JP2719157B2 - 三次元磁気メモリ媒体およびその初期状態設定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は三次元構造とし、磁気バブル情報の超高密度
化を図った磁気メモリ媒体およびその初期状態設定方法
に関する。

〔従来の技術及びその問題点〕

一般に、大型コンピュータ外部記憶装置のメモリ部等
に使用される磁気バブルを用いた固体磁気バブル用メモ
リ媒体は、面内磁界を印加することにより、転送パター
ンに沿って信号（磁気バブル）を転送する方式を採るた
め、機械的駆動部が少なく、また不揮発性であることか
ら、高信頼性を得ている。しかしながら、これらメモリ
媒体は近時においてますます高密度化およびアクセス時
間の高速化等が要求されるようになってきている。通常
の場合、磁気バブル用メモリの高密度化は磁気バブル径
のサブミクロン化（１μｍ以下）とそれに伴う転送パタ
ーンの縮小化を図る必要があるが、バブル径が小さくな
ればなる程バブル転送マージンが低下すること、および
アクセス時間が長くなること等から、面密度の高密度化
には自ずと限界があるものであった。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は上記した如き高密度化には限界のある二次元
メモリ媒体を改め、従来提案されたことのない磁性層の
膜面内の記録と転送以外に膜厚方向の記録、転送を加え
た三次元構造とし、超高密度化およびアクセス時間の高
速化を実現し得る磁気メモリ媒体およびその初期状態設
定方法を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明の三次元磁気メモリ媒体の特徴とするところ
は、基板上に磁性層と非磁性層とが交互に複数層積層さ
れて構成され、各磁性層には転送部が設けられ、該転送
部はｎを正の偶数とすると各磁性層のｎ−１層（第３
層、第５層、第７層、…）およびｎ層（第２層、第４
層、第６層、…）とで別々の転送パターンが形成され、
最表面磁性層が信号書き込み部および信号読み出し部と
して使用され、この信号書き込み部内に信号“1"に対応
する部分と信号“0"に対応する部分とが、（ｎ−１）磁
性層の転送パターン内“1"、“0"位置と重なる位置に設
けられ、前記信号書き込み部内“1"位置と“0"位置との
間を磁気バブルが移動できるガイドラインが設けられて
いることにある。

以下に本発明を添付図面を参照して説明する。

第１図は本発明に係る三次元磁気メモリ媒体の一実施
例を模式的に示すものである。この第１図において、基
板１上には磁性層２が、そしてその上には非磁性層（バ
リア層）３が交互に複数層積層されて構成されている。

このような本発明に係る媒体において、基板１として
はガラス、GGG単結晶およびPMMA等のプラスチック類等
が使用され、磁性層構造、作製法等により決定される。
また、磁性層２としては従来の磁気バブルメモリ用ガー
ネット膜、希土類−遷移金属系アモルファス合金等が使
用され、さらに非磁性層３としてはSiO₂膜、Si₃N₄膜等
が使用される。これら磁性層２および非磁性層３はスパ
ッタリング法、液相エピタキシャル法等の薄膜形成法に
より交互に積層する。磁性層２の各層の膜厚ｈは500Å
〜４μｍとすることが好ましく、非磁性層３の各層の膜
厚は50Å〜3000Åとすることが好ましい。これら磁性層
２および非磁性層３のそれぞれの総積層数Ｎはデバイス
構成に応じて何層でも可能である。

磁性層２に形成する転送パターン４は第２図に示され
るように、ｎを偶数とするとｎ−１層、すなわち第３
層、第５層、第７層……は同じパターン（Ｐパターン）
が形成され、第２層、第４層、第６層……は同じパター
ン（Ｑパターン）が形成されている。そして、第２図中
の５は磁気バブルを示す。このように磁気バブル５は各
転送パターン４上に１つづつ存在する。

これら転送パターン４はイオン注入技術を用いて形成
するか、あるいはパーマロイ等の軟磁性材料を密着露光
技術等によって加工形成するのが好ましい。

各磁性層２の転送パターン内には磁気バブルの安定位
置が“1"、“0"に対応し、２ヶ所設定され（第２図では
それぞれa,bとして示されている）、面内磁界印加方向
を反転させることにより、上（下）層の転送パターン内
の磁気バブルの情報（“1"あるいは“0"）に対応した安
定位置へバブルが移動することによって信号転送が行わ
れる。

