JP2731558B2 - ブロッホラインメモリデバイス - Google Patents

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、信号再生層と記憶層とを機能分離し、記憶層の各
ストライプドメインに対応するパターン化された信号再
生層用磁性膜内には常時１つの磁気バブルを特定位置に
存在せしめ、このバブルの位置を記憶層でつくられた磁
気バブルとの磁気的相互作用で移動させることにより、
信号再生層における移動又は移動しなかった磁気バブル
の位置を磁気光学効果、電気磁気効果などを用いて検出
するようにしたブロッホラインメモリデバイスに関す
る。

〔従来技術〕

高密度記録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。

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
る読出し部（記録情報の検出部）はストライプドメイン
のヘッド部にブロッホラインが有るか無いかの状態を、
ストライプドメインに垂直に設けたコンダクタに電流を
流すことによって、バブルの有無に変換し、その時生じ
たバブルをバブル転送路で検出部まで転送し、そこでそ
のバルブを拡大した後、読み出すという手段が採用され
ている。

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）などの製膜
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)₅O₁₂など〕1
2、約0.1〜１μｍ厚くらいの絶縁膜（Si₃N₄，SiO₂,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（C
oPt,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を介して高磁力膜15と重ならない位置
で、読出し用導体＝コンダクタ膜（Au,Ag,Al,Cuなど）1
5が約0.1〜１μｍ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リアス磁界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
が記録情報として存在し、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、読出し用導体15aが各ストライプドメイ
ン16のヘッド部近傍であって垂直方向に設けられてい
る。

ブロッホラインの読出しは第７図に示した読出しコン
ダクタ15aに電流を流すことにより行なわれる。これを
第５図に基づいて説明すると次のとおりである。

第５図（イ）の（ａ）に示したように、ブロッホライ
ンが存在する場合はコンダクタ15aに挟れた両方の磁壁
内の磁化方向が図中矢印で表わしたように同じ方向を向
いている。逆に第５図（イ）の（ｂ）に示したように、
ブロッホラインが存在しない場合は読出しコンダクタ15
aが挟れた両方の磁壁内の磁化方向は図中矢印で表わし
たように逆方向を向いている。このため、読出しコンダ
クタ15aに矢印方向に電流を流すと、第５図（ロ）に示
したように、コンダクタ15aに挟れた磁壁は収縮し、両
方の磁壁が合体してストライプドメイン16の先端はチョ
ッピングされ磁気バブル21となり分離される〔第５図
（ロ）の（ａ）〕。このチョッピングする電流値が第５
図の（ａ）の場合と（ｂ）の場合とでは両磁壁の磁化の
間で働く交換相互作用の違いで異なり、ブロッホライン
が存在する場合の方が存在しない場合よりチョッピング
に要する電流が小さい。これを利用して、ブロッホライ
ンが有る場合と無い場合が、チョッピングされる場合と
されない場合に対応するように電流値を選んで、磁気バ
ブル21の有り無しの状態に変換する。

たが、既述のとおり、従来においてはここで生じた磁
気バブル21を、図示されていないバブル転送路を用い
て、バブル検出部まで転送し、そこでバブルを拡大し、
これをホール効果、磁気抵抗効果などにより読出すとい
う手段が採られているため、勢い、バブルの拡大やバブ
ルの転送に時間がかかり、また、バブル転送に面内磁界
を利用する等の理由かて転送速度及び消費電力の点で問
題がある。

〔目的〕

本発明は磁気バブルの転送や拡大などを行なうことな
く、短時間で読出しがなし得るブロッホラインメモリデ
バイスを提供するものである。

〔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
信号再生層及び記憶層が設けられ、さらに該信号再生層
上には絶縁膜を介して磁気バブル検出層が設けられ、該
信号再生層は記憶層に形成されるストライプドメインに
対応してパターン化されており、かつ、読出しコンダク
タ膜が絶縁膜を介してストライプドメインと該信号再生
層との間に配設され、磁気バブル位置制御用コラプス兼
用コンダクタ膜が、絶縁膜を介して該信号再生層の上に
配設されていることを特徴としている。

以下に本発明を添付の図面に従が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
信号再生層用磁性膜内の特定位置に常時１つの磁気バブ
ル（この磁気バブルは記憶層でチョッピングによりつく
られるものとは異なる）を存在せしめておき、この磁気
バブルとストライプドメインのチョッピングにより生じ
た記憶層の磁気バブルとの間の磁気的相互作用で信号再
生層内の磁気バブルの位置を変化させ、その変化を利用
して再生を行なおうとするものである。

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再
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
と信号再生層用磁性膜17との間の位置には読出しコンダ
クタ膜15が形成され、信号再生層用磁性膜17上には磁気
バブル検出層18及びコンダクタ膜31及び磁気バブル位置
制御用コラプス兼用コンダクタ膜32,33が形成されてい
る。

なお、磁気バブル位置制御用コラプス兼用コンダクタ
膜32及び33、それに第２図に示した磁気バブル検出層18
及びコンダクタ31aは信号再生層17の下に設けられてい
てもよい。

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，(YSmTm)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製膜できる。膜厚は0.1〜５
μｍ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。

信号再生層用磁性膜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(F
eGe)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。この信号再生層用磁性膜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
5,31a,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。磁気バブル検出層
18はパーマロイなどを用い、膜厚0.01〜0.5μｍくらい
にパターニングして形成できる。そして、これら各種コ
ンダクタ膜、磁気バブル検出層の上には、必要に応じ
て、厚さ0.1〜１μｍくらいのSi₃N₄，SiO₂,SiOなどによ
る保護層が設けられてもよい。

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、信号再生層17、磁
気バブル検出層18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。

