zeichnung nach rechts orientiert ist. Im Ergebnis sind die Informationen "1" in die Speicherzelle geschrieben. Um die Informationen "0" in die Speicherzelle zu schreiben, wird eine Spannung zwischen der oberen Elektrode 87b und der unteren Elektrode 82 im zweiten Schreibabschnitt angelegt, sodass die Austauschkopplungskonstante J zwischen der weichmagnetischen Lage 84 und der hartmagnetischen Lage 86b nicht kleiner als 0,02 mJ/m2 wird. In Reaktion wird die Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 84 auf die Magnetisierung der hartmagnetischen Lage 86b ausgerichtet, wobei sie nach links orientiert ist. Im Ergebnis sind die Informationen "0" in die Speicherzelle geschrieben.

Als Nächstes wird ein Verfahren zum Lesen der Informationen erklärt. Das Lesen verwendet die Tatsache, dass es abhängig davon, ob die Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 84 in den 10A und 10B nach rechts oder nach links orientiert ist, einen Unterschied im Strom gibt, der beim Anlegen einer Spannung zwischen der oberen Elektrode 87a im ersten Schreibabschnitt oder der oberen Elektrode 87b im zweiten Schreibabschnitt und der oberen Elektrode 90 im Leseabschnitt fließt. Das heißt, abhängig davon, ob die Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 84 in den 10A und 10B nach rechts oder nach links orientiert ist, ist der Widerstand des durch den isolierenden Film 85 und die ferromagnetische Lage 89 gebildeten ferromagnetischen Tunnelübergangs verschieden, wobei der Wert des fließenden Stroms verschieden ist. Durch das Erfassen der Werte des Stroms mit einem (nicht gezeigten) Leseverstärker können deshalb z. B. die in der Speicherzelle gespeicherten Informationen ausgelesen werden.

Gemäß der Informationsspeichervorrichtung der achten Ausführungsform können Informationen durch das Steuern der Magnetisierung ohne die Verwendung eines Magnetfeldes geschrieben werden, wobei außerdem das Lesen der Informationen durch das Erfassen des Stroms ausgeführt werden kann. Diese Informationsspeichervorrichtung, die die Magnetisierung ohne die Verwendung eines Magnetfeldes steuern kann, trägt zur Verwirklichung eines im hohen Grade idealen Festkörperspeichers bei, der z. B. eine kurze Zugriffszeit besitzt, der im Hinblick auf eine hohe Integration einfach ist, der nichtflüchtig ist, dessen Anzahl der Ereignisse des Wiederbeschreibens vergrößert ist und der keinen Kopiereffekt besitzt.

11A und 11B zeigen eine Informationsspeichervorrichtung gemäß der neunten Ausführungsform, wobei sie eine einzelne Speicherzelle von ihr veranschaulichen. 11A ist ein Grundriss, während 11B eine Querschnittsansicht ist, die längs der Linie B-B nach 11A genommen ist.