第３図は面内磁界の反転によって信号転送を行う方法
を示すものである。第３図（ａ）はｎを偶数とするとｎ
−１層（第３層、第５層、第７層…）の転送パターン
（Ｐパターン）を示し、第３図（ｂ）はｎ層（第２層、
第４層、第６層…）の転送パターン（Ｑパターン）を示
し、第３図（ｃ）はこれらを重ねて示すものである。Ｐ
パターンおよびＱパターンはともに信号“1"位置ａ、信
号“0"位置ｂを転送パターン４先端部に備え、ａは上下
方向に対して重なった部分に位置する（第３図（ｃ）参
照）。またはa,bはｃ部によって連結されており、転送
パターン内でａとc,bとｃを結ぶガイドラインをそれぞ
れａ−ｃライン,b−ｃラインと便宜上呼ぶこととする。
なお、ａ−ｃラインの長さとしては任意の上下磁性層内
にそれぞれ存在する磁気バブル間において適当な磁気バ
ブル間相互作用が生ずるように0.1h〜5h（h:各磁性層膜
厚）の範囲とするのがよい。

今、面内磁界が第３図中＋Ｘ方向に印加されている状
態では、磁気バブル５は転送パターン４に発生する磁極
との相互作用によりＰパターンではｃ部、Ｑパターンで
はａ部、あるいはｂ部に安定化する。面内磁界方向が逆
に−Ｘ方向であれば、Ｐパターンではａ部あるいはｂ
部、Ｑパターンではｃ部に安定化する。面内磁界を−Ｘ
方向に印加した状態で、第ｎ−１層の磁気バブル５がａ
部に安定化している場合は第ｎ層の磁気バブル（ｃ位置
に安定）は面内磁界による引力の他に第ｎ−１層の磁気
バブル５との間に引力が働き、ａ−ｃライン上か、その
ごく近傍にバブルの中心が位置する状態でｃ位置に安定
する。そのためこの状態から、面内磁界方向を＋Ｘ方向
に反転させれば、磁気バブル５はａ−ｃラインに沿って
ａ位置に移動する。一方ｎ−１層の磁気バブル５がｂ部
に安定化している場合は第ｎ層の磁気バブル５は距離が
離れているためにｎ−１層の磁気バブル５との間に引力
がほとんど働かず、そのためｂ−ｃライン上かそのごく
近傍に磁気バブルの中心が位置する状態でｃ位置に安定
化する。このため磁界反転によってｂ−ｃラインに沿っ
て移動し、ｂ部に安定化されることになる。つまり、面
内磁界を反転させることによって第ｎ−１層の磁気バブ
ル５の位置がａにあった時は第ｎ層の磁気バブル５はａ
位置に移動し、第ｎ−１層の磁気バブル５がｂ位置に存
在していた時は、第ｎ層の磁気バブル５はやはりｂ位置
に移動し、第ｎ−１層の情報が第ｎ層に伝達されること
になる。このようにし、順次情報が下方に伝達される。
同様に下方から情報への情報伝達も可能である。

以下の条件において転送シュミレーションを行った。
転送パターン長に対する磁気バブル−転送パターン間相
互作用は第４図に示すような関係にある。この時の相互
作用は面内磁界を反転させた直後に磁気バブルが転送パ
ターンより受ける力としてあらわしてある。なお、非磁
性層膜厚は１μｍとして計算した。また面内磁界に対す
る転送パターンと磁気バブルの相互作用の大きさは転送
パターン上で、例えば第３図（ａ）に基づいて説明する
と面内磁界方向が＋ｘ方向であると、ｃ位置がａ位置お
よびｂ位置に比べて最もポテンシャルウェルの深さが大
きく、磁気バブルの安定化位置となる。逆に面内磁界の
方向を−ｘの方向に反転させた場合、ａ位置およびｂ位
置がｃ位置に比べてポテンシャルウェルが深くなり安定
化位置となり、磁気バブルはａ位置又はｂ位置に移動す
ることを示している。本発明ではａ位置の上又は下の磁
性層に磁気バブルがある場合には面内磁界の印加方向が
−ｘ方向であるとａ位置に移動するが、ａ位置の上又は
下の磁性層に磁気バブルがない場合に磁気バブルがｂ位
置、すなわち“0"位置に移動し得るように面内磁界の−
ｘ方向の印加が転送パターンのなす角αの２等分線より
若干bcラインよりにする。

また、非磁性層を介して積層された磁性層内にそれぞ
れ存在する２つの磁気バブルの相互作用の大きさを第５
図に示す。この第５図より、磁気バブル間に働く力がわ
かる。これから適当な磁気バブル間距離が第４図および
第５図から決定できる。

