JP2009536420A - データストレージ装置及びその方法 - Google Patents

Abstract

データがナノワイヤにおける単磁区において符号化される種類のシリアル磁気大容量ストレージ装置及び関連のデータストレージ方法。本発明において、磁壁ピン止め部位を形成するために、その全長方向に沿って多数のノッチ（１２）を備えるナノワイヤ（１０）が提供される。ノッチは、加熱電極によって群（Ａ、Ｂ、Ｃ）でアドレス指定される。ナノワイヤに沿った動作磁界（Ｉ−１）の配列及び逆配列に同期して、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁（１６、１８）をホストするノッチを交互に加熱することにより、磁区（１４）は、加熱及び交互の動作磁界の協調作用下で、１ノッチ間分だけ磁区が延長され、ナノワイヤに沿って移動される。相互接続及び製造の観点から、この方式は、基板の平面からほぼ制限なしに拡縮され、何百あるいは何千もの積層したナノワイヤ層を提供することができ、格納された情報の非常に濃い３Ｄネットワークを実現できる。

Description

本発明は、データストレージに関し、より詳細には、それのみには限定されないが、ギガバイトのデータを格納することができ、高密度でデータを格納することができる大容量記憶装置に関する。

磁気ディスクを備えるハードドライブは、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）における大容量データストレージ及び取り出しのための中心的な技術である。現在の技術では、ハードディスクドライブは、最大で約１００〜２００ギガバイトのストレージ容量を有するが、携帯音楽プレーヤ、ビデオプレーヤ、及び一般に３０〜４０ギガバイトの範囲のドライブ容量を有する他の携帯可能なマルチメディア装置などいくつかの装置、さらには１０ギガバイト以下のデジタルカメラ用のより小さい装置には、より小容量の小型ユニットが使用されている。ハードドライブは、基本的には、ディスク上の一般に円形のトラックに格納されているデータを読み込む（かつ書き込む）ためにディスク上に配置され得る、枢着されたアームを備えるスピニングディスクに基づく機械装置であるので、ハードドライブの基本的な構造は、１９世紀の蓄音機まで遡ることができる。スピニングディスク（そのストレージ機構が様々な物理的な機構に基づき得る）は、レーザー光をディスク上に下方に放射するヘッドを使用して光学的にアクセスされるので、ＣＤ及びＤＶＤ読み込み／書込み装置などの光ストレージ装置は、基本レベルで同様の構造を採用している。

ハードドライブ及び他のスピニングディスクベースの装置は、パーソナルコンピュータ及びマルチギガバイトの大容量ストレージを必要とする装置における最後の真に機械的な構成要素であるので、これらをなくすほうが望ましいと一般的に認識されている。スピニングディスクシステムは、機械的構成要素（ディスクベアリングなど）が不安定であり、十分に小型化できず、高振動又は高衝撃環境で使用することができない。いずれも、ヘッドが表面にアクセスできる超平面ディスク表面を必要とする。塵粒又は他の異物による表面の汚れ、あるいは表面の反り又は他の非平坦性によって、読み込み／書込みが行えなくなったり、ヘッドのクラッシュによる装置の突発的な故障が生じたりする可能性がある。さらに、アクセス時間は、機械的なタイムスケールのものであり、ＰＣにおいて、マイクロプロセッサの性能を著しく制限する。ＰＣでは、ハードディスクを待つことによって、マイクロプロセッサの命令サイクルの最高１／３までを費やすと推定される。

半導体集積回路に基づく不揮発性のシリアルメモリは、低価格及び大容量という点で、著しく発展し続けている（データを連続的に、すなわちファイル単位で格納するためファイルストレージに適するシリアルメモリは、データを個別に、すなわちビット単位で格納するため処理操作など小さいデータセグメントの高速アクセスに適するランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）と対比される）。シリアル半導体メモリは、一般に、何らかの形のＥＥＰＲＯＭ（電気的消却プログラム可能型読取専用メモリ）である。フラッシュメモリは、一番好ましい不揮発性半導体メモリであり、ＵＳＢメモリスティック、デジタルカメラ、携帯電話、ＭＰ３プレーヤ用のＣＦ／ＳＤメモリカードなどの装置に広範に使用されている。しかし、現在の技術では、半導体メモリは、依然として非常に高価であり、ハードドライブに取って代わることはできない。さらに、こうしたメモリは、制限された許容書込み回数（ｗｒｉｔｅ ｅｎｄｕｒａｎｃｅ）及び書込み遅延などの問題をかかえている。特に、フラッシュメモリは、最高約１０００回の書込み操作で信頼性及び性能の劣化が起こる。また、データストレージのために大量の静電容量を充電する必要があるため、フラッシュメモリの書込み遅延は高い。さらに、フラッシュメモリは、約４０メガビット／ｍｍ^２（約２５ギガビット／ｉｎ^２）のストレージ密度制限を有する。

具体的な例として、現在のフラッシュチップは、約１５ギガビット／平方インチの面密度でデータを格納する。ＵＬＳＩチップは、製造に平方インチ当たり約１００ドルかかるため、フラッシュメモリのビット当たりのコストは、約１マイクロセントである。これに対して、現在のハードドライブは、製造に約１００ドルかかるが、ストレージ容量によってそれほど変わらないため、大きいＰＣディスクドライブ、より小さいラップトップディスクドライブ、デジタルカメラ用の小さいフォームファクタドライブにかかるコストはすべて同じ程度である。したがって、１００ギガバイトのＰＣディスクドライブでは、ビット当たりのコストは、０．０１マイクロセント、すなわち、フラッシュメモリより約１００倍安い。一方、例えば２ギガバイトのカメラ用小型ディスクドライブのコストは、ビット当たり約１マイクロセントであり、フラッシュメモリと同じである。フラッシュメモリとハードドライブの間の商業上のトレードオフは、ＭＰ３プレーヤの市場において最も明らかであり、小容量のプレーヤはフラッシュメモリ、大容量のプレーヤはハードドライブベースである。

ビット当たりのコストと同様に、大容量データストレージ装置において重要な要素は、情報密度である。ディスクドライブ及びフラッシュメモリは、現在最先端のリソグラフィによって格納することができる情報密度において重要な制限を有する。フラッシュメモリの場合、リソグラフィが、基本的な記憶セルを定義する。一般のセルの面積は、おおよそ１０Ｆ^２であり、この場合、Ｆは、使用中のリソグラフィによって生産することができる最小の形状である（現在は９０ｎｍ、間もなく６５ｎｍ）。ハードディスクドライブの場合、リソグラフィは、書込み磁界がどの程度集束しているか、つまり書き込みができる最も小さいビットサイズを定義する書込みヘッドにおけるギャップを定義するために使用される。したがって、これら両技術のストレージ密度は、リソグラフィの性能が突然（または予期せず）変化しなければ、桁違いに変化することはない。

いくつかの理由で、データストレージ密度の段階的な増加が極めて望ましい。

まず、消費者及びコンピュータアプリケーションは、常により多くのメモリを使用し得る。第２に、ＰＤＡ（個人用デジタル補助装置）などのモバイル機器及び携帯電話が高度になると（例えば、３Ｇビデオストリーミングなど）、通常ラップトップ及びデスクトップコンピュータに付随する大量のファイルストレージスペースを非常に小さい装置に提供しなければならない。このような小型化は、非常に高密度のメモリでしかできない。第３に、ハードディスクが生き残り続ける唯一の理由は、格納されるデータのビット当たりのコストが、半導体均等物（例えば、フラッシュ又はバッテリバック式ＤＲＡＭなど）より１００倍低いことである。フラッシュメモリを使用してコンピュータに１００ギガバイト（一般のハードディスク容量）のファイルストレージを提供すると、現在の価格で約１０，０００ドルかかることになる。リソグラフィは、短期間では１０〜１００倍に改良できないため、ストレージ密度を増やすために他の解決策が必要である。

我々の見解では、現在のリソグラフィでストレージ密度を何桁も増やす唯一の方法は、２次元装置から３次元装置に移行することである。これによって、リソグラフィの最小の形状を低減することなく、格納される情報の総量を増加させることができる。しかし、現在得られる３次元の半導体メモリの唯一の作製方法は、単に、装置を層状に積み重ねることであり、各層は、電気的に接続されていなければならない。したがって、層の数に伴って製造ルートにおける工程段階の数が増加し、製造コストは工程段階の数によってある程度決定されるため、ビット当たりの実際のコストは下がらない。

電気接続（及びしたがって工程段階）をボリュームの各部分で行わないで済むように、３次元（３Ｄ）ボリュームデータストレージからビットを遠隔で読み込み、書き込む方法が必要である。

磁電デバイスは、（ｉ）不揮発性であり、（ｉｉ）ある距離をおいて作られ、感知される磁界に作用を受け得るため、この要件を満たす可能性を有している。提案されるデータストレージ用磁電デバイスは、大きくは、単磁区デバイス、及び磁壁（ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）デバイスのニつに分類され得る。磁気ＲＡＭセルなどの単磁区デバイスは、デバイス素子内の全てのスピンを一緒に堅く固定させておこうとする。磁壁デバイスは、異なるデータ状態を示すのに、磁壁自体の位置の操作をする。

３Ｄ磁気メモリ装置の一種が、Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｂｕｓｉｎｅｓｓ Ｍａｃｈｉｎｅｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ （ＩＢＭ）において、Ｐａｒｋｉｎ及びＣｈｅｎによって開発されてきた［ｌ−６］。この磁気メモリ装置は、このグループによってデータトラック又はレーストラックと呼ばれる強磁性ナノワイヤに基づく。特に、これは、ナノワイヤにおける磁壁を使用して、ナノワイヤに沿って複数の交互に向けられた単磁区において、データを連続的に符号化する。装置は、データの書き込みおよび読み込みに、スピンベースの電子技術を使用する。電流をナノワイヤに付加して、磁区をトラックに沿って電流の方向に移動させ、読み込み又は書込み素子を通過させる。磁壁を横切る電流は、電流の流れる方向に磁壁を移動させるよう働く。電流は、磁区を通過するにつれて、「スピン偏極」される。このスピン偏極された電流は、磁壁を横切って次の磁区に進むと、スピントルクを作り出す。このスピントルクは、磁壁を移動させる。この設計の鍵となる画期的躍進は、スピン偏極効果によって、ヘッド−ヘッド（ｈｅａｄ−ｔｏ−ｈｅａｄ）及びテイル−テイル（ｔａｉｌ−ｔｏ−ｔａｉｌ）の磁壁を、ナノワイヤに沿って同じ方向に移動させて、ナノワイヤに沿って一種のパイプライン状に、磁区によって符号化されたデータをシフトすることができることである。しかし、画期的躍進であると同時に、このスピン偏極効果を使用すると、この原理に基づく装置に重大な制限が発生する。これは、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁のナノワイヤに沿った電流誘起伝搬（ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）は、完全な制御下になければならないからである。というのは、隣接するヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁が、ほぼ等しい速度で伝わらない場合、両磁壁が一つになり消滅するため、磁区によって符号化されたデータを破損させるからである。例えば、ナノワイヤに沿った任意の不均質性は、磁壁の伝搬速度に影響を与えて、隣接する磁壁間の伝搬に差が生じる可能性がある。製造の観点からすると、こうした装置における必要な伝搬速度を制御することは、こうした装置が原型段階から生産装置にスケールアップされるにつれて、ますます困難になる。したがって、少なくとも我々の見解では、この種の装置を商品にできるかどうかは確かではない。

次に、我々およびその他グループの磁壁デバイスに関する最近の研究について、より詳細に説明する。ナノスケールワイヤにおける磁壁の核形成及び伝搬の性質が研究されてきた［７−１１］。特に、（閾値）磁壁核形成磁界（ｎｕｃｌｅａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）が（閾値）磁壁伝搬磁界（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｆｉｅｌｄ）よりかなり高いナノ構造を作ることができることが示されている。この手法によれば、ナノワイヤは、約２００エルステッド（Ｏｅ）の核形成磁界及びわずか約３Ｏｅの伝搬磁界で製造することができる。これは、さらに磁壁を核状にすることなく、伝搬磁界と核形成磁界との間の大きさを有する適切な駆動磁界を使用して、ナノ構造内にその磁壁を伝搬することができることを意味する。さらに、核形成磁界より大きい局所磁界を印加することによって、ナノ構造の局部において、制御された方法で、新しい磁壁を選択的に核状にすることができる。したがって、ナノ構造において磁壁が、制御され、安定した、再現可能な方法で核状にされ（すなわち作られ）、移動され、消滅されることが実証されている。磁気光学Ｋｅｒｒ効果（ＭＯＫＥ）装置［１１］又は異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）装置［１２］など、適したセンサを使用して、ナノ構造の局部において、磁壁の存在（又は欠如）を感知することができる。

