JPH02172091A - 磁気バブルメモリ素子 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオン打ち込み転送路を用いた磁気バブルメモ
リ素子に係わり、特にゲート機能部をコンダクタバタン
とイオン打ち込み転送路で構成したデュアルゲート方式
の磁気バブルメモリ素子に関する。

〔従来の技術〕

従来の磁気バブルメモリ素子では、情報の書き込み読み
だしを行うメジャラインやゲート機能部および情報の蓄
積を行うマイナループに、１ビツトづつが分離したシェ
ブロン型のパーマロイ転送路を用いていた。このような
パーマロイ素子では、マイナループ内の所望の位置にあ
るバブルを一斉にメジャライン上に複製するブロックレ
プリケートゲートによって非破壊読みだしを実現してい
た。

また、マイナループ内の所望の位置にあるバブルをメジ
ャライン上の書き込みデータと入れ換えるスワップゲー
トによって書き込み時のサイクル時間を短縮していた。

磁気バブルメモリ素子への高密度・大容量化の要請に対
して、従来のパーマロイ素子では、マイナループを構成
するパーマロイ転送路の周期を３〜４μｍと小さくする
必要があった。このように微細な周期のパーマロイ転送
路では、バタン間隙における最小加工寸法、および微細
なバタン形状におけるバブルのａ動力が小さくなる問題
がある。

そこで、より高密度・大容量化に適した素子としてパー
マロイ転送路に代えてイオン打ち込みにより転送路を形
成する新しいタイプの素子（以下、イオン打ち込み素子
と称する）が米国特許第３８２８３２９号公報において
提案された。

イオン打ち込み素子では、バブルを保持する磁性ガーネ
ット膜の表面に水素（Ｈ２”　）等のイオンを打ち込ん
で転送路を形成する。磁性ガーネットの膜表面では、イ
オンの打ち込みによる歪で磁化が面内方向を向いている
。この面内磁化がイオン打ち込み転送路バタン近傍で向
き合って、バブルを吸引する磁荷壁（チャージドウオー
ル）を形成する。面内に回転する磁界を印加することに
よって、チャージドウオールはイオン打ち込み転送路上
を移動し、バブルはこれに吸引されて転送する。

チャージドウオールはバブルと同じ磁性ガーネット膜内
にあるため、強いバブル駆動力が得られる。

またイオン打ち込み転送路にはバタン間隙がなく微細加
工が容易であるため、素子の高密度化に適する。

イオン打ち込み素子において、従来のパーマロイ素子と
同じようにメモリ動作を実現するためには、バブル発生
器・検出器・ブロックレプリケートゲートおよびスワッ
プゲート等の機能部をイオン打ち込み転送路を用いて形
成する必要がある。

バブル発生器については、たとえば特開昭５９−５６２
８３号に記載されている。これは、ヘアピンコンダクタ
パタンをメジャライン上に配置しパルス電流を印加する
ことで局所的にバイアス磁界を下げバブルをメジャライ
ン上に発生させる方式である。バブル検出器については
、たとえば特開昭５９−７７６９５号に記載されている
。これは、ヘアピンコンダクタバタンをメジャライン上
に配置しパルス電流を印加することで局所的にバイアス
磁界を下げバブルを数１０倍に引き伸ばし、ヘアピンバ
タン内に配置した軟磁性体薄膜検出線の磁気抵抗効果で
電気信号を得る方式である。

ブロックレプリケートゲートについては、特開昭６０−
２２６０８９号に記載された２層の相互に直交するヘア
ピンコンダクタパタンを用いる方法が提案されている。

これは、第１のヘアピンバタンにパルス電流を印加して
バブルをマイナループコーナ凹部からメジャライン凹部
まで引き伸ばし、次に第２のコンダクタバタンにパルス
電流を印加して伸びたバブル磁区を２つに分割すること
で非破壊読みだしを実現する。

さらに、特開昭６２−２６２２３９号に記載のデュアル
ゲートでは、２暦のヘアピンコンダクタパタンを用いた
構成で、１つのゲートでブロックレプリケートゲートと
スワップゲートの両方の機能が実現可能である。これに
ついて、以下第３図を用いて具体的に説明する。

第３図（ａ）、（ｂ）　、（ｃ）はデュアルゲートの構
成および動作に必要なパルス条件を示したものである。

第３図（ａ）はゲートの平面パターンを示したものであ
るが、デュアルゲートは第１層コンダクタのヘアピンパ
タン５と第２層コンダクタのヘアピンパタン６とをメジ
ャライン３とマイナループコーナ４の上において層間絶
縁膜を介して交差させた構造である。従って、従来は書
込み用と読み出し用に２つのメジャラインが必要であっ
たが、デュアルゲートを用いた素子では１つのメジャラ
インだけで素子を構成することが出来るようになった。

デュアルゲートにおけるブロックリプリケート動作では
、まずマイプループコーナ４上のバブルが第１のヘアピ
ンパタン５のギャップ内４′に転送されてきたとき第３
図（ｃ）に示すようにパルス電流９（第１のストレッチ
パルス）を印加する。

第１のヘアピンパタン５のギャップ内にはパルス電流に
よって局所的にバイアス磁界と反対向きの磁界が発生す
るので、バブルは第１のヘアピンパタン５のギャップに
沿ってメジキライン３上のカスプ（ＣＵＳＰ）１６まで
引き伸ばされる。パルス電流９に続いてこれより振幅の
小さなパルス電流１０　（第２のストレッチパルス）を
第１のヘアピンパタン５に印加し、伸びたバブル磁区を
保持する。