条件 基板 :GGG単結晶 磁性膜：磁性ガーネット膜 飽和磁化Ms:14.8emu/cc 垂直異方性定数Ku :8520erg/cc 交換スティフネス定数:2.07×10^-7erg/cm 磁気バブル半径:3μｍ 第６図は第２図の転送部を上方向から描き、さらに第
１層の信号書き込み用のガイドライン６を付け加えた図
である。この第６図において、第２層内、第３層内の転
送パターンと磁気バブルはそれぞれ一点鎖線、破線で示
してあり、第１層の書き込みガイドライン６と磁気バブ
ルは実線で示してある。第１層の磁性層は第２層以下と
同様に第２層の磁性層の上に非磁性層を介して積層され
る。

なお、面内磁界に対して磁気バブルがガイドライン６
の線方向に力を受けないようにガイドライン６は面内磁
界印加方向に対して垂直に形成することが望ましい。ガ
イドライン６の形成法は転送パターンと同時に、前述し
たイオン注入等の方法により形成することが好ましい
が、イオンミリング等を用いて、パターンに沿った溝を
形成し、ガイドラインとすることも可能である。

次に、書き込み方法について述べる。書き込みは信号
“1"に書き込む際に磁気バブルが“１位置に移動し、信
号“0"に対し、“0"位置に移動するように設定すること
によって行う。

第７図はレーザー照射による信号書き込み方法を示
す。図には第１層の書き込み部と第２層の転送路、及び
両者にそれぞれ含まれる磁気バブルが描かれている。ま
た円内の矢印は面内磁界部の方向を示している。第７図
（ａ）は信号書き込みに対する準備状態であり面内磁界
は＋H_X方向に印加されており、また書き込み部の磁気バ
ブルは便宜上“0"位置に安定化している。信号“1"を書
き込む場合は第１層の信号書き込み部内の“1"位置に単
パルスレーザーを照射する。この操作により“1"位置の
温度は上昇し磁化の値が小さくなる。今、この関係を第
８図に示す。このように、“1"位置にレーザー照射する
ことによる磁化の低下を利用し、磁気バブルを“0"位置
からこの“1"位置に移動させるとともに第２層の転送パ
ターン内の磁気バブルは第１層の磁気バブルが近づくこ
とにより、“1"位置方向に力を受ける（第７図
（ｂ））。この状態から第１層書き込み部の“0"位置に
単パルスレーザーを照射すると同時に面内磁界を−H_Xと
反転すると、第１層の磁気バブルは“0"位置にもどり第
２層の磁気バブルは“1"位置へ移動する（第７図
（ｃ））。さらに磁界を＋H_X方向に反転させると、第２
層の情報“1"が第３層へ伝達されるとともに第１層、第
２層は書き込む以前の状態へもどり、書き込み準備の状
態となる。（第７図（ｄ））。ここに信号“1"が書き込
み転送されたことになる。

次に信号“0"を書き込む場合を第９図を参照して述べ
る。信号“0"を書き込む場合は準備状態（＋H_X印加）
（第９図（ａ））からレーザー照射を行わず、すなわち
第１層の磁気バブルを動かすことなく、面内磁界を−H_X
に反転させる。このとき第２層の磁気バブルは、第１層
の磁気バブルが“1"位置にないため、これらの間には力
がはたらかず“0"位置に移動する。（第９図（ｂ））そ
の後は“1"を書き込む時と同様の操作で信号“0"は第２
層以下に転送され書き込み部は準備状態にもどる（第９
図（ｃ））。

次に信号“1"信号と信号“0"位置を直接加熱せずに書
き込みを行うための構成を説明する。構成は第10図
（ａ）に示すとおりである。レーザー照射位置は第10図
（ａ）中の（ｃ）（ａ）位置である。第10図（ａ）では
第２層の情報が“0"である場合を示している。また“0"
位置−（ｄ）位置−（ｃ）位置−“1"位置と結ぶガイド
ラインは前記形成法により形成される。第10図（ａ）の
状態から信号“1"を書き込む場合（ｃ）位置にレーザー
を照射し、バブルを（ｃ）位置に移動させ磁界を反転さ
せる。この時（ｃ）上に移動したバブルは面内磁界によ
り生ずるガイドライン磁極との相互作用により“1"位置
に達する第10図（ｂ）。さらに磁界を反転（−H_X）させ
ることにより、第１層内のバブルは（ｃ）位置に移動
し、第２層のバブルは第１層のバブルとの間に引力がは
たらいていたために“1"位置に移動する。この状態から
さらに続けて“1"を書き込む場合はレーザーを照射する
ことなく磁界を反転させるだけで行うことができる。ま
たこの状態から“0"を書き込む場合は−H_Xが印加され第
１層のバブルが（ｃ）位置にある時（第６図（ｃ））、
（ｄ）位置にレーザーを照射しバブルを（ｄ）位置に移
動させた後、磁界を＋H_Xに反転させ（第10図（ｄ））さ
らに−H_Xに反転させればよい（第２層のバブルは“0"位
置に移動し、信号“0"が書き込まれたことになる（第10
図（ｅ））。