サイクロイド曲線をたどるナノワイヤ部を設けることによって、論理ＮＯＴゲート機能を達成することができるデータストレージ装置を製造するために、磁壁がどのように活用されるかを実証している［８，１０］。ナノワイヤに沿ってこれらのサイクロイドを繰り返すことによって、シリアルメモリ装置として動作するデータストレージパイプを製造することができる。

さらに、磁壁をピン止めするトラップを使用することによって、ナノワイヤにおける磁壁の位置を制御することができることを示している［８，９］。トラップの一種としてコーナーが使用され、もう一種としてＶ字形のノッチが使用される［９］。これらのトラップにより、閾値伝搬磁界が局部的に増加する。ナノワイヤの伝搬磁界より大きく、トラップの局所伝搬磁界より小さい磁界を印加することによって、磁壁は、依然としてピン止めされたまま、ワイヤに沿ってトラップ内を移動することができる。次いで、トラップの局所伝搬磁界以上に磁界を増加させることによって、磁壁は、ピン止めが解除され、再度ワイヤに沿って移動することができるようになる。

我々の前の研究に基づいて、本発明の目的は、高密度の大容量ストレージに拡張することができる磁壁操作に基づくデータストレージ装置及び方法を提供することである。

本発明によれば、基板と、基板上に３次元に配列された磁性材料のナノワイヤのアレイであって、ナノワイヤがｙ方向に延び、ｘ方向及びｚ方向に互いに間隔をあけて配置されてナノワイヤ層のスタックを形成し、各ナノワイヤがその全長方向に沿って単磁区をサポートすることができるように形成されており、磁区が磁壁によって分離されており、ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位（ｐｉｎｎｉｎｇ ｓｉｔｅ）を有する、ナノワイヤのアレイと、ナノワイヤに沿った第１の方向で配列と逆配列との間を交番する成分の作用によって、ナノワイヤに沿ってピン止め部位間に磁壁を移動させることができる動作磁界を生成するよう構成されている磁界源と、第１の方向に対する動作磁界成分の配列及び逆配列と同期して、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除信号を交互に付加し、それによって、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁の交互の動きによって、ナノワイヤに沿って第１の方向に磁区を移動させるよう構成されているピン止め解除信号（ｄｅｐｉｎｎｉｎｇ ｓｉｇｎａｌ）生成器とを含むシリアルデータストレージ装置が提供される。

この装置では、外部磁界と、熱エネルギーなど局部的に付加されたエネルギーのパルスとの組み合わせによって、情報を磁性体ナノワイヤの下流に移動させることができる。この方式は、ｚ（平面外）方向にほぼ無制限に拡張することができ、したがって、格納された情報の非常に濃い３Ｄネットワークを実現することができる。すべてのデータ読み込み及び書込みアクティビティを、単一の被覆層、及び基礎レベルのＣＭＯＳ（相補型金属酸化膜半導体）又は他の集積回路ベースにより実行することができるため、ｚ方向に積み重ねられた異なるストレージ層への多層化された電気接続を設ける必要はない。重要なことには、複数のストレージ層はすべて、同じマスク又は他のリソグラフィ設計を使用することができるため、単一のリソグラフィ段階によって作ることができ、異なる層は、超格子様の蒸着によって定義される。すなわち、磁性材料の層、次いでスペーサとしての非磁性材料の層、次いで磁性材料の別の層など、すべて単一のリソグラフィック照射（ｌｉｔｈｏｇｒａｐｈｉｃ ｅｘｐｏｓｕｒｅ）により蒸着される。これら２つの点は、製造コストが層の数に伴って拡縮しないことを意味し、変わるのは、蒸着にかかる時間だけであり、これは、取るに足らないわずかなコストを追加するにすぎない。

磁壁ピン止め部位は、例えば、内方又は外方のノッチの作成のためにナノワイヤにおいて局部的に狭窄又は拡幅するなど、ナノワイヤに沿った寸法変化によって、様々な方法で作ることができる。

好ましくは、複数の核形成磁界生成器が、ナノワイヤごとに１つ設けられ、読込み位置で少なくとも核形成磁界の磁界を局部的に印加することによって、ナノワイヤにおいて新しい磁区を選択的に作るよう構成されている。

装置は、各ナノワイヤ層の階段状の終端によって形成されたｘ方向に延びる複数のテラスによって形成されたデータ入力側を有していてもよい。入力側に各テラスを形成するために終端するナノワイヤ層は、いずれの場合も一番下又は一番上のナノワイヤ層であり得る。

好ましくは、複数の磁界検出器は、ナノワイヤごとに１つ設けられ、読出し位置でナノワイヤの磁界を測定するよう構成されている。

装置は、各ナノワイヤ層の階段状の終端によって形成されたｘ方向に延びる複数のテラスによって形成されたデータ出力側を有していてもよい。出力側に各テラスを形成するために終端するナノワイヤ層は、いずれの場合も一番下又は一番上のナノワイヤ層であり得る。

製造を容易にするために、片方が一番上の終端を有し、もう一方が一番下の終端を有するように、出力側の終端タイプが入力側の終端タイプを補うことが好ましい。さらに、製造を容易にするために、同じナノワイヤ層に関連付けられているデータ入力側及び出力側のテラスが、ｙ方向に同じ範囲を有していると好ましい。

本発明は、ナノワイヤの磁区において符号化されたデータを連続的に格納する方法をさらに提供し、各磁区がヘッド−ヘッド磁壁及びテイル−テイル磁壁と隣接し、ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位を有し、この方法は、（ａ）ナノワイヤに沿った第１の方向で配列と逆配列との間を交番する成分を有する動作磁界を印加する段階と、（ｂ）ヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁の交互の動きによって、ナノワイヤに沿って第１の方向に磁区を移動させるように、第１の方向に対する動作磁界成分の配列及び逆配列と同期して、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除エネルギーを交互に付加する段階とを含む。

この方法は、（ｃ）段階（ａ）及び（ｂ）を実行しながら、読込み位置で少なくとも核形成磁界の磁界を局部的に印加することによって、ナノワイヤにおいて新しい磁区を選択的に作り、それによってデータを第１の方向にナノワイヤに連続的に読み込む段階をさらに含むことが好ましい。読込み位置は、磁壁がそこから離れて第１の方向に移動されるナノワイヤ端に関連付けられているナノワイヤの端部にあることが好ましい。

この方法は、（ｄ）段階（ａ）及び（ｂ）を実行しながら、読出し位置でナノワイヤの磁界を繰り返し測定し、それによってデータをナノワイヤから第１の方向に連続的に読み出す段階をさらに含むことが好ましい。読出し位置は、磁壁がそこに向かって第１の方向に移動されるナノワイヤ端に関連付けられているナノワイヤの端部にあることが好ましい。

また、必要に応じて、ナノワイヤにおけるデータを逆方向にシフトすることもできる。したがって、この方法は、
（ｅ）ヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁の交互の動きによって、ナノワイヤに沿って、第１の方向とは逆の第２の方向に磁区を移動させるように、第１の方向に対する動作磁界成分の逆配列及び配列と同期して、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除エネルギーを交互に付加する段階をさらに含み得る。

代替の実施形態において、データを、それが入力されたのと同じ端部から読み出すことができ、それによって、データがナノワイヤの一端で入力され、他端で出力されるときに達成されるＦＩＦＯ（先入れ先出し）ストレージ方法に対して、ＦＩＬＯ（先入れ後出し）ストレージ方法を提供することができる。すなわち、この方法は、さらに、（ｆ）段階（ａ）及び（ｅ）を実行しながら、読出し位置でナノワイヤの磁界を繰り返し測定し、それによってデータをナノワイヤから第２の方向に連続的に読み出す段階をさらに含む。この場合、読出し位置は、磁壁がそれに向かって第２の方向に移動されるナノワイヤ端にある。

ピン止め解除エネルギーを付加する現在好ましい実装は、一般に、ピン止め部位の近くを通る熱電極を使用した電気誘導加熱（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｉｎｄｕｃｅｄ ｈｅａｔｉｎｇ）によるものであるが、原則的には、光など、他の形のエネルギーを使用することができる。

本発明の別の態様によれば、その全長方向に沿って単磁区をサポートすることができる磁性材料のナノワイヤを使用してシリアルデータストリームを投入し、格納し、読み出す方法であって、ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位を有し、ナノワイヤの伝搬磁界と、ピン止め部位の局部的に強化された伝搬磁界との間の強度を有する動作磁界の作用下で、磁壁がナノワイヤに沿って移動可能になるように各ナノワイヤが形成され、この方法が、動作磁界を印加して、磁壁がナノワイヤにおける隣接するピン止め部位間を移動可能になるようにする段階であって、動作磁界が印加されている間は、ナノワイヤが活性化される（及びそうでない場合は、非活性化され、不揮発性である）段階と、少なくとも核形成磁界の局所磁界を投入位置に印加することによって、磁壁をナノワイヤの投入位置に選択的に投入する段階であって、磁壁又はそれらによって定義された磁区が、データを符号化するために使用される段階と、ナノワイヤが活性化されている間に、ピン止め解除エネルギーをピン止め部位のうちの選択されたものに付加することによって、選択されたピン止め部位における局部的に強化された伝搬磁界を動作磁気未満に一時的に下げることにより、投入された磁壁を、１つのピン止め部位から次のピン止め部位に階段状に、投入位置から離れるようにナノワイヤに沿って移動させる段階と、ナノワイヤ上の少なくとも１つの読み込み位置で、ナノワイヤの磁界を測定し、磁区又は磁壁によって符号化されたデータを読み出す段階とを含む方法が提供される。

特定の及び好ましい態様及び実施形態は、添付の特許請求の範囲にも述べられている。
定義

磁壁：逆向きに配列された磁化を有する磁区間の界面である。

横型磁壁（Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）：磁化が磁壁の平面において主に単一の方向に並べられた磁壁のことである。厚み（垂直寸法）よりも幅（水平寸法）が相当大きい一般の磁性体ナノワイヤにおいて、磁化配列は、断面の長手方向に対して配列されているか、逆配列されているかの２つの状態のうちの一方となる［１３］。これら２つの状態は、「上向き」又は「下向き」のキラリティの状態と言われる。横型磁壁は、より小さい断面のナノワイヤにおいて形成される傾向にある［１３］。

渦型磁壁（Ｖｏｒｔｅｘ ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ）：磁化が磁壁において渦巻き又は螺旋のパターンを形成する磁壁のことである。渦型磁壁は、平面図において、時計回り又は反時計回りの磁化パターンの配向を有し、これら２つの状態は、時計回り、又は反時計回りのキラリティと呼ばれる［１３］。渦型磁壁は、より大きい断面のナノワイヤにおいて形成される傾向にある［１３］。

ヘッド−ヘッド磁壁：一般に正の静磁気電荷の蓄積に関連する隣接する磁区の「北」端又はヘッド間の磁壁のことである。

テイル−テイル磁壁：一般に負の静磁気電荷の蓄積に関連する隣接する磁区の「南」端又はテイル間の磁壁のことである。

ナノワイヤ：磁化がナノワイヤの長手方向の軸に対して配列されるのに十分な形状異方性を有する磁性材料から成る磁壁コンジットのことである。一般に、パーマロイ（Ｎｉ_８０Ｆｅ_２０）などの軟磁性材料から成る。一般に、例えば０．２μｍ（２００ｎｍ）未満など、サブミクロン範囲内の幅、より詳細には、従来のリソグラフィにより達成可能なものの程度の幅を有する（現在、９０ｎｍ、まもなく６５ｎｍとなるが、低減され続けている）。

磁区核形成磁界：閾値磁界のことであり、逆磁区がすでにワイヤに存在していない場合、ナノワイヤにおける磁化を逆にするために印加する必要がある最小磁界のことである。

磁区伝搬磁界：閾値磁界のことであり、ナノワイヤに沿って磁壁を移動させるために印加する必要がある最小磁界のことである。

磁壁ピン止め部位：ナノワイヤが、その位置に存在する磁壁のエネルギーの事前に作られた（すなわち自然発生ではない）調整によってもたらされる局部的に強化された伝搬磁界を有するナノワイヤに沿った位置である。