Die hier gezeigte Informationsspeichervorrichtung entspricht einer Version, die von der Informationsspeichervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform durch das Anordnen der hartmagnetischen Lage im ersten Schreibabschnitt zwischen der weichmagnetischen Lage und der Halbleiterlage und dem Stapeln des zweiten Schreibabschnitts auf den ersten Schreibabschnitt modifiziert ist. Spezifischer sind, wie in den 11A und 11B gezeigt ist, in dieser Informationsspeichervorrichtung eine untere Elektrode 102, eine Halbleiterlage 103, eine hartmagnetische Lage 104a, eine nichtmagnetische Zwischenlage 105a und eine weichmagnetische Lage 106, die eine einachsige magnetische Anisotropie besitzt, sequentiell auf ein Substrat 101 gestapelt. Die untere Elektrode 102 und die Halbleiterlage 103 bilden die Potentialbarrierenzone. Die untere Elektrode 102 und die Halbleiterlage 103 sind aus Materialien gebildet, die zwischen sich eine Schottky-Barriere bilden. Die untere Elektrode 102 ist z. B. aus Au gebildet, während die Halbleiterlage 103 aus n-leitendem Ge gebildet ist. Die hartmagnetische Lage 104a, die Zwischenlage 105a und die weichmagnetische Lage 106 bilden einen ersten Schreibabschnitt. An einem vorgegebenen Ort der weichmagnetischen Lage 106 sind eine nichtmagnetische Zwischenlage 105b, die in eine vorgegebene Geometrie gemustert ist, eine hartmagnetische Lage 104b und eine obere Elektrode 107 sequentiell gestapelt, um einen zweiten Schreibabschnitt zu bilden. Im ersten Schreibabschnitt bildet ein mehrlagiger Aufbau, der aus der hartmagnetischen Lage 104a und der weichmagnetischen Lage 106 gebildet ist, die durch die nichtmagnetische Zwischenlage 105a getrennt sind, die das magnetische Elemente enthaltende Zone. Ähnlich bildet im zweiten Schreibabschnitt ein mehrlagiger Aufbau, der aus der weichmagnetischen Lage 106 und der hartmagnetischen Lage 104b gebildet ist, die durch die nichtmagnetische Zwischenlage 105b getrennt sind, die das magnetische Element enthaltende Zone.

Ferner sind auf der weichmagnetischen Lage 106 eine isolierende Lage 108, die in eine vorgegebene Geometrie gemustert ist, eine hartmagnetische Lage 109 und eine obere Elektrode 110 sequentiell gestapelt, um benachbart zum zweiten Schreibabschnitt einen Leseabschnitt zu bilden. In diesem Fall bilden die isolierende Lage 108 und die hartmagnetische Lage 109 einen ferromagnetischen Tunnelübergang des Leseabschnitts.

Die hartmagnetischen Lagen 104a, 104b und 109 besitzen eine große Koerzitivkraft und eine feste Magnetisierung. Die weichmagnetische Lage 106 besitzt eine Koerzitivkraft, die kleiner als diejenigen der hartmagnetischen Lagen 104a, 104b und 109 ist. Das Material der weichmagnetischen Lage 104 kann z. B. Permalloy (eine Fe-Ni-Legierung) sein, während das Material der hartmagnetischen Lagen 104a, 104b und 109 z. B. eine Co-Pt-Legierung sein kann.

In der hier gezeigten Informationsspeichervorrichtung kann unähnlich zur Informationsspeichervorrichtung gemäß der achten Ausführungsform die Richtung der Magnetisierung der weichmagnetischen Lage 106 nicht ausgewählt werden, indem eine der Elektroden im ersten Schreibabschnitt und im zweiten Schreibabschnitt ausgewählt wird. Deshalb ist die Dicke der Zwischenlage 105a so bestimmt, um die Steuerung der magnetischen Wechselwirkung zwischen der hartmagnetischen Lage 104a und der weichmagnetischen Lage 106 mittels des Potentials der unteren Elektrode 102 allein zu ermöglichen, während die Dicke der Zwischenlage 105b so bestimmt ist, um die magnetische Wechselwirkung zwischen der hartmagnetischen Lage 104b und der weichmagnetischen Lage 106 nur zu ermöglichen, wenn Potentiale sowohl an die untere Elektrode 102 als auch die obere Elektrode 107 angelegt sind.

Ein Verfahren zum Schreiben und Lesen von Informationen in diese und aus dieser Informationsspeichervorrichtung kann dasselbe wie das Verfahren gemäß der achten Ausführungsform sein, mit Ausnahme der obenerwähnten Punkte. Dessen Erklärung ist deshalb hier weggelassen.

Gemäß der neunten Ausführungsform können dieselben Vorteile wie diejenigen der achten Ausführungsform erhalten werden. Weil außerdem der zweite Schreibabschnitt auf den ersten Schreibabschnitt gestapelt ist, kann die durch jede Speicherzelle eingenommene Fläche verringert werden, wobei dies für die höhere Integration der Speicherzellen vorteilhafter ist.