以上はレーザー照射による温度上昇を利用し書き込み
部のバブルを移動する方式であるがレーザー照射を行う
かわりにレーザー照射部に抵抗発熱体７を設けて電流印
加により温度上昇を行わせることも可能である。なお、
電流印加のタイミングはレーザー照射時と同様である。
構成を第11図に示す。またこれらの方法は温度変化によ
りバブルを移動させることを提案したものであるが、ブ
ロッホラインメモリのメジャーラインに見られるよう
な、ジグザグコンダクターを用いて、第１層内の磁気バ
ブルを電流駆動させることもできる。

信号書き込み部内の磁気バブルの形成法は磁気バブル
を形成するときに同時に形成することが可能である。す
なわち磁気バブルの初期状態の設定は第12図に示すよう
な工程順で行う。

１）バイアス磁界H_B2を飽和磁界以上の大きさでメモリ
媒体に印加し、磁化を完全に一方向にそろえる（第12図
（ａ）：矢印は磁化及び磁界の方向を示す）。

２）次にバイアス磁界をコラプス磁界Hcolとランアウト
磁界Hrunとの間H_B2に設定し、磁気バブル書込み部にあ
たる転送部内の小エリア９の外部磁界を局部的にニュー
クリエーション反磁界以下に弱める。この操作によって
小エリア内の磁化は反転し、その結果、各磁性層中に磁
気バブル8,8′がすべての磁性層を貫通するように生成
する（第12図（ｂ））。

３）最後に以上のようにして各磁性層内に生成した磁気
バブル8,8′のうち、初期状態設定に必要な磁気バブル
８は残し、その他の磁気バブル８′は消去する（第12図
（ｃ））。以下、各工程について更に詳しく説明する。

前記２）の工程については磁性層内の磁化を一方向に
そろえた後、Hrun＜H_B2＜Hcolの状態で転送部内の小エ
リアの外部磁界を磁化反転が生ずる磁界以下の強さまで
弱める必要があるが、そのために予め層表面にはH_B2と
は逆向きの局部磁界発生用コンダクタパターン10を形成
しておく（第12図（ａ）及び第13図）。このコンダクタ
パターンに電流を流すことによって、前記パターンに囲
まれた小エリア内の磁化が反転し、磁気バブルが生成す
る。この場合電流値は通常20〜200mAである。こうして
各磁性層には上下方向の重なった位置に磁気バブルが生
成する。即ち各磁性層中に磁気バブルがすべての磁性層
を貫通するように生成する。その後、これら磁気バブル
のうち、初期状態の設定に必要な磁気バブル以外のもの
を消去するのであるが、この場合の選択的消去は転送パ
ターンの有無によるバブルコラプス磁界の差を利用す
る。即ち磁気バブル上に転送パターンが存在する場合の
コラプス磁界Hcolは転送パターンが存在しない場合のコ
ラプス磁界Ｈ′colよりΔＨだけ高く（Hcol＝Ｈ′col＋
ΔＨ）、いわゆるポテンシャルウェルが形成されてい
る。従って磁界をＨ′col＜H_B3＜Hcolに調整することに
より、転送パターン下の磁気バブルを残すと共に、転送
パターン下にない磁気バブルを選択的に消去することが
可能である。第14図は短冊状に形成された転送パターン
における長軸方向のポテンシャルの分布を示すグラフ
（ポテンシャルの大きさは外部磁界の変化分Ｈとして表
わした。）で、下記特性を有するメモリ媒体のものであ
る。但しこのグラフでは横軸の０〜10μｍに転送パター
ンの上に相当する部分が形成されているものとする。