ピン止め解除磁界：磁壁がピン止め部位にわたって（及びその外部に）移動可能になるようにするために必要な局部的に強化された磁区伝搬磁界のことである。

動作磁界：伝搬磁界とピン止め解除磁界との間の強度を有する磁界である。

ピン止め解除エネルギー：局部的に強化された伝搬磁界を動作磁界未満まで一時的に下げるために、ピン止め部位に付加される必要があるエネルギーである。

内方ノッチ：ナノワイヤの局部的な狭窄によって生成される一種の磁壁ピン止め部位のことである。

外方ノッチ：ナノワイヤの局部的な拡幅によって生成される一種の磁壁ピン止め部位のことである。

ノッチ：内方又は外方のノッチのことである。

動作磁界など「磁界」への言及は、ほとんどの場合、磁壁を操作する実質的な成分をナノワイヤの平面に有する磁界を意味することを理解されたい。

次に、例示にすぎないが、添付の図面を参照して、本発明の特定の実施形態について説明する。

本発明は、様々な変更及び代替形態の余地はあるが、図面に、一例として、特定の実施形態が示されており、これらについて本明細書で詳細に説明する。しかし、図面及びその詳細な説明は、本発明を開示されている特定の形に制限するものではなく、むしろ、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義された本発明の意図及び範囲内に含まれるすべての変更、同等物、及び代替をカバーするものである。

図１は、ワイヤの片側に沿って複数の内方ノッチ１２を備えるナノワイヤ１０の一部分を示す略図である。ナノワイヤ１０は、この図においてだけではなく、本発明の一実施形態の以下の詳細な説明においてもｙ方向と定義する方向に延びる、相対的に長く薄いワイヤであるものとして示されている。ナノワイヤは、示されている部分より長い長さ「ｌ」（ｙ方向）、幅「ｗ」（ｘ方向）を有する。ナノワイヤの幅は、一般に、例えば０．２μｍ（２００ｎｍ）未満など、サブミクロン範囲内、より詳細には、従来のリソグラフィにより達成可能なものの程度の幅である（現在、１３０ｎｍ〜６５ｎｍであるが、低減され続けている）。ナノワイヤは、当然、ナノワイヤの蒸着によって定義されるｚ方向の深さ「ｄ」も有する。一般に、ナノワイヤは、化学気相成長法（ＣＶＤ）、物理気相成長法（ＰＶＤ）、熱蒸着又はスパッタリング法など、何らかの形の蒸着工程によって製造され、一般に、１ｎｍから１００ｎｍまでの範囲の厚さを有する。ナノワイヤは、パーマロイ（Ｎｉ_ｘＦｅ_ｙ、この場合ｘ＝８０±２及びｙ＝２０±２）などの軟磁性材料から成る。磁性材料は、均質でも不均質でもよい。均質の磁性材料には、強磁性体及びフェリ磁性体などがある。特定の例には、パーマロイ、他のニッケル−鉄合金、コバルト−鉄合金、又はニッケル−コバルト合金などがある。これ以外の例には、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅのうちの１つ又は複数を含む合金がある。該合金は、任意選択でＳｉ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｐｄ、及びＰｔのうちの１つ又は複数を含む。

ナノワイヤは、集積回路素子との統合に適した、一般にシリコン（Ｓｉ）や他の半導体基板などの基板材料上に蒸着される。

図では、いくつかの内方ノッチ１２が、ナノワイヤの幅を局部的に減らすように、三角形を有するものとして概略的に示されている。一般に、ノッチの形状は多様であり、ノッチは、（ｘｙ平面における）その面積の観点から特徴づけられる。というのは、ポテンシャル障壁（又は井戸）のエネルギーの大きさがノッチの面積にほぼ比例して拡縮することを予測できるからである。図面には、８つのノッチが示されており、これらは、規則的な間隔で示されている。ナノワイヤの片側にすべてのノッチが示されているが、これらは、ワイヤの両側にあってよく、例えば、ワイヤに沿って片側及びもう一方の側に交互に配置されていてもよい。さらに、幅の調整は、ナノワイヤの片側だけではなく、例えば反対側の表面においても行うことができる。同じ場所でのくびれ又は拡張は、例えば、砂時計構造又はリブ付き構造を作り得る。メモリ装置には、各ワイヤに沿って、一般に数百あるいは数千といった多数のノッチがある。以下からわかるように、ワイヤに格納することができる最大数のデータビットは、本質的にノッチ数に線形に比例するため、ノッチ数は、装置のメモリ仕様に従って選択される。ノッチ間の距離は、本質的にフレキシブルである。装置に必要なのは、確実に単磁区のみがホストされるように、ノッチ間距離が十分短いことだけである。しかし、実用上、図示のようにナノワイヤに沿って規則的なノッチ間隔を有するほうが便利である。規則的なノッチ間隔があれば、確実に所与の磁界強度でノッチ間の磁壁伝搬時間が十分に定義される。一般に、１ｍｍから１ｃｍ程度、又は数ｃｍにもなり得るチップサイズまでの長さのナノワイヤ、及び当時の最新式のリソグラフィ処理により達成可能な、例えば、現在は９０ｎｍであり、まもなく６５ｎｍとなるノッチ間隔が考えられ、１０００〜１００，０００個のノッチ、最も高い可能性として数千個から数万個までのノッチを有するナノワイヤが提供される。また、ナノワイヤは、まっすぐである必要はないことに留意されたい。この点で、ナノワイヤにおける約３０度未満の浅い湾曲は、有意の磁壁ピン止め効果をもたらさないことが知られている。したがって、例えば、装置の統合に都合がよければ、湾曲を組み込んでもよい。

次に、概略的に示されている、ナノワイヤにおいてホストされている磁区について説明する。磁区１４のそれぞれは、従来の方法における磁気モーメントを示す実線の矢印で示されている。各磁区は、ｘｚ平面に延び、ノッチにピン止めされる、又はナノワイヤの各端部では、ナノワイヤのｙ端にピン止めされている磁壁１６、１８と隣接する。当分野では理解されているように、ナノワイヤ磁壁は、２つのタイプ、ヘッド−ヘッド磁壁１６及びテイル−テイル磁壁１８に分類され、その意味は、自明である。ヘッド−ヘッド磁壁は、正の静磁気電荷を運び、テイル−テイル磁壁は、負の静磁気電荷を運ぶ。ヘッド−ヘッド磁壁は、実線で示されており、テイル−テイル磁壁は、白抜線で示されている。磁壁に関連付けられている正の電荷及び負の電荷も、概略的に示されている。

したがって、ナノワイヤが、磁区の磁気モーメントがナノワイヤのｙ軸に対して配列されるのに十分な形状異方性を有する磁性材料から成る磁壁コンジットを構成することを理解されよう。磁壁の領域における磁気配列は、従来技術［１３，１４］から理解されるように、より複雑であることを理解されよう。

ノッチのそれぞれは、反復シーケンスにおいて、Ａ、Ｂ、又はＣのいずれかでラベル付けされる。これは、共通加熱電極によるアドレス指定を示すためのアドレス標識である。「Ａ」のノッチは第１の加熱電極群により共通にアドレス指定され、「Ｂ」のノッチは、第２の加熱電極群により共通にアドレス指定され、「Ｃ」のノッチは、第３の加熱電極群により共通にアドレス指定される。これらの電極は、必要に応じて、抵抗（ジュール）加熱によってノッチを局部的に加熱するよう働く金属（アルミ、金、銅など）又は金属性（シリサイド又は縮退ドープ半導体（ｄｅｇｅｎｅｒａｔｅｌｙ ｄｏｐｅｄ ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）など）である。本発明を具体化するメモリ装置におけるこの目的は、すぐに理解されよう。

どの記号（ヘッド−ヘッド又はテイル−テイル）の磁壁が所与のノッチ群（Ａ、Ｂ、Ｃ）に存在するかを装置コントローラが常にわかるように、データ符号化方式が選択される場合のみ、単方向の磁区伝搬が可能であるが、装置コントローラは、磁壁が存在しているかどうかを知っている必要はない。この要件は、符号化できる情報の最大密度に制限を置く。特に、これは、情報の単一ビットごとに３つの隣接するノッチが使用されなければならないこと、及び各ビットの符号化に２つの磁壁が使用されなければならないことを意味する。したがって、可能な方式の１つは、ヘッド−ヘッド磁壁、次いでテイル−テイル磁壁が３つのノッチにわたって広がることによって１が符号化されるのに対して、同じ距離にわたって磁壁がまったく無いことによって０が符号化されることである。

物理符号化が選択されると、ハードディスク業界で現在使用されているデータ符号化アルゴリズムの標準範囲を使用して、ファイルデータを物理データに変換することができ、したがって、誤り訂正が導入される。特に、静磁気層間結合（ｍａｇｎｅｔｏｓｔａｔｉｃ ｉｎｔｅｒｌａｙｅｒ ｃｏｕｐｌｉｎｇ）（これによってデータの熱安定性が低減し、したがってデータ誤差の確率が増加し得る）を低減するために、すべて同じ磁化方向の長いナノワイヤブロックが回避されることが望ましい。この段落において提案されている物理符号化を前提とすると、これは、０の大きいブロックが回避されるべきであることを意味する。これを解決するために、格納すべきデータにグレイ符号などの記号変換符号（Ｓｙｍｂｏｌ ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ ｃｏｄｅ）が適用されるべきである。ディスクの延長上にデータ遷移がないと、検出電子部品が相ロックを失ってしまう従来のハードディスクドライブにも同様の要求がある。

図２Ａは、単一の内方ノッチを備えるナノワイヤを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。

図２Ｂは、外方ノッチを備えるナノワイヤを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。この点で、外方ノッチは、結果として人工の磁壁ピン止め部位にもなることに留意されたい。外方ノッチの場合、これらは、この例ではポテンシャル井戸を形成しているナノワイヤの局部的な拡幅によって作られる。このナノワイヤ例は、幅Ｗ＝１２０ｎｍ、ｄ＝８ｎｍを有し、高さ８ｎｍ、幅１２０ｎｍの外方ノッチを備える。

より一般的には、内方及び外方のノッチは、一般的なクラスの人工磁壁ピン止め部位の例である。ピン止めは、ワイヤに沿った位置の関数として、磁壁のエネルギーの任意の十分な変調によって作られることが予想される。というのは、変調は、磁壁をピン止めするよう働くポテンシャル井戸又は障壁のいずれかを形成するからである。

ノッチなどの構造的な変化によってエネルギーの変化をもたらす競合機構が２つある。第１は、単に、磁壁が（内方）ノッチ位置で短いことである。磁壁エネルギーは、その長さに比例するため、これは、エネルギー井戸を作る傾向にある。競合の傾向は、内方ノッチの付近において、局部的な形状異方性がより強いことである。というのは、形状異方性がおおよそ厚さ対幅の比に比例するという事実を考えると、厚さ対幅の比（ｚ／ｘ比）がより大きいからである。磁壁エネルギーは、異方性の平方根に比例するため、これは、ポテンシャル障壁を作る。実験は、現在までに製造されたノッチについては、後者の効果が前者より優位に立つことを示すが、他のノッチの形状及び他の人工ピン止め部位タイプについては、前者が優位に立つ可能性がある。

磁壁のキラリティに応じて、内方ノッチがポテンシャル井戸又は障壁を形成することができることが本発明者によって証明されている。同様に、磁壁のキラリティに応じて、外方ノッチがポテンシャル井戸又は障壁を形成することができることが本発明者によって証明されている。ノッチが障壁であるか井戸であるかは、ノッチ構造のみによって決定されるのではなく、むしろノッチ構造（内方ノッチか、外方ノッチかなど）と磁壁の性質（すなわち、ヘッド−ヘッド又はテイル−テイル）及びそのキラリティ（すなわち、検討されている磁壁が上向きに配列された横型磁壁であるか、下向きに配列された横型磁壁であるか）との組み合わせによって決定される。現時点では、渦型磁壁に関する実験は、本発明者によって行われていないため、渦型磁壁についてのポテンシャルのバリエーションとキラリティとの間の関係の性質はわからないことに留意されたい。ピン止め部位がポテンシャル井戸であるか障壁であるかを実証する決定要因は、横型磁壁の磁化が、ノッチの付近における磁化に対して配列（すなわち並列）されるか逆配列（すなわち、逆並列）されるかであり、これは、ノッチを通る磁壁の伝搬の方向にも依存する。

磁壁エネルギーにおける局部的な変調は、ノッチ以外に、イオン注入や局部的な合金化（ｌｏｃａｌ ａｌｌｏｙｉｎｇ）など、他の任意の適した方法によって作ることができる。さらに、我々はノッチを作るのにナノワイヤの厚さを調整していないが、これも可能である。

