JP2726289B2

JP2726289B2 - ブロッホラインメモリデバイス

Info

Publication number: JP2726289B2
Application number: JP63330835A
Authority: JP
Inventors: 元治田中; 才明鴇田
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1988-12-29
Filing date: 1988-12-29
Publication date: 1998-03-11
Anticipated expiration: 2013-03-11
Also published as: JPH02179991A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明はブロッホラインメモリデバイスに関し、詳し
くは、信号発生層と記憶層とを機能分離し、記憶層（記
録層）の各ストライプドメインに対応するパターン化さ
れた信号発生層磁性膜内には常時１つの磁気バブルを存
在せしめ、磁気バブルの位置を制御することにより、こ
のバブルとストライプドメインとの間の磁気的相互作用
（吸引力）を利用してストライプドメインのヘッドを伸
ばして記録を行なう（垂直ブロッホライン対を形成す
る）ようにした磁気記録素子に関する。

〔従来技術〕

高密度記憶素子の開発に伴なって、ブロッホラインメ
モリデバイスがその記憶容量の膨大さ及び不揮発性であ
ることから、近時注目されている。

ブロッホラインメモリデバイスは、情報記憶部をバル
ブドメインを細長く伸ばしたストライプドメイン周辺磁
壁で構成し、その中にブロッホライン対の有無のかたち
で情報を記録させるというものである。そして、このブ
ロッホラインメモリデバイスは、大まかにいえば、
（ｉ）書込み部、（ii）記録転送部、（iii）読出し部
の三要素から成立っている。そして、このうちの情報の
書込みは磁気バブルの発生、記録転送部（ストライ
プドメイン）先端へのバブル転送、局部磁界の印加、
続いて、バルブ有無に対応したブロッホライン対の形
成（書込み）という手順で行なわれている。

ブロッホラインメモリデバイスに関してはS.Konishi;
IEEE Trans.Magn.,MAG−19,1838（1983）に詳細に解説
されており、また特開昭59−151374号公報でも提案され
ている。

ブロッホラインメモリデバイスの主要箇所の１つであ
る書込み部は、端的にいえば、垂直磁気異方性膜に形成
されるストライプドメインの境界であるブロッホ磁壁の
中に静的かつ安定に存在する垂直ブロッホライン対を記
憶情報単位として用いるところである。

ここの主要部の構成は概略第６図のようになってい
る。即ち、GGGなどの希土類ガーネット単結晶からなる
基板11上にLPE法（液相エピタキシャル法）などの成膜
法により約0.1〜５μｍ厚くらいの磁性ガーネット膜
〔（YSmLuCa）_３（FeGe）₅O₁₂,（YSmTm）_３（FeGe）₅O
₁₂など〕12、約0.1〜１μｍ厚くらいの絶縁膜（Si₃N₄,S
iO₂,SiOなど）131が積層され、その上に、ストライプド
メインを安定化するための約0.1〜１μｍ厚程度の高磁
力膜（CoPt,CoCrなど）14がパターン化して設けられ、
更にその上に、絶縁膜132を介し高磁力膜15と重ならな
い位置で、書込み用導体＝コンダクタ膜（Au,Ag,Al,Cu
など）15が約0.1〜５μｍ厚くらいでパターニングして
設けられている。

このデバイス全体にはバイアス磁界H_Bが印加されて高
磁力膜14の周りにストライプドメインが安定化されるよ
うになっている。そして、この磁壁にはブロッホライン
対が記憶情報として存在し、例えばブロッホライン対が
ある場合は“1"、無い場合は“0"に対応するようになっ
ている。ブロッホライン対は規則正しく存在しており、
垂直パルス磁界を印加することにより順次隣りのポテン
シャルウエルに転送される。

なお、この第６図においては前記の磁気バブルの発
生、そのバブルのストライプドメイン先端部までの転
送、及び局部磁界の印加のそれぞれの手段は省略され
ている。

第７図はこの従来のデバイスを上方から見た場合の概
略（この第７図は本発明デバイスにも共通している）を
示しており、複数のストライプドメイン16が規則正しく
並べられ、書込み用導体15aはそれらストライプドメイ
ン16に対して垂直方向に設けられている。

従来のこうしたデバイスでは、通常、情報の書込みが
バブルとストライプドメインとの反撥相互作用を利用し
ているため、バブルが有る場合にブロッホライン対が形
成されず、逆に、バブルが無い場合にブロッホライン対
が形成されるという、いわゆる相補型トランスファーゲ
ート方式が採用されている。