飽和磁化 :186G 異方性磁界:1150 Oe 膜 厚:2.01μｍ 交換スティフネス定数:2.07×10^-7erg/cm パターン寸法:10μｍ（長さ）×１μｍ（巾）×0.2μ
ｍ 磁性層〜パターン間距離:0.2μｍ 実際には転送路パターン下にない磁気バブルには上下
層内の転送路パターンの影響を受けるため、ΔＨは第14
図に示した値よりも小さい。なおΔＨを大きくするため
に面内磁界を印加しながら磁気バブルの生成及び消去を
行なうことも可能である。この場合のポテンシャルウェ
ルの分布は第15図に示す通りである。またこの際の磁気
バブルの形成位置は第16図に示すように面内磁界＋H_Xに
対してはｂ及びｃ′の位置に、また同じく−H_Xに対して
はｂ′及びｃの位置に行なう。

以上のように初期状態が設定された磁気メモリ媒体に
おいて、情報を書き込むとともに、この情報を転送パタ
ーンによって上下方向に転送し、上（下）端でメジャー
ループを形成する磁気バブル読み出し部で磁気バブルの
有無を検出することによりあるいはさらに後述するよう
にして情報が読出されることになる。

あるいは、磁性層の表面層（第１〜第３層および、第
Ｎ−２〜第Ｎ層）に上から下への順方向転送部および下
から上への逆方向転送部をループ化するためのマイナー
ループ構成用信号ジョイント部を形成すれば、より高密
度化したメモリ媒体が得られる。以下にこれにつき説明
する。

第17図は最下層（第Ｎ−２層〜第Ｎ層）までの磁性層
２下層部の構成を示すものであり、この第17図において
11は順方向転送部、12は逆方向転送部であり、それらの
間にジョイント13が設けられている。なお、第17図は下
層部の磁性層について示したが上層部磁性層にも同様な
ジョイント部を設けることによって、逆方向転送部12と
順方向転送部11をループ化することが可能である。各転
送部およびジョイント部にはそれぞれ転送パターンが形
成されており、各転送パターン内には磁気バブル５が１
つづつ存在している。また各パターンには信号“1"に相
当する位置ａ、信号“0"に相当する位置ｂが定められ、
ｃによって連結されており、磁気バブル５がａ、ｂどち
らの位置に安定しているかによって信号が記憶されるこ
とになる。この状態で面内磁界を印加することにより、
上下方向に信号が転送されるわけであるが、順方向転送
部11により転送されてきた信号を逆方向転送部12へ伝達
する方式を以下、第17図および第18図を参照して説明す
る。

まず、＋ｘ方向の面内磁界を印加した時、順方向転送
部11の第１層に信号“0"が転送されてきたとすると、第
17図および第18図のb₁位置に磁気バブル5₁が安定化す
る。この状態において、ジョイント部13の転送パターン
内に存在する磁気バブル5₂にはb₁位置に存在する磁性バ
ブルとの間に第23図に示すような反発力がはたらき、磁
気バブル5₂はa₂−c₂ライン上よりもb₂−c₂ライン上か、
もしくはその近辺に安定化する（第18図（ａ））。従っ
て、この状態で面内磁界を−ｘ方向に反転させた場合、
磁気バブル5₂はa₂ではなくb₂に移動する（第18図
（ｂ））。この磁界反転によって第２層ジョイント部パ
ターン内の磁気バブル5₃はc₃位置に移るが、b₂位置の磁
気バブル5₂との間に引力がはらたく（同一平面内の磁気
バブル間には磁気的な反発力がはたらくが、上下に重な
った磁性層内にそれぞれ存在するバブル間には磁気的な
引力がはたらく）ために、c₃−b₃ライン付近に安定化す
る。そして、再び磁界を反転（＋ｘ方向）すると、磁気
バブル5₃はb₃位置に移動する。この磁気バブル5₃とc₄位
置に移動してきた逆方向転送部の磁気バブル5₄との間に
は距離が遠いためにそれ程強い磁気的な反発力がはたら
かない（第18図（ｃ））。そして、−ｘ方向への磁界反
転により、磁気バブル5₄はb₄位置に移動する（第18図
（ｄ））。以上の操作により、順方向転送部のb₁位置の
“0"信号が逆方向転送部の位置“0"信号へ転送されたこ
とになる。

また、信号“1"の転送も同様の磁気的相互作用によ
り、第19図に示されるようにして転送がなされる。

なお、各順方向転送部および逆方向転送部における磁
気バブルの膜厚方向の転送は各上下の磁性層間に生ずる
磁気バブル間の相互作用により一部上下方向に重複する
転送パターン位置にて順次行われる。