次に、ナノワイヤの磁気特性について、ｙ方向に沿ってナノワイヤに印加される線形磁界Ｈ_ｙの効果を参照して説明する。

図３Ａ、３Ｂ、及び３Ｃは、ワイヤの本体の直線部における（図３Ａ）、ノッチを通過する（図３Ｂ）、及びワイヤの端部における新しい磁壁の核形成についての（図３Ｃ）、磁壁伝搬のための外方ノッチを備える図２Ｂのナノワイヤ例の磁気光学Ｋｅｒｒ効果（ＭＯＲＥ）装置によって測定されるヒステリシス曲線を示すグラフである。各グラフは、磁界強度Ｈ_ｙに対する長手方向（ｙ方向）のＫｅｒｒ信号をエルステッド（Ｏｅ）単位で描いている。各グラフの右側には、測定されるナノワイヤ特性の図が示されている。

ＭＯＫＥ装置によって、磁気特性を、ナノワイヤに沿った異なる領域において局部的に測定することができる。任意のノッチから離れたワイヤの直線部（図３Ｂ）では、磁壁は、約２０Ｏｅの磁界により移動可能であり、ノッチ領域（図３Ａ）では、磁壁がノッチを移動するのに約４０Ｏｅより大きい磁界が必要であることがわかる。最後に、図３Ｃは、ナノワイヤの端部において新しい磁区（及び関連の磁壁）を作るのに、約７０Ｏｅのさらに大きい磁気が必要であることを示す。

したがって、ナノワイヤの一例では、これらの結果は、逆磁区がワイヤにすでに存在していない場合、ナノワイヤにおける磁化を逆にするために印加されなければならない磁界である磁区核形成磁界（図３Ｃ）と、ナノワイヤに沿って磁壁を移動させるために印加されなければならない磁界である磁区伝搬磁界（図３Ｂ）と、本書においてピン止め解除磁界と呼ぶ、ノッチ又は他のピン止め部位（図３Ａ）にわたって（及び外部に）磁壁を移動させるために必要な局部的に強化された磁区伝搬磁界との間の明確な分離を示す。

内方及び外方のノッチを備えるいくつかのナノワイヤの例について、同様の結果が蓄積されている。

図４Ａは、内方ノッチを備えるいくつかの構造例について、ノッチサイズに対するスイッチング磁界を、伝搬磁界（白い丸）及び核形成磁界の２つの測定値（四角）のそれぞれについて示すグラフであり、この場合、白い四角は、磁界がナノワイヤに沿ってまっすぐ印加される、すなわち、ｙ方向に対して正確に配列された核形成磁界の測定値であり、黒い四角は、磁界がｙ方向に対して２〜３度の角度で印加された核形成磁界の測定値である。ノッチは、ｘｙ平面におけるその面積に従って分類される。

図４Ｂは、外方ノッチを備えるいくつかの構造例について、ノッチサイズに対するスイッチング磁界を、伝搬磁界（白い丸）、核形成磁界Ｘ（白い四角）及び核形成磁界（黒い四角）のそれぞれについて示すグラフである。

これらの結果から、様々なノッチ面積があり、核形成磁界と伝搬磁界との間にかなりの差があることがわかる。このことは、本発明を具体化する装置において重要である。というのは、これは、伝搬磁界を上回るが、核形成磁界を下回る適切な強度の磁界を印加することによって、新しい磁区を作ることなく、磁壁をナノワイヤに沿って伝えることができることを示しているからである。

ここまで、本発明を具体化するメモリ装置の要素を形成するナノワイヤの基本的な要素について説明してきたので、次に、ナノワイヤメモリ素子の動作原理について説明する。

図５は、１４の一連の時間増分において図１のナノワイヤの上から下まで示す略図である。

ナノワイヤが交番線形磁界（ａｌｔｅｒｎａｔｉｎｇ ｌｉｎｅａｒ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）によって作用されており、この場合、時間増分は、任意であるが、磁界が定期的に交番することを前提とすると、１／４周期である。磁界方向が＋ｙか−ｙかは、図の右の下に示されている。装置の動作は、本質的に非同期であるため、実時間に対するどんな周期性も必要ない。必要なのは、示されている時間系列において、適切な交番磁界が印加されることだけであり、周期的でも非周期的でもよい。磁区が安定している、すなわち、メモリ装置が装置の１つの特徴である不揮発性であるため、磁界の印加間に、長い周期が経過する場合がある。

さらに、磁界の方向が半周期ごとに反対になるので、回転磁界は必要な交番磁界を生成することができることに留意されたい。しかし、交番線形磁界は、回転磁界より、生成するのに都合がよく、非同期な装置との互換性がより高い可能性がある。

異なる時間増分時点で、加熱電極グループＡ、Ｂ、Ｃのそれぞれが電流により選択的に作動されて、ノッチが局部的に加熱され、これは、加熱されたノッチを塗り潰すことによって示されている。この作動は、Ａ、Ｃ、Ｂの反復において行われ、それらの間に非作動の時間増分がある。

次に、局部的な加熱の役割について説明する。ノッチにおける局部的に強化された伝搬磁界は、ノッチの局部的な加熱によって低下され得ることが実証されている。一時的な電流パルスを関連の加熱電極に付加することにより、ノッチに付加された熱エネルギーは、したがって、そのノッチの局部的に強化された伝搬磁界を一時的に低下させる。

次に、非加熱のノッチの局部的に強化された伝搬磁界を下回るが、ノッチが加熱されたときの磁界を上回る強度を有する磁界が印加される場合、加熱は、ノッチに配置されているピン止め解除磁壁の効果を有する。また、この磁界は、ピン止め解除磁界、すなわち、磁壁が非加熱のノッチを横切ることができるようになる磁界よりも低い。この磁界は、本書では動作磁界と呼ばれ、ピン止め解除エネルギーは、局部的に強化された伝搬磁界を一時的に動作磁界未満まで下げるために、ピン止め部位に付加される必要があるエネルギーを指すために使用される。このエネルギーは、加熱電極の場合、熱エネルギーであるが、原則として、光など他の形のエネルギー投入を企図することができる。電流誘起磁界（Ｃｕｒｒｅｎｔ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）を使用して、局部的に強化された伝搬磁界を上回るまでピン止め部位における磁界を増加させることもできる。このオプションについては、以下でさらに詳しく説明する。

さらに、所与の磁界の影響下で、正電荷のヘッド−ヘッド磁壁が磁界方向に移動し、負電荷のテイル−テイル磁壁が磁界方向の反対に移動する状態で、ヘッド−ヘッド磁壁及びテイル−テイル磁壁が反対方向に移動する傾向にあることに留意されたい。実際に、磁壁のこの特徴は、磁界により誘起される磁壁操作の既知の特徴である。というのは、印加された磁界によって、ヘッド−ヘッド磁壁及びテイル−テイル磁壁が互いに近づき、磁区が合体して消滅する傾向にあるからである。これは、時として、例えば複数の磁区を壊すことによってナノ構造をリセットするのに有用であるが、磁区を移動させる間、磁区をナノ構造に保つことが望まれるとき、問題でもある。

次に、１４の時間増分のそれぞれを参照して、ナノワイヤ装置素子の動作について説明する。
１．示されているナノワイヤ部分は、５つの磁区をホストしており、そのうちの３つは、示されているノッチ間、すなわち、１〜３、３〜４、及び４〜６のノッチ間に延び、示されているワイヤ部分の端部の２つは、示されているワイヤ部分の端部を超えて延びる。磁区は、互いに隣接する。すべてのヘッド−ヘッド磁壁は、Ａのノッチ、すなわち、電極群Ａによってアドレス指定されるノッチに配置され、すべてのテイル−テイル磁壁は、Ｃのノッチ、すなわち、電極群Ｃによってアドレス指定されるノッチに配置されることに留意されたい。さらに、Ｂノッチによってホストされている磁壁はないことに留意されたい。さらに、示されているワイヤ部分の中央の＋ｙに配列された磁区は、１ノッチ長にすぎず、２つの隣接する−ｙに配列された磁区は、２ノッチ長であることに留意されたい。示されているワイヤ部の端部を超えて延びる２つの端部磁区は、より長い（例えば１２ノッチ長の長い磁区は、一連のゼロを符号化する可能性がある）。
２．電極Ａは、＋ｙの動作磁界を印加する間に作動する。
３．＋ｙ動作磁界及びＡノッチの局部的な加熱の同時の作用下で、ヘッド−ヘッド磁壁は、＋ｙ方向の次の隣接するノッチ、すなわちＢノッチにおいてピン止めされる前に、ナノワイヤが構成するシリアルメモリ素子の一般のデータフロー方向である＋ｙ方向に伝わる。したがって、中央の＋ｙに配列された磁区は、ノッチ長が１から２に拡張されており、隣接する−ｙに配列された磁区は、ノッチ長が２から１に短縮されている。
４．電極Ｃ（テイル−テイル磁壁をホストする）は、−ｙ動作磁界を印加する間に作動する。
５．−ｙ動作磁界及びＣノッチの局部的な加熱の同時の作用下で、テイル−テイル磁壁は、＋ｙ方向、すなわちＡノッチに伝わる。したがって、＋ｙに配列された中央磁区は、ノッチ長が２から１に短縮されており、隣接する−ｙに配列された磁区は、ノッチ長が１から２に拡張されている。時間増分１と比べて、磁区が＋ｙ方向に１ノッチ移動したことがわかる。
６．電極Ｂ（ヘッド−ヘッド磁壁をホストする）は、＋ｙ動作磁界を印加する間に作動する。
７．＋ｙ動作磁界及びＢノッチの局部的な加熱の同時の作用下で、ヘッド−ヘッド磁壁は、＋ｙ方向、すなわちＣノッチに伝わる。
８．電極Ｃ（磁壁をホストしない）は、−ｙ動作磁界を印加する間に作動する。
９．これは、作動されたノッチＣがどんな磁壁もホストしていないため、デッドタイム増分である。
１０．電極Ｃ（ヘッド−ヘッド磁壁をホストする）は、＋ｙ動作磁界を印加する間に作動する。
１１．＋ｙ動作磁界及びＣノッチの局部的な加熱の同時の作用下で、ヘッド−ヘッド磁壁は、＋ｙ方向、すなわちＡノッチに伝わる。
１２．電極Ｂ（テイル−テイル磁壁をホストする）は、−ｙ動作磁界を印加する間に作動する。
１３．−ｙ動作磁界及びＢノッチの局部的な加熱の同時の作用下で、テイル−テイル磁壁は、＋ｙ方向、すなわちＣノッチに伝わる。
１４．電極Ａは、＋ｙの動作磁界を印加する間に作動する。

この処理は、ナノワイヤに沿ってデータフロー方向に磁区を移動させるのと同じ方法で続行することができる。各増分で、すべてのヘッド−ヘッド磁壁は、共通にアドレス指定される１組のノッチでホストされ、すべてのテイル−テイル磁壁は、共通にアドレス指定される別の組のノッチでホストされ、共通にアドレス指定される第３の組のノッチは、どんな磁壁もホストしない。この分離によって、正及び負の磁壁を、反対に配列された動作磁界の作用下で、あるノッチから次のノッチに、データフロー方向に個別に移動させることができる。したがって、各磁区は、データフロー方向に階段状に移動され、磁区の長さは、２ノッチと１ノッチとの間で増分的に変わる。より一般的には、より大きい磁区長を使用することができるが、ノッチ間の距離当たりの磁区数が低減され、それによってデータ密度が低減する。

したがって、加熱パルスと動作磁界シーケンスとの間の関係が以下の通りであることを理解されたい。

すなわち、ピン止め解除熱エネルギーを、データフロー方向に対する動作磁界の配列及び逆配列と同期してヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁をホストするノッチに交互に適用することによって、ナノワイヤメモリ素子に沿った磁区のストリームの制御された動きが理解されよう。このことは、ナノワイヤに沿ってデータフロー方向に磁区を移動させ、それによって、ナノワイヤに沿ってデータフロー方向に連続的にデータを移動させる。これはシフトレジスタ機能であることを理解されよう。磁区のナノワイヤにおける読込み及び読出しの方法については、まだ説明していないが、次に、以下の図を参照して説明する。

図６は、ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の入力側の側面略図である。図は、磁性層２０によって形成され、非磁性材料によってｚ方向に分離され、非磁性層２２によって形成され、基板２４上に配列されるナノワイヤのスタックを示す。一例として、３対の磁性層及び非磁性層が示されている。上述したように、ナノワイヤは、パーマロイ又は他の磁性材料で構成することができる。非磁性層は、磁性材料及び様々なアドレス指定側の加熱電極との互換性がある、適した電気絶縁性及び断熱性を備える任意の従来の半材料で構成してもよい。例えば、非磁性材料は、シリコン二酸化物（ＳｉＯ_２）又は窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、又は装置の統合と一般に互換性のある他の何らかの材料とすることができる。