また、この第２図は、第３図とともに、本発明デバイ
スを用いての情報の再生の様子をも表わしている。

信号再生層用磁性膜17に存在する磁気バブル22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図では左側にある磁気バブルの位置にあるよう
にする。その後、バイアス磁界H_Bを下げて記憶層のスト
ライプドメイン16の先端を伸ばし、第５図の読出し方法
に従って、読出しコンダクタ15aに電流を流してブロッ
ホラインがある場合には磁気バブル21をつくり、ブロッ
ホラインがない場合には磁気バブルができないようにす
る。そして再びバイアス磁界H_Bを上げる。この時、信号
再生層17の磁気バブル22の位置が変わることが考えら
れ、磁気バブル位置制御・コラプス兼用コンダクタ33a
に電流（第２図では実線矢印方向）を流して、信号再生
層17の磁気バブル22を左側にそろうようにする（第２図
では左側にある磁気バブルの位置）。

その状態で磁気バブル位置制御用コラプス兼用コンダ
クタ33aへの通電を止めると、第３図に示したように、
記憶層の磁気バブル21と信号再生層の磁気バブル22との
間に働く磁気的相互作用（吸引力）のため、磁気バブル
22は信号再生層17の左側から右側へと移動する（第２図
では、磁気バブル位置制御用コラプス兼用コンダクタ33
aの左側にあった磁気バブルが磁気バブル位置制御用コ
ラプス兼用コンダクタ32a,33aで挟れた位置へと移動す
る）。

この磁気バブル22の移動により、磁気バブル検出層18
のパーマロイ膜には抵抗変化が生じ、その抵抗変化に基
づいて記録の再生が行なわれる。

再生後、チョッピングにより生じた記憶層の磁気バル
ブ21を、磁気バブル位置制御用コラプス兼用コンダクタ
32aに電流（第２図で示した実線方向に）を流すことに
より、元の初期状態の位置（第２図で左側にある磁気バ
ブルの位置）に戻し終了する。

こうした操作の繰返しによって記憶層12に収められた
膨大な数の情報を読出すことができる。

これまでに述べてきた例では、磁気バブル21と22との
吸収相互作用を利用してきたが、それら磁気バブル21,2
2間の距離を離した時に生じる反発相互作用を利用する
ようにしてもかまわない。その場合には、信号再生層の
初期状態の磁気バブルはストライプドメイン側に位置さ
せておく必要がある。

本発明デバイスにあっては、信号再生層17の磁気バブ
ル22の位置を光により検出することもできる。即ち、磁
気バブル22が移動した部分（第２図で磁気バブルが右側
に位置するところ）に光を照射して磁気光学効果を利用
して再生を行なう。具体的には、第４図に示したよう
に、半導体レーザー41からの光を、コリメートレンズ42
により平行光とした後偏光子43、ビームスプリッター44
を通して、集光レンズ45により信号再生層の移動した磁
気バブルに照射する。そして、その反射光をビームスプ
リッター44、検光子46、集光レンズ47を通してフォトダ
イオード48でバブルの有無を光量の差として検出する。

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（光読出し部）を設けることが考えられて
もよい。

これまでの説明では、ストライプドメインの安定化を
高磁力膜の形成で行なってきたが、この安定化はグルー
ヴィング、イオン注入などによることもできる。

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、下記の層及び膜をスパ
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
ンデバイスをつくった。

絶縁膜：Si₃N₄膜（約3000Å厚） パターン化された高磁力膜:TbFeCo膜（約5000Å厚） パターン化された信号再生磁性膜:CoPt膜（約5000Å
厚） パターン化されたコンダクタ膜:Au膜（約5000Å厚） パターン化された磁気バブル検出層：パーマロイ膜（約
1000Å厚） 保護膜：Si₃N₄膜（約1000Å厚） このデバイスを用い、第2,3図及び第５図について説
明した手順に従って情報の読出しを行なったところ、読
出し時間はこの明細書に記載した従来法に比べて速くな
っているのが確められた。

〔効果〕

本発明のブロッホラインデバイスによれば、信号再生
層（パターン化された個々の信号再生層磁性膜）には常
時一つずつの磁気バブルを存在させておき、このバブル
の位置変化だけで再生を行なうため、読出し時間はすこ
ぶる短縮される。

【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、各種コンダク
タ、信号再生層、磁気バブル検出層などの位置関係を示
した図である。 第３図信号再生層の磁気バブルの位置が変わることを説
明するための図である。 第４図は光による再生を説明するための図である。 第５図はチョッピングにより磁気バブルがつくられるこ
とを説明するための図である。 第６図は従来の代表的な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読出しコンダクタとの位置
関係を示した図である。 １……ブロッホラインメモリデバイス 21a,22b……磁気バブル、11……基板 12……記憶層（記憶層用磁性膜） 14……高磁力膜、15……読出しコンダクタ膜 16……ストライプドメイン 17……信号再生層（信号再生層用磁性膜） 18……磁気バブル検出層、21,22……磁気バブル 31a……コンダクタ 32,33……磁気バブル位置制御用コラプス兼用コンダク
タ膜 41……半導体レーザー、42……コリメートレンズ 43……偏光子、44……ビームスプリッター 45,47……集光レンズ、46……検光子 48……フォトダイオード、131,132……絶縁膜

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】基板上に信号再生層及び記憶層が設けら
   れ、さらに該信号再生層上には絶縁膜を介して磁気バブ
   ル検出層が設けられ、該信号再生層は記憶層に形成され
   るストライプドメインに対応してパターン化されてお
   り、かつ、読出しコンダクタ膜が絶縁膜を介してストラ
   イプドメインと該信号再生層との間に配設され、磁気バ
   ルブ位置制御用コラプス兼用コンダクタ膜が、絶縁膜を
   介して該信号再生層の上に配設されていることを特徴と
   するブロッホラインメモリデバイス。