12 zeigt einen Transistor gemäß der zehnten Ausführungsform. Dieser Transistor ist eine magnetische Funktionsvorrichtung, die die Tatsache verwendet, dass sich der magnetische Widerstand mit dem Anlegen einer Spannung verändert.

Wie in 12 gezeigt ist, ist in dem Transistor eine einen magnetischen Körper enthaltende Zone, die aus einem mehrlagigen Aufbau besteht, der aus zwei ferromagnetischen Lagen 122, 123 gebildet ist, die auf Grund einer nichtmagnetischen Zwischenlage 124 getrennt sind, auf einem Substrat 121 vorgesehen; ist darauf ein Gateisolierfilm 125 vorgesehen und ist ferner eine Gate-Elektrode 126 darauf vorgesehen. In diesem Fall bildet der Gateisolierfilm 125 die Potentialbarrierenzone. Auf den gegenüberliegenden Seiten der ein magnetisches Element enthaltenden Zone sind eine Source-Elektrode 127 und eine Drain-Elektrode 128 im elektrischen Kontakt mit dem mehrlagigen Aufbau gebildet, in dem die zwei ferromagnetischen Lagen 122, 123 durch die nichtmagnetische Zwischenlage 124 getrennt sind.

Als das Substrat 121, die ferromagnetischen Lagen 122, 123 und die nichtmagnetische Zwischenlage 124 sind diejenigen verwendbar, die in der zweiten Ausführungsform verwendet werden, um ihr Substrat 41, ihre ferromagnetischen Lagen 43a, 43b und ihre nichtmagnetische Zwischenlage 43c zu bilden. Als die Gate-Elektrode 126 sind ähnlich diejenigen verwendbar, die in der zweiten Ausführungsform als das Material für ihre Elektrode 45 empfohlen werden. Ferner kann der Gateisolierfilm 125 aus irgendeinem der Materialien gebildet sein, die in der vierten Ausführungsform empfohlen werden, um die isolierende Lage 44 zu bilden. Der aus den ferromagnetischen Lagen 122, 123 und der nichtmagnetischen Zwischenlage 124 gebildete mehrlagige Aufbau ist vorzugsweise mittels einer Basislage auf dem Substrat 121 gestapelt, wobei als die Basislage diejenigen verwendbar sind, die in der zweiten Ausführungsform als die Materialien ihrer Basislagen 42a, 42b zur Sprache gebracht worden sind.

In dem hier gezeigten Transistor wirkt die Zwischenlagen-Austauschkopplung zwischen den ferromagnetischen Lagen 122 und 123 über die nichtmagnetische Zwischenlage 124. Deshalb tritt, wenn eine positive Spannung an die Gate-Elektrode 126 angelegt ist, ein Schottky-Effekt längs der Grenzfläche zwischen dem Gateisolierfilm 125 und der ferromagnetischen Lage 123 auf, wobei die magnetische Austauschkopplung in dem mehrlagigen Aufbau, der die ferromagnetischen Lagen 122, 123 mittels der nichtmagnetischen Zwischenlage 124 stapelt, gesteuert wird. Im Ergebnis ändert sich der relative Winkel zwischen der Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 122 und der Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 123, wobei sich außerdem der magnetische Widerstand demzufolge ändert. Wird dies in Betracht gezogen, ändert sich, falls an die Drain-Elektrode 128 eine positive Spannung bezüglich der Source-Elektrode 127 angelegt wird, der relative Winkel der Magnetisierung in dem mehrlagigen Aufbau, der die ferromagnetischen Lagen 122, 123 mittels der nichtmagnetischen Zwischenlage 124 stapelt, abhängig vom Vorhandensein oder Fehlen der Gate-Spannung (0 oder +V), wobei eine resultierende Änderung des magnetischen Widerstandes eine Änderung des Drain-Stroms verursacht. In dieser Weise kann durch die Spannungseingabe eine Strommodulation ausgeführt werden.