ナノワイヤ間の非磁性のスペーサ層の厚さは、隣接する層における磁区間の静磁気層間結合を最低限に抑えるほど十分大きくなければならない。しかし、これは、メリットなしに単にナノワイヤスタックの合計厚さを増加させるだけであり、したがって製造をより難しくするため、必要以上に厚くてはならない。約５０ｎｍの非磁性層の厚さ、例えば３０〜７０ｎｍ又は２０〜８０ｎｍがおそらく最適に近い。

実際の装置では、ナノワイヤ層２０が任意の所望の数だけ存在してよい。装置構造は、本質的にｚ方向に拡張可能であり、これは、その重要な利点の１つであるため、多数のナノワイヤ層を提供することができる。特に、１０〜１０００又は１００〜１０００以上のナノワイヤ層を装置に設けることができると考えられる。メモリストレージ容量は、本質的に、層の数に線形に比例するため、所与の装置における層の数の選択に影響を与える。

この特定の図には示されていないが、各ナノワイヤ層は、それぞれｙ方向に延び、ｘ方向に間隔を置いて配置されている複数のナノワイヤを含んでおり、隣接するナノワイヤは、非磁性層２２に使用されるものと同じ非磁性材料、又は一般にＳｉなどの基板材料などのリソグラフィによって示される材料である非磁性材料、あるいは空隙によって隔てられることも理解されよう。

図に戻ると、明らかに、各ナノワイヤ層（及びその上部に重なる付随の非磁性層）は、その下のナノワイヤ層の端部の前でｙ方向に終端するため、ナノワイヤ層は、ｙ方向に段違いで配置されて、一番上の層の対を連続的に終端することによって、テラス状又は階段状の構造を形成する。各段上に、ｘ方向（図の平面外）に延びる単一の金属又は金属性電極２６が示されている。こうした電極は、ナノワイヤごとに設けられるため、層当たりナノワイヤが存在するのと同じだけの電極２６が各段に存在する。各電極は、関連のナノワイヤの端部にわたってｘ方向に延びる相対的に短い部分（示されている部分）、及び一般にｙ方向に延びる相互接続につながる２つの相対的に長い部分を有する。したがって、各電極２６の示されている短い部分は、非磁性層上の、関連のナノワイヤの端部の上に配置される。

電極２６は、核形成磁界生成器の例であり、装置におけるその機能を示すために、磁壁投入電極（ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）、データ入力電極、又は読込み電極と様々に呼ばれる。

次に、データ入力機能について説明する。ナノワイヤの核形成磁界は、その端部に向かって低減する。したがって、ナノワイヤ端部における局部的に低減された核形成磁界を上回り、しかしナノワイヤの本体における核形成磁界を下回る磁界がナノワイヤの長さに沿って印加される場合、磁壁（又は磁区）をナノワイヤの端部に作ることができる。

次に、図の中央電極２６_２に付加される電流について検討する。これによって、環状の磁界が作られ、ｙ方向の有意な成分が、その下に横たわるナノワイヤ２０_２、及びさらにその下の最下部のナノワイヤ２０_３において生じる傾向にある。ナノワイヤ２０_２においてそれが生成する磁界が、ナノワイヤの端部における局部的に低減された核形成磁界を上回り、しかしナノワイヤの本体における核形成磁界を下回るように、電流を選択することができる。さらに、電極２６_２に流れる電流によって生成されたピーク磁界は、最下部のナノワイヤ２０_３において磁壁を作ることができない。というのは、そのためには、最下部のナノワイヤ２０_３の端部が電極２６_２とうまく分離されるという事実から見て、ナノワイヤの本体の核形成磁界を超える必要があるからである。

したがって、階段状の構造は、各電極２６_ｎが、その関連のナノワイヤ層２０_ｎの端部領域に局部的な磁界を作り、末端効果によってもたらされる局部的に低減された核形成磁界を活用することによって、そのナノワイヤ層においてのみ、磁壁を選択的に作ることができることを意味することを理解されたい。さらに、これは、３Ｄ接触又はアドレス指定方式を用いる必要なく達成されることを理解されたい。たとえメモリ構造、すなわちナノワイヤが３Ｄで配列されていても、全体の接触及びアドレス指定方式は、平面、すなわち２Ｄに保持される。したがって、３Ｄ接触及びアドレス指定方式を使用することに関連する追加の複雑性なしに、３Ｄメモリのメリット、すなわち、単位チップ面積当たりのメモリ容量の増加が達成される。

それ自体の電極２６により入力側における各ナノワイヤを個々にアドレス指定するという要件は、ｘ方向のナノワイヤの記録密度（ｐａｃｋｉｎｇ ｄｅｎｓｉｔｙ）における制限要因であり得る。例えば、ナノワイヤは、入力アドレス指定のための余地を提供するために、リードフレームの少なくとも外部接触位置において、１〜１０μｍ以上分離されなければならない場合がある。ワイヤの広がりを使用して、分離がリードフレームでは十分に大きいが、電極２６がナノワイヤ端部に交差するところでナノスケール分離に縮小するようにしてもよい。

メモリ装置のデータ入力側について説明したので、次に、データ出力側について説明する。

図７は、ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の出力側の側面略図である。明らかに図６に示されているものと同じナノワイヤ層２０及び非磁性層２２が示されている。示されているように、ナノワイヤ層２０及びその関連の非磁性層２２は、交互に終端し、それによって、＋ｙ方向に見られるように、一番下の層２０_１及び２２_１が最初に終端する。この終端によって、上部に重なり合う層２０及び２２の対のそれぞれは、終端された最下部の層の結合された厚さ分下がる又は下りる。これは、傾斜の形で、ｙ方向に相対的に限定された範囲にわたって下がるものとして概略的に示されている。次いで層ｎ＝２及びｎ＝３は、層ｎ＝２が終端される前に、これ以上の距離にわたってｙ方向に延び、それによって、層ｎ＝３は、これ以上の傾斜路にわたって下がる。最後に、一番上の層（この図ではｎ＝３）が終端される。したがって、一番下の層の対の連続する終端によりテラスが得られる。

ナノワイヤ層２０_ｎの各端部下、すなわち終端領域において、磁気検出器２８_ｎが基板２４に組み込まれて示されている。これは、磁気検出器がシリコン（又は他の半導体）に統合されていることを示すためである。ここでは、基板という用語は、厳密な意味では、むき出しの未処理のウェーハ部分を指すが、大まかには、包括的な用語として従来のエピタキシャル層、縮退領域などを含む基礎を成す半導体構造に使用されることを理解されたい。

磁気検出器２８_ｎは、それに関連するナノワイヤ層２０_ｎの端部から浮遊磁界を検出することによって、磁区又は磁壁のいずれかの存在を検出するよう働く。磁気検出器は、例えば、当分野で知られているように、磁気トンネル接合、スピンバルブ、又はホール効果（ビスマス又はＩｎＳｂなど）に基づき得る。別の代替は、ナノワイヤが磁気トンネル接合又はスピントロニクス装置のいわゆるフリー層を形成するように、ナノワイヤと直接電気接触する磁気検出器を有することである。ＡＭＲを測定して、そのノッチにおける磁壁の有無を検出するために、ノッチのいずれかの側に電気接触を配置することもできる［１２］。

装置の読込み側と同様に、ナノワイヤ層によって構成された積層された３Ｄメモリ素子のこの読出し方式は、ｚにおける異なるナノワイヤ層の磁界検出器がｙにおいて離れて配置されるので、単に平面、すなわち２Ｄの半導体統合方法を使用して実施されることを理解されたい。ｚ方向の追加の構築は、ナノワイヤ層自体の製造以外の製造では必要ない。

それ自体の検出器により出力側における各ナノワイヤの磁気を測定するという要件は、ｘ方向のナノワイヤの記録密度における制限要因であり得る。

図８は、ｘｙ平面における本発明を具体化するメモリ装置の中央部分の平面略図である。示されている中央部分は、図６及び図７に示されているものの間の部分（ｙ方向）、すなわち、装置の読込み端部と読出し端部との間の部分と考えることができる。平面略図において、層当たり８つのナノワイヤ１０を備える装置が基板２４に示されているが、一般に、かなり多くの数のナノワイヤが各ナノワイヤ層に設けられることを理解されよう。例えば、９０ｎｍのリソグラフィを使用すると、ダイスの能動素子部分が１ｃｍ四方である場合、層当たり５５，０００ナノワイヤのスペースがある。ｘ方向（及びｚ方向）のナノワイヤ間の非磁性素材は、明確に描かれていないが、その省略から推測される。

上述した共通のアドレス指定によってＡ、Ｂ、Ｃとラベル付けされた加熱電極２５も図において明らかである。全部で９ラインの電極が示されているが、実際の装置において、上述したように、設けられているノッチ数に従って、一般に何百あるいは何千という多数の電極が存在することを理解されよう。

図９Ａは、前の図に示されているものと同じメモリ装置の中央部分ではあるが、ｘｚ平面のもの、すなわち立面図の側面略図である。図８との組み合わせで、加熱電極２５は「くし」状の組であり、電極バー２３のそれぞれが、くしの「歯」１３がナノワイヤ層を垂直に通過する垂直に延びる電極部分である図９Ａに示されている種類のくしの背骨になっていることを理解されたい。基板２４上には導体層２１も示されており、これは、Ｉとラベル付けされた矢印によって概略的に示されるように、加熱電極によって必要とされる電流ループを閉じるよう働く電流帰路面（ｃｕｒｒｅｎｔ ｒｅｔｕｒｎ ｐｌａｎｅ）である。導体層１３は、基板に蒸着される適した縮退ドープ半導体層、シリコン層、又は金属層であり得る。

電極構造をくしと説明したが、図９Ａ及びｚ方向を示す他の図において、ｚの縮尺は、説明上、極めて誇張されていることを理解されよう。一般の装置は、ｘｙ平面において、数ミリメートルあるいは数センチメートルに及ぶのに対して、ナノワイヤ層は、一般に、１〜１００ｎｍ厚さ程度のものにすぎないため、磁気構造の合計厚さは、一般の装置において、おそらく１〜１００μｍにすぎない。

同じ電流がすべての加熱柱（ｈｅａｔｉｎｇ ｐｉｌｌａｒ）を流れ下りるようにするために、柱の一番下と電流帰路との間（すなわち１３と２１との間）、又は柱１３の一番上と柱１３を接続する一番上を横断するバー２３との間のいずれかに、炭素など、より高い抵抗材料の薄い層を挿入することが有益となり得る。これらは、一時的に金属蒸着をオフにし、炭素蒸着をオンにしてこの層を挿入することによって、同時に蒸着することができる。

図９Ｂは、図９Ａのものの代替のノッチ加熱方式を示すために提供された、単一のナノワイヤ及び関連の加熱電極柱のｘｙ平面における平面略図である。図９Ａの現在の方式のように、図９Ｂの方式は、選択された柱１３を加熱し、次いで、熱接触がその熱を関連のノッチ面積に伝えることができるようにする。電流帰路面２１（図９）が省かれ、柱１３が代わりに絶縁性基材において終端することを除いて、図９Ｂにおける加熱接触部は、図９Ａのものとちょうど同じ方法で配列される。加熱柱１３は、図９Ｂから明らかなように、従来通りノッチを中心とする。所与の組のノッチ（Ａ、Ｂ、又はＣ）を加熱するために、電圧がその組のノッチと接触する柱に印加され、異なる電圧が他の組の柱に印加される。例えば、図では、電圧＋Ｖ、例えば＋１Ｖが「Ａ」ノッチと接触する柱に印加され、０Ｖが「Ｂ」及び「Ｃ」のノッチと接触する柱に印加されることを示している。これによって、電流は、Ａノッチの中央に流れ、図に矢印によって示されているように、その半分は、−ｙ方向に流れ込み、Ｃノッチを通ってナノワイヤ１０を出て、残りの半分は、＋ｙ方向に流れ込み、Ｂノッチを通ってナノワイヤ１０を出る。キルヒホフの第１の法則によって、ノッチＡを通る電流は、ノッチＢ及びＣのそれぞれを通る電流の大きさの２倍でなければならない。これらの電流は、ナノワイヤを直接加熱する。ジュール加熱は、電流の二乗に比例するため、ノッチＡのすぐ近くは、ナノワイヤの他のすべての部分の４倍強く加熱され、Ａノッチのすぐ近くに最も強い加熱領域２７を作り、Ａのノッチのみから磁壁の選択的なピン止め解除が可能になる。ノッチを介して投入される電流の正確な大きさは、加熱効果が、磁壁を所望のノッチから解放するほど十分強く、その他の場所をピン解除するほど強くないように、注意深く調整されなければならない。結果として上述したものと同じ程度の加熱になる（例えば上記の表を参照されたい）。さらに、磁性層間にある電気絶縁性スペーサ層２２は、加熱電流を磁性体ナノワイヤ層２０に集中させ、（より厚い）スペーサ層には無駄な熱は生成されない。