このようにして順方向転送部と逆方向転送部とがジョ
イント部によりマイナーループ化され、各磁気バブルは
上から下へ、そして下から上へ、さらに上から下へと所
望の回数だけ転送が繰返えされる。なお、上下方向への
ループ化とは閉ループを形成する場合と開ループ、すな
わち上下上下…とジグザグに情報が転送される場合とが
含まれる。

第20図はジョイント部を設ける場合の他の態様を示す
ものである。この第20図において、14は上下方向転送
部、15は面内方向転送部、16は上下方向転送部14と面内
方向転送部間に設けられたジョイント部である。これら
３パートにより構成された転送部は媒体中に複数列（第
20図ではＮ列）並列に並べられる。上下方向転送部14は
前述したようにして各磁性層内の転送パターンの“1"位
置および“0"位置間を移動する磁気バブルによって上下
方向に情報を転送し得るようになっている。そして、面
内方向転送部15は従来公知の転送パターン上を磁気バブ
ル自体が移動することによって情報が転送されるもので
ある。ジョイント部16は上下方向転送部14の任意の磁性
層内の情報を面内方向転送部15へ転送するためのもので
あって、上下方向転送部14の情報を磁気バブルとして面
内方向転送部15へ移動させる作用をなす。このジョイン
ト部16における信号の伝達構成の一例を第20図および第
21図を参照して説明する。

ジョイント部16は第21図に示すように、各磁性層毎に
配置される種バブル17および種バブルガイドライン用軟
磁性パターン18を有し、かつ媒体最表面にバブルチョッ
ピング用導体19、バブルストレッチ用導体20を形成する
ことにより構成される。種バブルガイドライン用軟磁性
パターン18は密着露光技術を利用して形成するか、ある
いはイオン注入法などで形成することができる。軟磁性
パターン材料としてはパーマロイ（Fe−Ni合金）などが
適している。パターン長は種バブル17の直径Ｄの２〜10
倍が望ましい。またその形状はパターンの両端にポテン
シャルウェルができるよう、第22図に示すように両端で
のパターンの面積が中央部よりも広くなるようにするこ
とが望ましい。

このようなジョイント部16において、上下方向転送部
14の信号“1"位置（ａ部）に磁気バブルが存在する場
合、つまり信号“1"が転送されてきて“0"位置には磁気
バブルが存在しない状態において種バブルストレッチ用
導体20にパルス電流Istを流すことにより、種バブルス
トレッチ用導体20に囲まれた部分に生ずる局部磁界Hst
（バイアス磁界Hbと逆向きに印加される）によって種バ
ブル17は軟磁性パターン18上を引きのばされる。これに
より軟磁性上に種バブル17の形状は第22図（ａ）〜
（ｂ）へと変化するが、この状態でバブルチョッピング
用導体19にパルス電流Ichを流すことによって、バブル
チョッピング用導体に囲まれた小領域（第21図の斜線
部）に局部磁界Hch（Hbと同じ向き）が発生し、第22図
（ｃ）に示すように磁気バブル17は２つに分裂する。そ
の後、パルス電流Ict,Ichが同時、またはIct,Ichの順に
切れた後の状態では、２つの磁気バブルは第22図（ｄ）
の位置にくる。この２つの磁気バブルのうち種バブル21
は種バブルとして次回の信号の伝達に関して同様の機能
をはたし、磁気バブル22は面内方向転送用信号の信号
“1"として面内方向転送部15へ転送されていく。このよ
うにして上下方向転送部14の信号“1"は面内方向転送部
15の信号“1"に伝達される。

次に、上下方向転送部14に信号“0"が転送されてきた
場合は種バブル17と上下方向転送部“0"位置に移動して
きた磁気バブル５との間に反発力がはたらき（第23図参
照）、Hstを印加しても種バブル17がバブルチョッピン
グ用導体19をまたがる部分まで引きのばされることはな
く、そのためその後のHchの印加によっても種バブル17
は分裂することなく、面内方向転送部15には磁気バブル
は送り込まれない。すなわち、信号“0"が伝達されたこ
とになる。

以上の原理により、上下方向転送部14の信号はジョイ
ント部16により面内方向転送部15へ伝達される。そし
て、そこから次には上下方向転送部14からジョイント部
16を介して面内方向転送部15へと磁気バブルを転送する
ことにより三次元磁気メモリ媒体が形成される。