Gemäß der zehnten Ausführungsform kann ein Transistor unähnlich herkömmlichen FETs allein aus einem Metall und einem Isolator gebildet werden, wobei eine Mikrominiaturisierung erwartet werden kann. Außerdem ist dies anders als die Spin-Transistoren, über die bereits berichtet worden ist, eine realistische Vorrichtung, wobei ihre Konfiguration unter Verwendung keines strommagnetischen Feldes eine höhere Integration ermöglicht.

Die in den ersten und zehnten Ausführungsformen verwendeten Verfahren, nämlich die Verfahren, die die Modulation der Höhe der Oberflächenbarriere verwenden (d. h. die Modulation des quantenmechanischen Reflexionsvermögens der Elektroden an einer Oberfläche), um einen stabilen Zustand eines Systems zu steuern, das durch die Interferenz von Elektronenwellen bestimmt ist, können außerdem für andere Zwecke als die Steuerung der indirekten magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetischen Lagen verwendet werden, wie oben erklärt worden ist. Spezifischer kann dieses Verfahren verwendet werden, um außerdem die magnetische Anisotropie zu steuern. Dies wird im Folgenden erklärt.

Es ist bereits bekannt, dass sich die magnetische Anisotropie eines dünnen Magnetfilms möglicherweise in einer oszillatorischen Betriebsart in Bezug auf eine darauf gestapelte nichtmagnetische Lage ändern kann (C. H. Back u. a., Journal of Applied Physics, 81 (1997), 5054). Es wird angenommen, dass der Ursprung dieses Phänomens derselbe wie der des oszillatorischen Phänomens der indirekten magnetischen Wechselwirkung zwischen magnetischen Lagen ist. Das heißt, die Bedingungen für die Phasenanpassung bei der Interferenz von Elektronenwellen in der nichtmagnetischen Lage werden in einer oszillatorischen Betriebsart hergestellt, wobei dies die Bandstruktur der Elektronen längs der Grenzfläche zwischen der magnetischen Lage und der nichtmagnetischen Lage durch Änderungen der Zustandsdichte verursacht und zu einer oszillatorischen Modulation der magnetischen Anisotropie führt.

Andererseits können die Phasenanpassungsbedingungen gesteuert werden, indem die Potentialbarriere an der Oberfläche der nichtmagnetischen Lage moduliert wird, wie oben bereits dargelegt worden ist. Deshalb kann ähnlich zur indirekten magnetischen Wechselwirkung die magnetische Anisotropie z. B. mit einer Spannung unter Verwendung eines Schottky-Effekts gesteuert werden.

Im Folgenden ist eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform unter Verwendung dieser Technik zum Steuern der magnetischen Anisotropie mittels einer Spannung erklärt.

13A und 13B zeigen die magnetische Funktionsvorrichtung als die elfte Ausführungsform. 13A ist eine Querschnittsansicht der magnetischen Funktionsvorrichtung, während 13B ein Diagramm des Elektronenpotentials der magnetischen Funktionsvorrichtung ist, das 13A entspricht. Im Potentialdiagramm nach 13B ist die ausgezogene Linie das Potential, das der nach oben gerichtete Spin fühlt, während die gestrichelte Linie das Potential ist, das der nach unten gerichtete Spin fühlt. In den Abschnitten, wie z. B. innerhalb einer nichtmagnetischen Lage, in denen die Spin-Asymmetrie im Potential nicht vorhanden ist, ist das Potential durch eine ausgezogene Linie gezeigt.