十分な加熱を達成するための一般的な電流密度は、１０^７Ａｃｍ^−２である。電流の符号は、無意味なため、その後の加熱パルスにおける電圧の符号を交互にして、エレクトロマイグレーションを低減することが望ましい場合がある。加熱を誘起する電気パルス幅は、統合されたナノワイヤの熱時間定数と同じ大きさのものとすべきである。電気パルス幅がこれよりかなり短い場合、ナノワイヤは、十分加熱されない。これより長い場合、温度がもっと上昇し続けることはない（したがって、これ以上のピン止め解除はない）が、装置からの総電力損失が上昇し続ける。一般の熱時間定数は、１〜１０ｎｓである。

図９Ｃ及び９Ｄは、ノッチ間で磁壁を移動させる別のオプションを示している。この実装において、電流誘起磁界を使用して、局部的に強化された伝搬磁界を上回るまでピン止め部位における磁界が増加される。

図９Ｃの特徴は、主にそれを複製したものである図９Ａから理解されよう。図９Ｃの構造は、電極構造においてのみ、図９Ａのものと異なる。各くしが「Ａ」、「Ｂ」、又は「Ｃ」の電極群のうちのいずれかのものを形成するくし電極の「歯」を形成する柱１３は、ｘ方向に、金など第１の導体材料の柱１３_１と、銅など第２の導体材料の柱１３_２とを交互に繰り返し、この場合、第１の材料及び第２の材料は、異なる導電率を有する。

ビオサバールの法則からよくわかるように、直線ワイヤを下りる電流は、円筒対称性の磁力線の磁界を誘起し、ワイヤから離れている任意の地点における磁界は、電流に比例し、ワイヤからの距離に反比例する大きさを有する。したがって、異なる電流が流れる２つの並列ワイヤでは、その間の途中にワイヤに並行な正味磁界（ｎｅｔ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｆｉｅｌｄ）がある。

図９Ｃを参照すると、電流がバー２３と導体層２５との間に流れるように、共通の駆動信号が付加され、柱１３_１及び１３_２は、柱１３_１を流れ下りる電流Ｉ_１がＲ_２／（Ｒ_１ ＋ Ｒ_２）である並列抵抗ネットワークを効果的に形成し、この場合、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ柱１３_１及び１３_２の抵抗である。同様に、柱１３_２を流れ下りる電流Ｉ_２は、Ｒ_１／（Ｒ_１ ＋ Ｒ_２）である。例えば、柱が金及び銅から成る場合、銅の抵抗がより低いことで、金の柱より多くの電流が銅の柱を流れ下りる。

より一般的には、上記は暗に、柱が同じ次元を有することを前提とすることを理解されたい。当然、関連のパラメータは、２つのタイプの柱が異なる電気抵抗を有していることであり、これは、柱の寸法によっても影響を受ける。例えば、柱はすべて、同じ材料で構成されていてもよいが、異なる断面積、すなわちｘｙ平面において異なる面積を有することで、異なる抵抗を有する。

電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、又は合金のこれらの導体又はさらに別の素子を含めて、任意の適した導体で構成することができることを理解されたい。

図９Ｄを参照すると、図９Ｃのナノワイヤ１０のうちの１つの平面図を示しており、これはちなみに、同位置にある外方ノッチ１２の対と共に示されている。柱１３_１及び１３_２は、示されたナノワイヤ１０の両側にノッチ１２を通過して配列されている。図では、「Ｃ」電極が作動されており、柱を流れ下りるように並列電流Ｉ_１及びＩ_２を誘起し、円筒形の磁力線によって概略的に示されるように、ｘ方向にナノワイヤの周期性の半分に等しい距離で円柱磁界Ｂ_１及びＢ_２を誘起する。ナノワイヤでは、磁界Ｂ_１及びＢ_２は、結合して、ナノワイヤに沿って、すなわち実線の矢印によって示されるようにｙ方向に正味磁界ΣＢを生成する。動作磁界Ｈと一致し、それに重畳される正味磁界ΣＢは、必要なピン止め解除磁界を提供して、磁壁をノッチ１２の外に移動させる。このように、磁壁を、制御された方法で、ナノワイヤに沿ってノッチからノッチに移動させることができる。

ノッチの近くに正味磁界を誘起する電極を流れる電流も、熱を生成し、この効果は、磁界効果と協働して、両方がピン止め解除エネルギーに貢献し得ることを理解されよう。

したがって、ｚ方向の電流フローは、ｙ方向のピン止め解除磁界を誘起するために使用される。ｙ方向に沿ったピン止め解除磁界は、ｘ方向の電流フロー、すなわち、非磁性層２２の平面において延びる電極によって生成することもできることを理解されよう。

図１０Ａ及び１０Ｂは、図８Ａ及び９Ａに示されるのと同じメモリ装置の部分の上及び下からの透視略図である。横材２３及び１組の柱１３をそれぞれ含む加熱電極２５が示されており、ここでは、加熱電極は、交互のナノワイヤ２０とスペーサ２２を分離する。この例では、ｘ方向の隣接するスタックと、ｙ方向の隣接する加熱電極２５との間に空隙軸が形成される。図１０Ｂには、磁性層２０ではなく、一番下のスペーサ層２２においてではあるが、外方ノッチ構造が示されている。

図１１は、ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の磁界源３０の側面略図である。上述したナノワイヤアレイ及び関連の読込み及び読出し素子を支える基板２４も示されている。源３０は、源を介した電流フローの方向に応じて＋ｙ方向及び−ｙ方向に交番する線形磁界Ｂを提供する。図に示されている磁界方向は、一例により＋ｙである。源は、素子３２のアレイがｚ方向に延びる、よく知られているストリップライン設計のものである。源３０は、フリップチップ接合又は他の技術を介して基板２４と統合され得る。

図１２Ａ及び１２Ｂは、ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の入力側の製造を示す側面略図である。一般的に言えば、ナノワイヤと非磁性層２０、２２との対の終端を定義するために、シャドーマスク３４の端部が使用され、層の各対の蒸着の間にｙ方向に量「ｓ」だけ増分的に進められる。この前進は、一般に一定に保たれているが、原則として、必要に応じて段ごとに変えてもよい。

図１２Ａは、ナノワイヤと非磁性層２０_１、２２_１との第１の対の蒸着を示しており、シャドーマスク端部３４は、第１の位置にある。層２０_１におけるナノワイヤの端部は、ｙ方向に垂直のｘｚ平面においては正確な端部ではなく、むしろシャドーマスクの端部における周辺部の影付け又は他の効果、及び基板とマスクとの間のｚにおける分離の結果によってもたらされる何らかのテーパリングを有し得ることを理解されよう。

層２０_１、２２_１の第１の対の蒸着の後、シャドーマスクは、距離「ｓ」だけ進められ、層２０_２、２２_２の第２の対が蒸着される。

図１２Ｂは、ナノワイヤと非磁性層２０_２、２２_２の第２の対のこの蒸着を示しており、シャドーマスク３４は、第２の位置にある。したがって、各ナノワイヤ層を分離するｙ方向の幅「ｓ」の段で、ｙ方向に延びるナノワイヤの２Ｄナノワイヤアレイを作るために、一連の多くの対の層がどのように形成され得るかを理解されよう。

次いで、上述したデータ入力電極２６が製造されるが、本図には示されていない。

図１３Ａ及び１３Ｂは、ナノワイヤの他端、すなわちメモリ装置のデータ出力端を示す図１２Ａ及び１２Ｂに似た側面略図である。これらの図は、図１２Ａ及び１２Ｂと同じｙｚ平面を示す。図１３Ａは、図１２Ａと同じ瞬間を示していることを理解されよう。同様に、図１３Ｂは、図１２Ｂと同じ瞬間を示している。構造のこの端部で、入力側のテラスの定義に使用されたものと同じシャドーマスクの一部、又は独立した別個のシャドーマスクの一部であり得るシャドーマスク端部３６も使用される。データ入力側シャドーマスクのように、これは、＋ｙ方向に、層２０、２２の連続する対の蒸着間に増分的に進められる。前進距離は、ｙ方向に距離「ｒ」として示されている。これは、必要に応じて、段ごとに異なり得るが、設計を容易にするために、一定に保たれることが考えられる。さらに、段のサイズ「ｒ」は、（例えば、シャドーマスク端部３４及び３６が同じマスク構造の一部である場合）「ｓ」と同じでもよく、又は異なっていてもよい。隣接するデータ入力電極２６のｙ分離の選択は、データ出力端部における磁気検出器のｙ分離の選択に依存しない場合があるため、これらは、異なり得る。いずれにせよ、前進距離「ｒ」は、一番下のナノワイヤ層から始まり、各層におけるナノワイヤの連続する終端によって作られる傾斜の間の段又はテラスのｙ方向の範囲を定義する。

図１４Ａは、製造工程で使用されるシャドーマスク４０及び基礎を成すウェーハ４２のｘｙ平面における平面略図であり、図１４Ｂは、ｚｙ平面における対応する側面略図である。マスク４０は、一般に、所望の直径のウェーハ４２の形状に一致する円形のものである。マスク４０は、マスク４０上に分散される多数の開口又は穴４４のアレイを有し、これらは一般に正方形として示されているが、四角形、又はそれぞれ上記でさらに説明されているマスク端部３４及び３６を形成するために、ｙ方向に見て、よく定義されている前縁又は後縁部分を備える他の任意の形状でもよい。開口は、かなり概略的に示されているが、従来のリソグラフィの特徴を提供するために、これらはそれぞれ、より複雑な構造を有していてもよいことを理解されたい。上記で詳述されているように、マスクは、図１４Ｂにおいて下向き矢印によって概略的に示されているように、−ｚ方向への材料のフラックスの蒸着を介して装置のテラス状構造の製造を可能にするために、製造中ｙ方向に階段状に移動される。

製造において、マスクは、例えば約２００ミクロンの短距離でウェーハの表面上に取り付けられ、真空で線形モータを使用して、蒸着中にｙ方向に移動される。最も簡単な場合、データ入力用の各ダイスの一端上に１組のテラスがあり、データ出力用の各ダイスの他端上に別の１組のテラスがある。シャドーマスクは、フォトリソグラフィによって定義されたエッチング穴があくように、シリコンウェーハを微細加工することによって、又は薄い金属板の従来の機械加工によって作ることができる。所与のマスクを、いくつかのウェーハの生成に使用することができる。開口を粗くさせてしまう、マスクの開口の端部に蒸着された材料の蓄積によって、マスクの寿命制限が決定される。

磁性体ナノワイヤがダイスの全幅にわたらないような方法で、シリアルデータをセクタに区切ることが望ましい場合、データセクタごとに個別の１組の入力及び出力テラスを可能にするために、ダイスごとにシャドーマスクにいくつかの開口が必要である。テラス状の多層フィルムが蒸着されると、ウェーハは、フォトレジストを塗布され、磁性体ナノワイヤを定義するラインが、標準的なフォトリソグラフィ工程において、露光され、現像され、エッチングされる。フォトマスクは、テラスにおける段のすべてを完全に横断するのに十分に長い磁性体ナノワイヤを定義する必要がある。

次に、ピン止め部位が、データを運び、格納するナノワイヤと、それと同一平面上にあり、それに対して横に延びる別のナノワイヤとの間に形成された十字によって作られる別の実施形態について説明する。磁性体ナノワイヤの十字を使用してピン止め部位を形成することができることが知られている［１０］。

図１５Ａは、メモリ装置の中央部分を示すこの別の実施形態のナノワイヤを通るｘｙ平面における断面の平面略図である。図１５Ｂは、図１５Ａのナノワイヤのうちの１つを通る垂直断面のｙｚ平面における側面略図である。前の実施形態に対応する特徴に関連する参照番号は、変わらない。