だが、この方式では反撥相互作用を用いているため、
バイアス磁界を下げていった場合にストライプドメイン
の先端が不揃いになりやすく、各ストライプドメインに
同一条件で書込むことが難かしく、また、信号処理が複
雑となるのは今のところ避けられないことである。加え
て、前記従来のデバイスでは、磁気バブルを各ストライ
プドメインの先端にまで転送しなければならない、記録
後のバブルを消去部まで転送しなければならない等か
ら、書込み（記録）に時間がかかり、更に、バブル転送
のための消費電力が大きいといった問題点も有してい
る。

〔目的〕

本発明の目的は信号発生層と記憶層とを機能分離し、
ストライプドメインの一つひとつに対応してパターン化
された信号発生層用磁性膜の一つひとつに磁気バブルを
必ず１つ存在させ、そのバブルの位置を制御することに
より、記憶層のストライプドメインとの間の磁気的相互
作用（吸引力）を用いて記録（ブロッホライン対の形
成）を行なうようにしたブロッホラインメモリデバイス
を提供するものである。

本発明の他の目的は、信号発生層での磁気バブルの位
置をコンダクタ（導体）を用いて電気的に制御しうるこ
とは勿論、半導体レーザー光によっても制御できるブロ
ッホラインメモリデバイスに関する。

〔構成〕

本発明のブロッホラインメモリデバイスは、基板上に
記憶層用磁性膜、絶縁膜を順次形成し、該絶縁膜上に各
ストライプドメインを安定化させる高磁力膜、該ストラ
イプドメインに対応しパターン化された信号発生層用磁
性膜を形成し、該高磁力膜及び信号発生層用磁性膜上に
直接又は絶縁膜を介して、該ストライプドメインのヘッ
ド部に近接するようにして該信号発生層用磁性膜とスト
ライプドメインの間に書込み用コンダクタ膜、また該信
号発生層用磁性膜の上部に磁気バブルコラプス用コンダ
クタ膜又は磁気バブル位置制御用コンダクタ膜を配設し
たことを特徴としている。

以下に本発明を添付の図面に従いながら更に詳細に説
明するが、本発明デバイスは、端的にいえば各ストライ
プドメインに対応して形成されパターン化された各信号
発生層用磁性膜内の磁気バブルの位置を制御して記憶層
のストライプドメインとの間の吸引相互作用を利用しス
トライプドメインのヘッドを伸ばして記録を行なおうと
するものである。

ところで先に触れたように、従来のデバイス（第６図
に示したもの）にあっては、第７図にみられるごとく、
ストライプドメイン16へのブロッホライン対の形成（書
込み）は各ストライプドメイン16のヘッド部近傍に書込
みコンダクタ15aを設けて、これに電流を流すことによ
り行なわれている。これを第８図により述べると、信号
により応じてつくられた磁気バブル２はジグザグコンダ
クタなどによる転送路により各ストライプドメイン16の
ヘッド部近傍まで転送され、ストライプドメイン16の先
端にバブル２が有する場合と無い場合とが形成される
〔第８図（イ）〕。この状態でバイアス磁界H_Bを下げる
と、前記先端にバブル２の存在しないときにはストライ
プドメイン16の先端は伸び、先端にバブルが存在すると
きにはバブル２との反撥力によりストライプドメイン16
の先端は伸びない。この状態のもとで書込みコンダクタ
15aに電流を流すと、伸びたストライプドメイン16が部
分的に収縮し、それと同時にブロッホライン対が形成さ
れる［第８図（ロ）］。そして、この方式では後の信号
処理が複雑になったり、記録時間が多くかゝったり、消
費電力が大きくなったり、ストライプドメイン16の先端
が不揃いになりやすく各ストライプドメインに同一条件
で書込むことが難かしかったりすることについては既に
指摘したところである。

本発明デバイスによればそうした不都合は解消され
る。

第１図は本発明デバイスの概略を示したものであっ
て、適当な基板11上に記憶層用磁性膜12が形成され、そ
の上に絶縁膜（Si₃N₄,SiO₂,SiOなどで膜厚は0.1〜１μ
ｍくらいが適当である）131が形成されている。絶縁膜1
31上にはストライプドメインを安定化するためのパター
ン化された高磁力膜14が形成され、また、このパターン
状高磁力膜14に対応した位置にパターン化された信号発
生層用磁性膜17が形成されている。更にこれらの上に、
絶縁膜（Si₃N₄,SiO₂,SiOなどで厚さは0.1〜１μｍくら
いが適当である）132を介して、ストライプドメイン16
と信号発生層用磁性膜17との間の位置には書込みコンダ
クタ膜15が形成され、信号発生層用磁性膜17上には磁気
バブル位置制御用コンダクタ膜31、磁気バブルコラプス
用コンダクタ膜32及び磁気バブル位置制御兼コラプス用
コンダクタ膜33が形成されている。