In der elften Ausführungsform befindet sich die Potentialbarrierenzone mittels einer nichtmagnetischen Lage im indirekten Kontakt mit der eine magnetische Lage enthaltenden Zone. Spezifischer bildet, wie in 13A gezeigt ist, eine ferromagnetische Lage 131 die ein magnetisches Element enthaltende Zone, wobei auf ihre Oberfläche eine nichtmagnetische Lage 132 gestapelt ist. Die hier verwendete Potentialbarrierenzone ist eine isolierende Lage 133, die auf die Oberfläche der nichtmagnetischen Lage 132 gestapelt ist. Auf der isolierenden Lage 133 ist für den Zweck des Anlegens eines elektrischen Feldes, das erforderlich ist, um die Höhe und/oder die Breite der Potentialbarriere des isolierenden Films 133 als die Potentialbarrierenzone zu modulieren, eine Elektrode 134 gebildet.

Wenn an die Elektrode 134 eine positive Spannung angelegt ist, wie in 13A gezeigt ist, dann ist das entsprechende Potentialdiagramm so, wie in 13B gezeigt ist. In Reaktion tritt ein Schottky-Effekt auf, wobei die Höhe der Potentialbarriere längs der Grenzfläche zwischen der nichtmagnetischen Lage 132 und der Potentialbarrierenzone von Vb vor dem Anlegen der Spannung auf Vb' abnimmt. Diese magnetische Funktionsvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Verringerung der Höhe der Potentialbarriere in der Modulation der magnetischen Anisotropie der ferromagnetischen Lage 131 widerspiegelt.

Die Grundlagen der Modulation der magnetischen Anisotropie der ferromagnetischen Lage 131 durch eine Verringerung der Höhe der Potentialbarriere sind, wie bereits erklärt worden ist. Obwohl die Richtung der Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage 131 in den 13A und 13B infolge der unzureichenden Intensität der magnetischen Anisotropie relativ instabil ist, zeigt 14, dass die magnetische Anisotropie durch das Anlegen einer Spannung zunimmt, wobei die Richtung der Magnetisierung stabilisiert wird.

In dieser Weise kann gemäß der elften Ausführungsform die Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 131 ohne die Verwendung eines üblicherweise verwendeten Magnetfeldes leicht gesteuert werden, weil der isolierende Film 133, der die Potentialbarrierenzone bildet, mittels der nichtmagnetischen Lage 132 im indirekten Kontakt mit der ferromagnetischen Lage 131 vorgesehen ist; die Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode 134 moduliert wird; und die Magnetisierung der ferromagnetischen Lage 131 durch diese Modulation gesteuert wird. Außerdem kann in diesem Fall die Elektrode 134 für die Eingabe durch Anlegen einer Spannung leicht gebildet werden, weil sich der isolierende Film 133, der die Potentialbarrierenzone bildet, außerhalb der ferromagnetischen Lage 131 befinden kann.

15 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform. Die zwölfte Ausführungsform ist auf ein Beispiel gerichtet, das eine spezifischere Konfiguration als die magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der elften Ausführungsform besitzt.

Wie in 15 gezeigt ist, ist in der magnetischen Funktionsvorrichtung eine einlagige ferromagnetische Lage 143 mittels einer Basislage 142 auf einem Substrat 141 vorgesehen; sind eine nichtmagnetische Lage 144 und eine isolierende Lage 145, die die Potentialbarrierenzone bilden, darauf gestapelt; und ist darauf ferner eine Elektrode 146 gebildet.

Als das Substrat 141, die Basislage 142 und die ferromagnetische Lage 143 sind diejenigen verwendbar, die in der zweiten Ausführungsform vorgeschlagen worden sind. Als die nichtmagnetische Lage 144 ist irgendeines von den Edelmetallen oder Übergangsmetallen, wie z. B. Au, Ag und Cu, verwendbar. Als die isolierende Lage 145, die als die Potentialbarrierenzone verwendet wird, kann irgendeines der in der zweiten Ausführungsform vorgeschlagenen Materialien verwendet werden.

16 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der dreizehnten Ausführungsform.