図１５Ａを参照すると、一例としてパーマロイから成るものとして示されているｙ方向に延びる２つの隣接するナノワイヤ１０がかなり概略的に示されている。ナノワイヤ１０は、それぞれヘッド−ヘッド及びテイル−テイル磁壁１６及び１８と隣接する磁区１４をサポートする。この図では、磁区及び磁壁の例がナノワイヤのうちの１つのみに概略的に示されている。ピン止め部位１２は、ナノワイヤ１０に沿って規則的に間隔を開けて配置され、反復シーケンスにおいて、３つの群Ａ、Ｂ、Ｃにさらに細分される。ピン止め部位の各群は、電極（この図には図示せず）によって個々にアドレス指定可能であるが、上記の実施形態と同様に、同じ群のすべてのピン止め部位は、共通にアドレス指定される。

本実施形態では、ピン止め部位１２は、ナノワイヤ１０に類似の断面の寸法及び物理的特性を有する別のナノワイヤ１７によって形成される磁性材料の十字によって形成される。別のナノワイヤ１７は、ナノワイヤ１０に直行するｘ方向に延び、ナノワイヤ１０のうちの複数に交差し、それによって、集合的に格子パターンを形成する。ナノワイヤ１０及び別の交差するナノワイヤ１７は、同一平面上にあり、単一の蒸着層として一緒に製造され、磁性材料は、例えば、ＳｉＯ_２など、非磁性材料１９の島によって分離される。標準リソグラフィック技術を使用して、例えば、ＳｉＯ_２層に格子をエッチングし、次いで、磁性材料、例えばＰｙの蒸着を行い、ＳｉＯ_２の島を覆う余分なＰｙをリフトオフして、描かれた構造を完成させることができる。次の図を参照して説明されるように、磁性材料だけではなく、電極材料も格子溝に蒸着される。

図１５Ｂ及び１５Ｃは、それぞれ図１５Ａの平面Ｉ−Ｉ及びＩＩ−ＩＩを通る垂直断面のｙｚ平面における側面略図である。

図１５Ｂのセクションは、磁性材料層２０、例えばＰｙが、下部及び上部の電極材料層２９と３５との間に挟まれていることを示しており、パーマロイ層の下及び上の銅及び金の層の例が示されている。このセクションの残りのエリアは、ＳｉＯ_２などの非磁性材料であり、図１５Ａに示されている島１９、及び上記の実施形態に関してさらに上述したのと同じ方法で垂直方向に隣接する磁性層２０を分離する非磁性材料の上部層及び下部層２２から成る。

図１５Ｃのセクションは、ナノワイヤ１０のうちの１つを通り、したがって、電極材料の連続層２９及び３５が共にｙ方向に同じく延びる状態で、ｙ方向に延びる磁性材料２０の連続層を示している。

電極は、ｘ方向のその電極群への電流フローを誘起するために、各群Ａ、Ｂ、Ｃの交差するナノワイヤ１７の端部に電圧差を印加することによって駆動される。この構成では、当分野では迷走電流と呼ばれることもある、ナノワイヤ１０のセクションに沿って隣接する交差するワイヤの間に流れるように誘起される電流が比較的わずかばかり存在することに留意されたい。迷走電流は、以下では考慮されず、ピン止め解除を誘起するほど大きくない限り、装置性能に影響を与えない。

交差する各ナノワイヤを挟む上部及び下部電極の垂直方向に隣接する対は、共通信号によって駆動され、したがって、並列抵抗を形成し、上部電極３５を流れ下りる電流Ｉ_１は、Ｒ_２／（Ｒ_１ ＋ Ｒ_２）であり、この場合、Ｒ_１及びＲ_２は、それぞれ上部及び下部電極３５及び２９の抵抗である。同様に、下部電極２９を流れ下りる電流Ｉ_２は、Ｒ_１／（Ｒ_１ ＋ Ｒ_２）である。例えば、図示されているように、上部及び下部電極がＡｕ（金）及びＣｕ（銅）から成る場合、銅の抵抗がより低いため、金の電極より多くの電流が銅の電極を流れ下りる。

ビオサバールの法則からよくわかるように、直線ワイヤを下りる電流は、円筒対称性の磁力線の磁界を誘起し、ワイヤから離れている任意の地点における磁界は、電流に比例し、ワイヤからの距離に反比例する大きさを有する。したがって、異なる電流が流れる２つの並列ワイヤでは、その間の途中にワイヤに並行な正味磁界がある。

本実施形態で示されている電極構成は、この状況の一例であることを理解されよう。駆動信号によってＢの電極群を作動させ、電流フローを誘起する例が示されている。示されているＢ電極の上部及び下部層の磁力線は、Ｂ_Ａｕ及びＢ_Ｃｕとラベル付けされた円、及びｙ方向にヘッド−ヘッド磁壁１６を介して延びる矢印による上部及び下部の電極の間の途中の平面における結果として生じた正味磁界ΣＢによって示されている。

したがって、図１及び図５に関連して上記で説明したように、磁壁１６及び１８が、電極２９及び３５の作動下で、ナノワイヤ１０を介して十字から十字にどのように選択的に移動されるかが理解されよう。つまり、Ａ、Ｂ、Ｃの電極群は、主な動作磁界Ｈと同期して作動されると、誘起された磁界ΣＢが十字から磁壁をピン止め解除するのに十分であり、その結果、影響を受ける磁壁は、ナノワイヤ１０に沿って次の十字に移動し、そこでピン止めされて次の作動に備える。

上部及び下部の電極層３５及び２９は、磁性層２０と同時に形成され、３つの層が、図１５Ａで見てとれる格子構造を形成するためにエッチングされた溝に順々に蒸着される。３つの層２９、２０、及び３５の蒸着の後、次いで、溝の外の不要な材料を、示された構造を完成させるために、フォトレジストのリフトオフによって取り除くことができる。

電極は、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｐｄ、Ｐｔ、又は合金のこれらの導体又はさらに別の素子を含む、任意の適した導体で構成することができることを理解されたい。

上記の例において、上部及び下部の電極は、同じ長さ及び断面を有し、上部及び下部の電気抵抗の異なる電極を提供するために、異なる材料が使用されることを理解されたい。当然、関連のパラメータは、２つのタイプの電極が異なる電気抵抗を有していることであり、これは、電極の寸法によっても影響を受ける。例えば、電極は、すべて同じ材料から作ることができるが、ｚ方向に異なる厚さを有することができる。これは、上部及び下部の電極を形成するとき、異なる厚さの電極材料を蒸着することによって達成することができる。

共通のｘｚ平面におけるすべての電極は、側面接触（図示せず）によって３Ｄ構造のいずれかの側面において接触される。「Ａ」電極の側面接触のすべては、それらを共通に駆動することができるように、互いに平行して接続される。「Ｂ」及び「Ｃ」電極の側面接触のすべても同様に接続される。

上記の実施形態は、かなり詳しく説明されているが、上記の開示が十分に理解されると、当業者には、多数の変形及び変更が明らかになるであろう。

例えば、装置のデータ入力側でのナノワイヤの終端を、図６に示されるようにする必要はなく、代わりに、磁界生成電極２６が半導体基板に組み込まれる、又はそうでなければ統合される図７に示されている読出し構造のようにしてもよい。層蒸着のためのシャドーマスク製造工程でこれを達成するために、読出し側の製造を逆にして、読出し構造を、磁気検出器がテラスの下ではなく一番上に配置されている図６に示されている読込み構造のようにすることも好ましい。

さらに、磁界生成器を、磁性体ナノワイヤ構造上、すなわち、基板上に配置する必要はない。代わりに、磁界生成器を、例えば基板の下面に接合して、基板下に配置することができ、磁界生成器をナノワイヤアレイにより近く配置することができるように、これをエッチングしてもよい。

生成された磁界が磁界生成チップ上方において強度が均一のままである距離は、チップ自体の横サイズと大体等しい。そのため、１ｃｍ四方の磁界生成器チップがある場合、ストレージ層が磁界生成器の表面の約１ｃｍ以内である限り、磁界強度は維持される。この場合、ストレージチップ下に磁界生成器を固定することは容易である。しかし、所与の時間にすべてのナノワイヤを活性化する必要はない。むしろ、対象のファイルを含むセクタのみがシフトされるように、データストレージをセクタに区切ることができる。これによって、磁界生成器をセグメント化することができ、したがって、生成器全体を励磁する必要はなく、したがって、劇的に電力損失を低下させる。しかし、これで生成器の有効なサイズが低減され、したがって、磁界生成器チップは、ストレージチップにより近く接近する必要がある。磁界生成器をストレージチップ下に配置することができるかどうかは、セクタ化がどのぐらい細かく行われるかに応じて決定されるべきであり、したがって、製造精度と電力損失との間にトレードオフがある。

上述した構造は、ＦＩＦＯタイプのシリアルメモリであることを理解されよう。しかし、読込み及び読出し素子がナノワイヤの同じ端部にある場合、原理的に、ＦＩＬＯタイプのメモリを作ることも可能である。例えば、磁気検出器を、装置の入力側上のナノワイヤテラス下に配置することができる。この場合、構造は、片側上にテラスを有するだけでよい。

上記の特許請求の範囲は、こうした変形及び変更、及びその均等物をすべて含むものと解釈されるものとする。
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９．Ｆａｕｌｋｎｅｒ，Ｃｏｏｋｅ，Ａｌｌｗｏｏｄ，Ｐｅｔｉｔ，Ａｔｋｉｎｓｏｎ ａｎｄ Ｃｏｗｂｕｒｎ：“Ａｒｔｉｆｉｃｉａｌ ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ ｎａｎｏｔｒａｐｓ ｉｎ Ｎｉ_８１Ｆｅ_１９ ｗｉｒｅｓ”Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ．， ｖｏｌ．９５（２００４），ｐａｇｅｓ ６７１７−６７１９
１０．Ｄ．Ａ．Ａｌｌｗｏｏｄ，Ｇ．Ｘｉｏｎｇ，Ｃ．Ｃ．Ｆａｕｌｋｎｅｒ，Ｄ．Ａｔｋｉｎｓｏｎ，Ｄ．Ｐｅｔｉｔ， ａｎｄ Ｒ．Ｐ．Ｃｏｗｂｕｒｎ，“Ｍａｇｎｅｔｉｃ ｄｏｍａｉｎ−ｗａｌｌ ｌｏｇｉｃ”Ｓｃｉｅｎｃｅ， ｖｏｌ．３０９（２００５），ｐａｇｅｓ １６８８−１６９２
１１．Ｄ．Ａ．Ａｌｌｗｏｏｄ，Ｇａｎｇ Ｘｉｏｎｇ，Ｍ．Ｄ．Ｃｏｏｋｅ，Ｒ．Ｐ．Ｃｏｗｂｕｒｎ，“Ｍａｇｎｅｔｏ−Ｏｐｔｉｃａｌ Ｋｅｒｒ Ｅｆｆｅｃｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｎａｎｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ” Ｊ． Ｐｈｙｓ． Ｄ３６，２１７５（２００３）
１２．Ｋｌａｕｉ Ｍ，Ｖａｚ ＣＡＦ，Ｒｏｔｈｍａｎ Ｊ，ｅｔ ａｌ．“Ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ ｐｉｎｎｉｎｇ ｉｎ ｎａｒｒｏｗ ｆｅｒｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ ｒｉｎｇ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｐｒｏｂｅｄ ｂｙ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ”Ｐｈｙｓ． Ｒｅｖ． Ｌｅｔｔｓ． ９０（９）：Ａｒｔ．Ｎｏ． ０９７２０２ ７ Ｍａｒｃｈ ２００３
１３．ＭｃＭｉｃｈａｅｌ ＲＤ，Ｄｏｎａｈｕｅ ＭＪ“Ｈｅａｄ ｔｏ ｈｅａｄ ｄｏｍａｉｎ ｗａｌｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｎ ｔｈｉｎ ｍａｇｎｅｔｉｃ ｓｔｒｉｐｓ”ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ （５）：４１６７−４１６９ Ｐａｒｔ ２ Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ １９９７
１４．Ｐｏｒｔｅｒ Ｄ Ｇ ａｎｄ Ｄｏｎａｈｕｅ Ｍ Ｊ“Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｄｏｍａｉｎ Ｗａｌｌ Ｍｏｔｉｏｎ Ａｌｏｎｇ Ｔｈｉｎ， Ｎａｒｒｏｗ Ｓｔｒｉｐｓ”Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ９５，６７２９（２００４）