そして、最後に図示しないメジャーループをなす磁気
バブル読み出し部により磁気バブルの有無を検出するこ
とにより情報が読み出される。

読み出しの他の態様を以下に示す。

第24図に転送部をループ化した時の最表面磁性層（第
Ｎ層）の転送パターンの構成を、また第25図は転送部を
ライン化した時の第Ｎ層の構成を示す。これらの構成は
信号記録方式により決定され、前者は転送部を直接信号
記録部としての役割もになう、いわゆるマイナーループ
として使用した場合、後者は各磁性層内に独立に形成さ
れたマイナーループ（従来の磁気バブルメモリマイナー
ループと考えて差し支えない。）との間で信号授受を行
うためのメジャーループとして使用した場合のものであ
る。第Ｎ層内の磁気バブルは転送されてきた信号にもと
づき面内磁界のスイッチング により、a,bいずれかの位置に移動するので、ａ（ｂ）
位置に近接させ、磁気光学効果を利用したディテクター
を配置させることによって信号“1"（“0"）が転送され
てきたときの光量変化を信号として読み取ることができ
る。第26図にディテクターの概略図を示す。第26図にお
いて、発光部23より出射した発散光はコリメートレンズ
24により平行光となり偏光板によって直線偏光にされ偏
光ビームスプリッタ26を経て集光レンズ27によって第１
層のａ（ｂ）部に照射される。磁気バブルの有無により
磁気光学効果の回転方向が異なるため、反射光がコリメ
ートレンズ、偏光ビームスプリッターを経て、検光子28
を透過した後に磁気バブルの有無に対応した光量変化が
生じ、この光がコリメートレンズ29を介して光検出器30
に入射するため、磁気バブルの有無が光量変化として検
出されることになる。これらのディテクターを用いるた
めには磁気層は磁気カー効果の大きな材料が望ましく、
GdFe系、GdCo系などの希土類遷移金属アモルファス合金
が適している。また従来の磁気バブルメモリに用いられ
ている希土類カーネット膜も使用することができるが、
これらの膜は一般に使用される半導体レーザー波長域
（780〜833nm）に対し透明であるため、第１層磁性層と
第２層磁性層の間に反射層を設けファラデー効果による
検出を行うことになる。

以上に述べたディテクター部はチップ上に光導波路等
を形成した光集積回路により構成することも可能であ
り、その場合は読み出し速度の向上とデバイスの小型化
が図れる。

第27図には信号として“10010011"というコードが送
られてきた場合のディテクターの出力を面内磁界のスイ
ッチングとともに示してある。

〔発明の作用、効果〕

以上のような本発明によれば、磁気メモリ媒体を三次
元構造としたため、超高密度化およびアクセス時間の高
速化が実現できる。

また、信号書き込みをレーザー照射、抵抗発熱体ある
いはジグザグコンダクタへの電流印加による磁気バブル
の移動によって行えば、従来の磁気バブルメモリに見ら
れるような磁気バブルの新たな形成移動を行う必要がな
くなり、高速化が可能となる。

さらに、信号の読み出しを磁気光学効果により読み取
ることにより行えば、磁気バブルの読み出し部への移動
が不必要になり、高速化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る三次元磁気メモリ媒体の一実施例
を示す概略説明図である。 第２図は各磁性層の転送パターン状態を示す説明図であ
る。 第３図は磁気バブルの転送を面内磁界の反転により行う
場合の説明図である。 第４図は転送パターン長に対する磁気バブル−転送パタ
ーン間相互作用を示す関係図である。 第５図は非磁性層を介して積層された磁性層内にそれぞ
れ存在する２つの磁気バブル間の相互作用を示す関係図
である。 第６図は第２図の転送部を上方向から描き、さらに書き
込みラインを加えた転送パターン説明図である。 第７図および第９図、第10図は磁気バブルの書き込みを
レーザー照射により行う場合の説明図である。 第８図はレーザー照射時の照射中心からの距離と温度お
よび飽和磁化との関係図である。 第11図は磁気バブルの書き込みを抵抗発熱体への電流印
加により行う場合の説明図である。 第12図は媒体における初期状態の設定工程を示す説明図
である。 第13図は第12図（ａ）で形成したコンダクタパターンの
平面説明図である。 第14図は媒体の短冊状転送パターン上のポテンシャルウ
ェルの分布を示すグラフである。 第15図は第14図のメモリ媒体に面内磁界を印加しなが
ら、磁気バブルの初期形成、消去を行った場合のポテン
シャルウェルの分布を示すグラフである。 第16図は第15図の初期形成、消去時の磁気バブル形成位
置の説明図である。 第17図は転送部をループ化した際の各磁性層下層部の構
成を示す説明図である。 第18図および第19図は第17図において磁気的相互作用に
より磁気バブルを転送する場合の説明図である。 第20図は第１図に示した媒体を上下方向転送部の信号を
面内方向転送部へジョイント部を介して転送するように
した構成の説明図である。 第21図は第20図におけるジョイント部を示す説明図であ
る。 第22図は第21図におけるジョイント部での種バブルを介
して信号が伝達される状態の説明図である。 第23図は第22図における磁気バブル種バブルとの相互作
用を示す説明図である。 第24図は転送部をループ化した時の最表面磁性層の転送
パターン構成を示す説明図である。 第25図は転送部をライン化した時の最表面磁性層の構成
を示す説明図である。 第26図は信号読み取りのためのディテクターを示す概略
説明図である。 第27図は転送信号に応じた出力信号と面内磁界方向を示
す関係図である。 １……基板、２……磁性層 ３……非磁性層、４……転送パターン ５……磁気バブル、６……書き込みガイドライン ７……抵抗発熱体、8,8′，……磁気バブル ９……小エリア、10……コンダクタパターン 11……順方向転送部、12……逆方向転送部 13……ジョイント部、14……上下方向転送部 15……面内方向転送部、16……ジョイント部 17……種バブル 18……種バブルガイドライン用難磁性パターン 19……バブルチョッピング用導体 20……種バブルストレッチ用導体 21……種バブル、22……磁気バブル 23……発光部、24……コリメートレンズ 25……偏光板、26……偏光ビームスプリッタ 27……集光レンズ、28……検光子 29……コリメートレンズ、30……光検出器