ここでの基板11は例えば石英、ガラス、硬質プラスチ
ック、GGGなどがあげられ、望ましくはGGGである。

記憶層用磁性膜12は（YSmLuCa）_３（FeGe）₅O₁₂,（YS
mTm）_３（FeGe）₅O₁₂などの磁性ガーネット膜であり、
これはLPE法、スパッタ法などにより成膜できる。膜厚
は0.1〜５μｍが適当である。

高磁力膜14はCoCr,CoPtなどによりパターン化して形
成されその厚さは0.1〜１μｍくらいが適当である。

信号発生層用磁性膜17はGdFe,GdCo,GdCoMoなどのアモ
ルファス希土類−遷移金属系磁性材料又は（YSmLuCa）
_３（FeGe）₅O₁₂,（YSmTm）_３（FeGe）₅O₁₂などの磁性ガ
ーネット材料を用いスパッタ法、蒸着法などで成膜した
後、フォトリソグラフィ技法を用いて微細パターン化す
ることにより形成できる。この信号発生層用磁性膜17の
厚さは0.1〜５μｍくらいが適当である。

また、各種コンダクタ膜（＝各種コンダクタ導体）1
5,31,32,33はAu,Ag,Al,Cuなどを用い膜厚0.1〜２μｍ程
度にパターニングして形成できる。

第２図はこれら高磁力膜14、ストライプドメイン16、
各種コンダクタ15a,31a,32a及び33aなどの位置関係を上
方からみた場合の状態を概略的に表わしている。

なお、デバイスの保護を意図して、このデバイス上に
は保護層としてSi₃N₄,SiO₂,SiOなどよりなる膜（厚さ0.
1〜１μｍ）が設けられるのが好ましい。

第３図は、このような第１図及び第２図で示された本
発明デバイスを用いての情報の書込みの様子を表わして
いる。

信号発生層用磁性膜17に存在する磁気バブル２は初期
状態ではすべてストライプドメイン16から離れた位置
（第２図では磁気バブルコラプス用コンダクタ32aの左
側の位置）にあるようにする。この後、信号に応じて磁
気バブル位置制御用コンダクタ31aに電流（第２図では
矢印方向に）が流され、それに伴ない、磁気バブル２は
反撥力を受けストライプドメイン16に近い位置（第２図
では磁気バブルコラプス用コンダクタ31aの右側の位
置）へ移動する（このストライプドメイン16側に移動し
たバブルを「2a」とする）。こうして、ストライプドメ
イン16の先端にバブル2aが有る場合と無い場合との状態
がつくり出される〔第３図（イ）〕。

この状態でバイアス磁界H_Bを少し下げると、バブル2a
が有る場合にはバブル2aとストライプドメイン16との吸
引相互作用のため、ストライプドメイン16の先端が伸び
てバブルを2aと重なりあい、一方、バブルの無い場合に
はストライプドメンイン16の先端はあまり伸びない〔第
３図（ロ）〕。なお、ここでのバイアス磁界H_Bの操作
は、一度少し下げた後再び少し上げる方法が採用されて
もかまわない。

第３図（ロ）の状態のもとにおいて、書込みコンダク
タ15aに電流を流すとストライプドメイン16が部分的に
収縮し、それと同時に、ブロッホライン対が記録され
る。つまり、ストライプドメイン16の先端近傍に磁気バ
ブル2aが有るときにブロッホライン対が記録されること
になる。

ブロッホライン対記録後、チョッピングにより新たに
つくり出されたバブルは磁気バブルコラプス用コンダク
タ32a及び磁気バブル位置制御兼コプラス用コンダクタ3
3aに同時に反対方向（第２図で上方、下方に向う矢印で
表わした）に電流を流して消去する。この際、信号発生
層の磁気バブル（2,2a）が消去しないように、信号発生
層用磁性膜17のコラプス磁界を記憶層用磁性膜12のコラ
プス磁界より大きくしておく必要がある。最後に、スト
ライプドメイン16に近い側にある信号発生層の磁気バブ
ル（第２図で磁気バブルコラプス用コンダクタ32aの右
側に位置する磁気バブル）2aを、磁気バブル位置制御兼
コラプス用コンダクタ33aに電流を流すことにより、ス
トライプドメイン16から離れた元の位置（第２図で磁気
バブルコラプス用コンダクタの左側の位置）に移動させ
て磁気バブル２とする。