内方ノッチを備えるナノワイヤの一例を示す略図である。 内方ノッチを備えるナノワイヤを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 外方ノッチを備えるナノワイヤを示す走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像である。 ワイヤの本体の直線部における磁壁伝搬のための内方ノッチを備えるナノワイヤ構造の一例の磁気光学Ｋｅｒｒ効果（ＭＯＫＥ）装置によって測定されるヒステリシス曲線を示すグラフである。 ノッチを通過する磁壁伝搬のための内方ノッチを備えるナノワイヤ構造の一例の磁気光学Ｋｅｒｒ効果（ＭＯＫＥ）装置によって測定されるヒステリシス曲線を示すグラフである。 ワイヤの端部における新しい磁壁の核形成についての磁壁伝搬のための内方ノッチを備えるナノワイヤ構造の一例の磁気光学Ｋｅｒｒ効果（ＭＯＫＥ）装置によって測定されるヒステリシス曲線を示すグラフである。 内方ノッチを備えるいくつかの構造例について、ノッチサイズに対するスイッチング磁界を、伝搬磁界（白い丸）、核形成磁界Ｘ（白い四角）、及び核形成磁界（黒い四角）のそれぞれについて示すグラフである。 外方ノッチを備えるいくつかの構造例について、ノッチサイズに対するスイッチング磁界を、伝搬磁界（白い丸）、核形成磁界Ｘ（白い四角）、及び核形成磁界（黒い四角）のそれぞれについて示すグラフである。 磁区の動きが明らかである、同じナノワイヤを一連の時間増分において上から下まで示す略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の入力側の側面略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の出力側の側面略図である。 ｘｙ平面における本発明を具体化するメモリ装置の中央部分の平面略図である。 ｘｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の中央部分の側面略図である。 図９Ａのものの代替のノッチ加熱方式を示すために提供された、単一のナノワイヤ及び関連の加熱電極柱のｘｙ平面における平面略図である。 ｘｚ平面における代替実施形態によるメモリ装置の中央部分の側面略図である。 図９Ｃの実施形態の単一のナノワイヤ及び関連の電極柱のｘｙ平面における平面略図である。 図８Ａ及び９Ａに示されるのと同じメモリ装置の部分の上からの透視略図である。 図８Ａ及び９Ａに示されるのと同じメモリ装置の部分の下からの透視略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の磁界源の側面略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の入力側の製造を示す側面略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の入力側の製造を示す側面略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の出力側の製造を示す側面略図である。 ｙｚ平面における本発明を具体化するメモリ装置の出力側の製造を示す側面略図である。 製造工程において使用されるシャドーマスク及びウェーハのｘｙ平面における平面略図である。 図１４Ａと同じ特徴のｚｙ平面における側面略図である。 別の実施形態によるメモリ装置の中央部分を示すナノワイヤを通るｘｙ平面における断面の平面略図である。 図１５ＡのＩ−Ｉ面を通る垂直断面のｙｚ平面における側面略図である。 図１５ＡのＩＩ−ＩＩ面を通る垂直断面のｙｚ平面における側面略図である。

符号の説明

１０ ナノワイヤ
１２ 内方ノッチ
１３ 導体層
１３ 柱
１４ 磁区
１６ 磁壁
１７ ナノワイヤ
１８ 磁壁
２０ 磁性層
２０ 磁性体ナノワイヤ層
２１ 導体層
２２ 非磁性層
２２ 電気絶縁性スペーサ層
２３ 電極バー
２４ 基板
２５ 加熱電極
２６ 電極
２６２ 中央電極
２７ 最も強い加熱領域
２８ 磁気検出器
２９ 電極材料層
３０ 磁界源
３２ 素子
３４ シャドーマスク端部
３５ 電極材料層
３６ シャドーマスク端部
４０ シャドーマスク
４２ ウェーハ
４４ 穴

Claims (30)

1. 基板と、
   前記基板において３次元に配列された磁性材料のナノワイヤのアレイであって、前記ナノワイヤがｙ方向に延び、ｘ方向及びｚ方向に互いに間隔をあけて配置されてナノワイヤ層のスタックを形成し、各ナノワイヤがその全長方向に沿って単磁区をサポートすることができるように形成されており、前記磁区が磁壁によって分離されており、前記ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位を有する、ナノワイヤのアレイと、
   前記ナノワイヤに沿った第１の方向で配列と逆配列との間を交番する成分の作用によって、前記ナノワイヤに沿ってピン止め部位間で磁壁を移動させることができる動作磁界を生成するよう構成されている磁界源と、
   第１の方向に対する動作磁界成分の配列及び逆配列と同期して、ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除信号を交互に付加し、その結果、前記ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁の交互の動きによって、前記ナノワイヤに沿って前記第１の方向に磁区を移動させるよう構成されているピン止め解除信号生成器と
   を含むシリアルデータストレージ装置。
2. 前記ピン止め部位が、前記ナノワイヤに沿った寸法変化によって作られる請求項１に記載の装置。
3. 前記寸法変化が、内方又は外方ノッチの作成のために前記ナノワイヤにおいて局部的に狭窄又は拡幅することを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 同時に局部的に狭窄又は拡幅する特徴を提供するために、前記局部的に狭窄又は拡幅する特徴が、前記ナノワイヤの両側面に形成される請求項３に記載の装置。
5. 前記ピン止め部位が、ｙ方向に延びる前記ナノワイヤとｘ方向に延びる別のナノワイヤとの間に形成される十字によって形成される請求項１に記載の装置。
6. 前記ピン止め解除信号生成器が、第１、第２及び第３の電極群を含み、前記ピン止め解除信号生成器が、前記第１、第２及び第３の電極群を選択的に作動させるよう動作可能である請求項１から４のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記ピン止め解除信号生成器が、前記ピン止め部位の局部的な加熱をもたらす電流で前記第１、第２及び第３の電極群を選択的に作動させるよう動作可能である請求項６に記載の装置。
8. 前記ピン止め解除信号生成器が、前記電極群のうちの１つに印加される第１の電圧、及び他の電極群に印加される第２の電圧として前記ピン止め解除信号を付加し、前記第１の電圧が印加される前記電極群を流れる前記電流が他の電極群を流れるものより大きくなるようにするよう動作可能であり、それによって、前記第１の電圧が印加される前記電極群を優先的に加熱する請求項７に記載の装置。
9. 各電極群が、前記ピン止め部位のいずれかの側を通過する第１の電極素子及び第２の電極素子を含み、前記ピン止め解除信号生成器が、前記ピン止め解除信号を提供するために、正味磁界が前記ナノワイヤに沿って生成されるように、前記第１及び第２の電極素子を流れる異なる大きさの第１及び第２の電流を生成するよう動作可能である請求項６に記載の装置。
10. 前記第１及び第２の電流を共通の駆動信号により生成することができるように、前記第１及び第２の電極素子が異なる導電率を有する請求項９に記載の装置。
11. 読み込み位置で少なくとも核形成磁界の磁界を局部的に印加することによって、前記ナノワイヤにおいて新しい磁区を選択的に作るよう構成されている複数の核形成磁界生成器を、ナノワイヤごとに１つずつさらに含む請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 各ナノワイヤ層の階段状の終端によって形成されたｘ方向に延びる複数のテラスによって形成されたデータ入力側をさらに含む請求項１から１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 各テラスを形成するために終端する前記ナノワイヤ層が、いずれの場合も一番下のナノワイヤ層である請求項１２に記載の装置。
14. 各テラスを形成するために終端する前記ナノワイヤ層が、いずれの場合も一番上のナノワイヤ層である請求項１２に記載の装置。
15. 読出し位置で前記ナノワイヤの前記磁界を測定するように構成されている複数の磁界検出器を、ナノワイヤごとに１つずつさらに含む請求項１から１４のいずれか一項に記載の装置。
16. 各ナノワイヤ層の階段状の終端によって形成されたｘ方向に延びる複数のテラスによって形成されたデータ出力側をさらに含む請求項１から１５のいずれか一項に記載の装置。
17. 各テラスを形成するために終端する前記ナノワイヤ層が、いずれの場合も一番下のナノワイヤ層である請求項１６に記載の装置。
18. 各テラスを形成するために終端する前記ナノワイヤ層が、いずれの場合も一番上のナノワイヤ層である請求項１６に記載の装置。
19. 同じナノワイヤ層に関連付けられている前記データ入力及び出力側のテラスが、ｙ方向に同じ範囲を有している請求項１２又は１６に記載の装置。
20. ナノワイヤの磁区において符号化されたデータを連続的に格納する方法であって、各磁区がヘッド−ヘッド磁壁及びテイル−テイル磁壁と隣接し、前記ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位を有し、前記方法が、
    （ａ）前記ナノワイヤに沿った第１の方向で配列と逆配列との間を交番する成分を有する動作磁界を印加する段階と、
    （ｂ）ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁の交互の動きによって、前記ナノワイヤに沿って前記第１の方向に前記磁区を移動させるように、前記第１の方向に対する前記動作磁界成分の配列及び逆配列と同期して、前記ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除エネルギーを交互に付加する段階と
    を含む方法。
21. （ｃ）段階（ａ）及び（ｂ）を実行しながら、読込み位置で少なくとも核形成磁界の磁界を局部的に印加することによって、前記ナノワイヤにおいて新しい磁区を選択的に作り、それによってデータを前記第１の方向に前記ナノワイヤに連続的に読み込む段階
    をさらに含む請求項２０に記載の方法。
22. 前記読込み位置が、前記磁壁がそこから離れて前記第１の方向に移動される前記ナノワイヤ端に関連付けられている前記ナノワイヤの端部にある請求項２１に記載の方法。
23. （ｄ）段階（ａ）及び（ｂ）を実行しながら、読出し位置で前記ナノワイヤの前記磁界を繰り返し測定し、それによってデータを前記ナノワイヤから前記第１の方向に連続的に読み出す段階
    をさらに含む請求項２０、２１、又は２２に記載の方法。
24. 前記読出し位置が、前記磁壁がそこに向かって前記第１の方向に移動される前記ナノワイヤ端に関連付けられている前記ナノワイヤの端部にある請求項２３に記載の方法。
25. （ｅ）ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁の交互の動きによって、前記ナノワイヤに沿って、前記第１の方向とは逆の第２の方向に前記磁区を移動させるように、前記第１の方向に対する前記動作磁界成分の逆配列及び配列と同期して、前記ヘッド−ヘッド及びテイル−テイルの磁壁をホストするピン止め部位にピン止め解除エネルギーを交互に付加する段階
    をさらに含む請求項２０、２１、又は２２に記載の方法。
26. （ｆ）段階（ａ）及び（ｅ）を実行しながら、読出し位置で前記ナノワイヤの前記磁界を繰り返し測定し、それによってデータを前記ナノワイヤから前記第２の方向に連続的に読み出す段階
    をさらに含む請求項２５に記載の方法。
27. 前記読出し位置が、前記磁壁がそれに向かって前記第２の方向に移動されるナノワイヤ端にある請求項２６に記載の方法。
28. 前記ピン止め解除エネルギーが電気誘導加熱によって付加される請求項２０から２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記ナノワイヤを横切る方向に前記磁壁ピン止め部位のいずれかの側を通過する電極素子を使用して、前記ナノワイヤに沿って正味磁界を誘起するために、前記電極素子に沿って異なる大きさの電流を生成することによって、前記ピン止め解除エネルギーが付加される請求項２０から２７のいずれか一項に記載の方法。
30. その全長方向に沿って単磁区をサポートすることができる磁性材料のナノワイヤを使用してシリアルデータストリームを投入し、格納し、読み出す方法であって、前記ナノワイヤがその全長方向に沿って複数の磁壁ピン止め部位を有し、前記ナノワイヤの伝搬磁界と、前記ピン止め部位の局部的に強化された伝搬磁界との間の強度を有する動作磁界の作用下で、磁壁が前記ナノワイヤに沿って移動可能になるように各ナノワイヤが形成され、前記方法が、
    前記動作磁界を印加して、磁壁が前記ナノワイヤにおける隣接するピン止め部位間を移動可能になるようにする段階であって、前記動作磁界が印加されている間は、前記ナノワイヤが活性化される段階と、
    少なくとも前記核形成磁界の局所磁界を前記投入位置に印加することによって、磁壁を前記ナノワイヤの投入位置に選択的に投入する段階であって、前記磁壁又はそれらによって定義された前記磁区が、データを符号化するために使用される段階と、
    前記ナノワイヤが活性化されている間に、ピン止め解除エネルギーを前記ピン止め部位のうちの選択されたものに付加することによって、前記選択されたピン止め部位における前記局部的に強化された伝搬磁界を前記動作磁界未満に一時的に下げることにより、前記投入された磁壁を、１つのピン止め部位から次のピン止め部位に階段状に、前記投入位置から離れるように前記ナノワイヤに沿って移動させる段階と、
    前記ナノワイヤ上の少なくとも１つの読み込み位置で、前記ナノワイヤの磁界を測定し、前記磁区又は磁壁によって符号化された前記データを読み出す段階と
    を含む方法。

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