Claims (10)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に磁性層と非磁性層とが交互に複数
   層積層されて構成され、各磁性層には転送部が設けら
   れ、該転送部はｎを正の偶数とすると各磁性層のｎ−１
   層（第３層、第５層、第７層、…）およびｎ層（第２
   層、第４層、第６層、…）とで別々の転送パターンが形
   成され、最表面磁性層が信号書き込み部および信号読み
   出し部として使用され、この信号書き込み部内に信号
   “1"に対応する部分と信号“0"に対応する部分とが、
   （ｎ−１）磁性層の転送パターン内“1"、“0"位置と重
   なる位置に設けられ、前記信号書き込み部内“1"位置と
   “0"位置との間を磁気バブルが移動できるガイドライン
   が設けられていることを特徴とする三次元磁気メモリ媒
   体。
2. 【請求項２】磁気バブルによる三次元方向信号転送が面
   内磁界の反転により行なわれる請求項１記載の三次元磁
   気メモリ媒体。
3. 【請求項３】書き込み部における磁気バブルの“1"、
   “0"間の移動がレーザー照射により行なわれる請求項１
   記載の三次元磁気メモリ媒体。
4. 【請求項４】書き込み部における磁気バブルの“1"、
   “0"間の移動が抵抗発熱体への電流印加により行なわれ
   る請求項１記載の三次元磁気メモリ媒体。
5. 【請求項５】書き込み部における磁気バブルの“1"、
   “0"間の移動がジグザグコンダクタへの電流印加により
   行なわれる請求項１記載の三次元磁気メモリ媒体。
6. 【請求項６】磁性層最下層部および最上層部に上から下
   への順方向転送部および下から上への逆方向転送部をル
   ープ化するためのマイナーループ構成用信号ジョイント
   部が形成されている請求項１〜５のいずれかに記載の三
   次元磁気メモリ媒体。
7. 【請求項７】各磁性層内に上下方向転送部、面内方向転
   送部および上下方向転送部と面内方向転送部との間に信
   号ジョイント部が設けられ、各ジョイント部は種バブル
   が配置され、この種バブルガイドライン用軟磁性パター
   ンを有し、かつ媒体最表面にバブルチョッピング用導体
   およびストレッチ用導体が設けられた請求項１〜５のい
   ずれかに記載の三次元磁気メモリ媒体。
8. 【請求項８】最上層磁性層の転送パターンの“1"位置ま
   たは“0"位置上に磁気バブルの検出器を設けて信号の読
   み出しを行う請求項１〜６のいずれかに記載の三次元磁
   気メモリ媒体。
9. 【請求項９】磁気バブルの検出が磁気光学効果を利用す
   る請求項８記載の三次元磁気メモリ媒体。
10. 【請求項１０】（１）すべての磁性層に対して上下方向
    に重なる小エリア内への磁気バブルの一括形成、 （２）不必要な部分に形成された磁気バブルの選択的除
    去、 の工程で行う、請求項１〜９のいずれかに記載の三次元
    磁気メモリ媒体の初期状態設定方法。