これまで述べてきた操作の繰返しによって記憶層には
膨大な数の垂直ブロッホライン対を記憶情報単位として
書込むことができる。

本発明デバイスにあっては情報の書込みを光を用いて
行なうことも可能である。即ち、信号発生層の磁気バブ
ルの位置制御を光照射で行なってもかまわない。

第４図に示すように、一般に磁性膜12aにレーザー光
が照射されキュリー温度（Tc）付近まで膜の温度が上が
ったところの磁化の大きさは小さくなるため、周りの他
の部分との間で磁界勾配が形成され、磁気バブルはレー
ザー光照射位置へ移動する。

この原理を応用して、信号発生層内での磁気バブルの
位置をレーザー光照射により制御（移動）させ、第３図
について説明したような方法を採用することによってブ
ロッホライン対の書込みがなされる。第５図はその情報
の書込みの様子を表わしており、光源４からのレーザー
光をコリメートレンズ５、集光レンズ６を通してブロッ
ホラインメモリデバイス１に照射している。レーザー光
照射は基板11側から行なっても保護層側から行なっても
かまわない。

また、本発明デバイスに光集積化技術を用いて微細化
した光制御部を設けることも考えられてよい。

光照射により信号発生層の磁気バブルを制御するタイ
プのデバイスでは、コンダクタは書込み用、チョッピン
グで生じたバブルの消去用のものだけで足りる。

これまでの説明では、ストライプドメインを高磁力で
安定してきたが、グルーピング等による安定化が図られ
てもよい。

実施例 GGG基板上に約２μｍ厚のガーネット膜〔（YSmLuCa）
_３（FeGe）₅O₁₂〕をLPE法で形成し、この上に下記の膜
をスパッタ法で形成して、第１図に示したタイプのブロ
ッホラインデバイス（本発明品）をつくった。

絶縁膜 ;Si₃N₄膜（約5000Å）パターン化された高磁力膜;CoPt膜（約5000Å）パターン化された信号発生層磁性膜;GdCoMo膜（約２μ
ｍ厚）パターン化されたコンダクタ膜;Au膜（約5000Å）保護膜 ;Si₃N₄膜（約5000Å）このデバイスを用い第２図及び第３図について説明し
た手順に従って書込みを行なったところ、ストライプド
メインにブロッホライン対からなる記録がなされた。

〔効果〕

本発明のブロッホラインデバイスによれば、信号発生
層（パターン化された個々の信号発生層磁性膜）には常
に一つづずの磁気バブルが存在せしめられ、磁気バブル
の移動によりその磁気バブルとの吸引相互作用で各スト
ライプドメインの先端は揃えられ、同一条件によってブ
ロッホライン対が形成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るブロッホラインメモリデバイスの
代表的な一例の概略図である。第２図はこのデバイスを
上方からみた場合のストライプドメインと各種コンダク
タとパターン化された信号発生層との位置関係を示した
図である。第３図は本発明デバイスにおいてストライプドメインに
ブロッホライン対が形成されることを説明するための図
である。第４図は光による磁気バブルの移動を説明するための
図、第５図は光書込み装置の一例の概略図である。第６図は従来の代表的ブロッホラインメモリデバイスの
概略図であり、第７図はそのデバイスを上方からみた場
合のストライプドメインと書込みコンダクタとの位置関
係を示した図である。第８図は第６図に示した従来のデバイスにおいてストラ
イプドメインにブロッホライン対が形成されることを説
明するための図である。１……ブロッホラインメモリデバイス 2,2a……磁気バブル、４……光源５……コリメートレンズ、６……集光レンズ 11……基板、12……記憶層用磁性膜 14……高磁力膜、15……書込みコンダクタ膜 16……ストライプドメイン、17……信号発生層用磁性膜 31……磁気バブル位置制御用コンダクタ膜 32……磁気バブルコラプス用コンダクタ膜 33……磁気バブル位置制御兼コラプス用コンダクタ膜 131,132……絶縁膜

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に記憶層用磁性膜、絶縁膜を順次形
成し、該絶縁膜上に各ストライプドメインを安定化させ
る高磁力膜、該ストライプドメインに対応しパターン化
された信号発生層用磁性膜を形成し、該高磁力膜及び信
号発生層用磁性膜上に直接又は絶縁膜を介して、該スト
ライプドメインのヘッド部に近接するようにして該信号
発生層用磁性膜とストライプドメインの間に書込み用コ
ンダクタ膜、また該信号発生層用磁性膜の上部に磁気バ
ブルコラプス用コンダクタ膜又は磁気バブル位置制御用
コンダクタ膜を配設したことを特徴とするブロッホライ
ンメモリデバイス。