Diese magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer Version, die anstelle der Potentialbarrierenzone, die aus dem isolierenden Film 145 besteht, in der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der zwölften Ausführungsform eine Schottky-Barriere verwendet, die längs der Grenzfläche zwischen einem Halbleiter und einem Metall erzeugt wird. Spezifischer sind, wie in 16 gezeigt ist, in der magnetischen Funktionsvorrichtung eine Basislage 152 und eine einlagige ferromagnetische Lage 153 sequentiell auf ein Substrat 151 gestapelt; sind eine nichtmagnetische Lage 154 und eine Halbleiterlage 155 sequentiell darauf gestapelt; und ist ferner eine Elektrode 156 darauf vorgesehen. In diesem Fall bildet die Schottky-Barrierenzone die Potentialbarrierenzone.

17 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform.

Die hier gezeigte magnetische Funktionsvorrichtung entspricht einer von der zwölften Ausführungsform modifizierten Version, indem die ferromagnetische Lage 143, die nichtmagnetische Lage 144 und die Potentialbarrierenzone vertikal umgekehrt werden, um die Potentialbarrierenzone näher am Substrat anzuordnen. Spezifischer ist, wie in 17 gezeigt ist, in der magnetischen Funktionsvorrichtung die Potentialbarrierenzone, die aus einem isolierenden Film 163 besteht, mittels einer Basislage 162 auf einem Substrat 161 gebildet; sind eine nichtmagnetische Lage 164 und eine ferromagnetische Lage sequentiell darauf gestapelt; und ist ferner eine Elektrode 166 darauf gebildet.

18 zeigt eine magnetische Funktionsvorrichtung gemäß der fünfzehnten Ausführungsform.

Die hier gezeigte magnetische Funktionsvorrichtung ist eine Version, die anstelle der Schottky-Barriere, die aus dem isolierenden Film 163 in der magnetischen Funktionsvorrichtung gemäß der vierzehnten Ausführungsform gebildet ist, eine Schottky-Barriere verwendet, die längs der Grenzfläche zwischen einem Halbleiter und einem Metall erzeugt wird. Spezifischer ist, wie in 18 gezeigt ist, in dieser magnetischen Funktionsvorrichtung eine Halbleiterlage 173 mittels einer Basislage 172 auf ein Substrat 171 gestapelt; sind eine nichtmagnetische Lage 174 und eine ferromagnetische Lage 175 sequentiell darauf gestapelt; und ist ferner eine Elektrode 176 darauf gebildet. In diesem Fall dient die zwischen der Halbleiterlage 173 und der nichtmagnetischen Lage 174 gebildete Schottky-Barriere als die Potentialbarrierenzone.

Nachdem spezifische bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf diese genauen Ausführungsformen eingeschränkt ist und dass verschiedene Änderungen und Modifikationen durch einen Fachmann auf dem Gebiet darin vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen, wie er in den beigefügten Ansprüchen definiert ist.

Die numerischen Werte, Strukturen, Konfigurationen und Materialien, die in der Beschreibung der Ausführungsformen vorgeschlagen worden sind, sind z. B. bloß Beispiele, wobei z. B. andere geeignete numerische Werte, Strukturen, Konfigurationen und Materialien verwendet werden können, falls es notwendig ist.

Wie oben erklärt worden ist, kann gemäß der Erfindung die Magnetisierung ohne die Verwendung eines Magnetfeldes gesteuert werden, weil eine Potentialbarrierenzone im direkten oder indirekten Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone vorgesehen ist und die Magnetisierung der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch das Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone gesteuert wird. Im Ergebnis kann eine Anzahl von Problemen, die herkömmliche Techniken mit sich bringen, gleichzeitig in verschiedenen Aspekten gelöst werden, wie z. B. indem ermöglicht wird, dass z. B. die Elektrode für die Eingabe durch das Anlegen einer Spannung leicht gebildet wird. Dies sichert die Verwirklichung eines im hohen Grade idealen Festkörperspeichers, der z. B. eine kurze Zugriffszeit besitzt, der im Hinblick auf eine hohe Integration einfach ist, der nichtflüchtig ist, dessen Anzahl der Ereignisse des Wiederbeschreibens vergrößert ist und der keinen Kopiereffekt besitzt.


Anspruch[de]
  1. Magnetisierungssteuerverfahren, mit den folgenden Schritten:

    Anordnen einer Potentialbarrierenzone in direktem oder indirektem Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone; und

    Steuern der Magnetisierung der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone.
  2. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Lagen, die durch eine Zwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Lagen in der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird.
  3. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltenden Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Metalllagen, die durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs ihrer Grenzfläche mit einer Halbleiterlage, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet, ausgebildet ist,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Metalllagen in der einen magnetischen Körper enthaltende Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
  4. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Metalllagen, die durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Metalllagen in der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
  5. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die so ausgebildet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird.
  6. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs ihrer Grenzfläche mit einer Halbleiterlage ausgebildet ist, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
  7. Magnetisierungssteuerverfahren nach Anspruch 1, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
  8. Informationsspeicherverfahren, mit den folgenden Schritten:

    Anordnen einer Potentialbarrierenzone in direktem oder indirektem Kontakt mit einer ein magnetisches Element enthaltenden Zone; und

    Steuern der Magnetisierung der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Modulieren der Potentialbarriere der Potentialbarrierenzone;

    wobei die Speicherung von Informationen durch Verwenden wenigstens der Magnetisierung der ein magnetisches Element enthaltenden Zone bewerkstelligt wird.
  9. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 8, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Lagen, die durch eine Zwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Lagen in der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird und

    wobei die Speicherung von Informationen durch Verwenden wenigstens einer Magnetisierung der ein magnetisches Element enthaltenden Zone bewerkstelligt wird.
  10. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 9, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Metalllagen, die durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs ihrer Grenzfläche mit einer Halbleiterlage ausgebildet ist, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Lagen in der einen magnetischen Körper enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird,

    wobei die Speicherung von Informationen durch Verwenden wenigstens einer Magnetisierung der ein magnetisches Element enthaltenden Zone bewerkstelligt wird.
  11. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 8, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone einen mehrlagigen Aufbau hat, der aus mehreren ferromagnetischen Metalllagen, die durch eine nichtmagnetische Metallzwischenlage getrennt sind, gebildet ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die sich in Stapelrichtung des mehrlagigen Aufbaus außerhalb des Aufbaus befindet,

    wobei die relative Orientierung der Magnetisierung der ferromagnetischen Metalllagen in der ein magnetisches Element enthaltenden Zone durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird und

    wobei die Speicherung von Informationen durch Verwenden wenigstens einer Magnetisierung der ein magnetisches Element enthaltenden Zone bewerkstelligt wird.
  12. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 8, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die so ausgebildet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem ein elektrisches Feld angelegt wird.
  13. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 8, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die längs ihrer Grenzfläche mit einer Halbleiterlage ausgebildet ist, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
  14. Informationsspeicherverfahren nach Anspruch 8, bei dem die einen magnetischen Körper enthaltende Zone eine einzige ferromagnetische Lage ist,

    wobei die Potentialbarrierenzone eine Potentialbarrierenlage ist, die aus einer isolierenden Lage besteht, die so angeordnet ist, dass sie über eine nichtmagnetische Lage, deren Dicke nicht geringer als eine Atomlage ist, mit der ferromagnetischen Lage in Kontakt ist,

    wobei die Magnetisierungsrichtung der ferromagnetischen Lage durch Steuern der Höhe und/oder der Breite der Potentialbarriere der Potentialbarrierenlage gesteuert wird, indem an die Potentialbarrierenlage ein elektrisches Feld angelegt wird.
Es folgen 13 Blatt Zeichnungen






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