パルス電流１０を印加している間に第２のヘアピンパタ
ン６に逆向きのパルス電流１１（カットパルス）を印加
する。このパルス電流により第２のヘアピンパタン６の
ギャップ内にはバイアス磁界と同じ向きの磁界が発生す
るので、２つのヘアピンパタンのギャップ交差位置７に
おいて、伸びたバブル磁区は２つに分割される（レプリ
ケートアウト動作）、この一連の動作でマイプループコ
ーナ４上のバブルはメジキライン３上に複製され、非破
壊読みたしが実現できる。

スワップ動作では、まずマイプループコーナ４上の第２
のヘアピンパタン６のギャップ内の位置８に書き替え対
象のバブルが転送されてきたときに、第２のヘアピンパ
タン６に第３図（ｂ）に示すようにパルス電流１２（ア
ナイアレートパルス）を印加して、まずこのバブルを消
去する１次に、第１のヘアピンパタン５にパルス電流９
（第１のストレッチパルス）を印加してメジキライン３
上の新たに書き込みたいバブルをマイナループコーナ４
まで引き伸ばす、引き続き第１のヘアピンパタン５にパ
ルス電流１０　（第２のストレッチパルス）を印加して
伸びたバブルを保持する。この後はブロックレプリケー
ト動作と同じように、第２のヘアピンパタン６にパルス
電流１１（カットパルス）を印加して伸びたバブル磁区
を２つに分割する。

これにより、メジキライン３上のバブルはマイプループ
コーナ４上に複製される（レプリケートイン動作）。こ
のような一連の動作によって、従来のパーマロイ素子の
スワップゲートと同等のマイナループ内情報の書換え機
能が実現できる。なお、このスワップ動作によりメジャ
ライン上に残ったバブルはそのままメジャライン転送路
を移動し、アクティブエリアを囲むように配置したガー
ドレール転送路へ至り、アクティブエリア外に排除され
る。

〔発明が解決しようとする課題〕

このようなデュアルゲートにおいては、書き込み動作の
後すぐに読みだし動作を行う場合、次に示す点で問題が
生じた。書き込み時のスワップ動作によってメジャライ
ン上には不要となったバブルが残っている。このメジャ
ラインは書き込み時と読み出し時に共用されている。従
って、書込み動作によって生じた残留バブルが完全に排
除されない状態で読みだしのためのレプリケートアウト
動作を実行すると、メジャライン上の残留バブルとマイ
ナループコーナ上の読みだしバブルが同一メジャライン
上で混在し、正常な読みだし動作が行えなくなる。この
ため、書き込み動作後に正常な読みだしを行うためには
、残留バブルを完全に排除するための余分な時間が必要
となる。例えば、マイナループの数を２５６ループ、回
転磁界の周波数を２００ｋ　Ｈｚとすると、書き込み動
作後に約２．５ｍ５ｅｃ以上読み出し動作を待つ必要が
ある。これは、バブルメモリ素子のより高速な動作を実
現する上で大きな問題であった。

本発明の目的は、上記従来の問題点を解消し、バブルメ
モリ素子の高速動作を実現するため、書き込み動作直後
においても読みだし動作が可能なデュアルゲートを備え
た改良された磁気バブルメモリ素子を提供することにあ
る。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的のためには、デュアルゲートのスワップ動作に
おいて、メジャライン上に残留バブルを生じさせない動
作を実現すれば良い。これは、マイナループ上のバブル
の消去とメジャライン上のバブルの引伸しからなるスワ
ップ動作をデュアルゲートにおいて行なうことにより実
現することができる。つまり、従来のようにスワップ動
作においてバブル引伸し後にバブルを分割するという動
作はさせずに、メジャライン上のバブルをマイナループ
上にまで引伸ばした後に転送路の形状の基くバブルの吸
引力の差を利用して、バブルを分割することなくマイナ
ループに転送させるというものである。

さらに、具体的に詳述すれば上記本発明の目的は、（１
）磁気バブルを保持する磁性膜の表面に選択的にイオン
を打ち込んで形成した少なくともマイナループとメジャ
ラインとを有するイオン打ち込み転送路と、これら両転
送路間にまたがり設けられた磁気バブルの読み出し及び
書き込み用のレプリケート及びスワップ動作機能を有す
るデュアルゲートとを具備して成る磁気バブルメモリ素
子において、上記デュアルゲートをマイナループにおけ
る書き替えバブルの消去とメジャラインがらマイナルー
プへの書き込みバブルの引伸し転送とから成るスワップ
動作機構と、マイナループからメジャラインへの読み出
しバブルの引伸しとこの引伸ばされたバブルの分割とか
らなるレプリケート動作機構との両者の機能を有するゲ
ート手段で構成して成る磁気バブルメモリ素子により、
好ましくは、（２）上記デュアルゲートが、ｍ性膜中に
設けられたマイナループとメジャラインとの間にまたが
って磁性膜上に設けられた第１のヘアピン型コンダクタ
パタンと、絶縁層を介してそれにギャップ同士が交差し
て設けられた第２のヘアピン型コンダクタパタンとから
成り、しかも前記第１のヘアピン型コンダクタパタンの
ギャップがメジャライン転送路の凸部とマイナループコ
ーナ転送路の端部に設けられた凹部に重なり配置される
と共に前記第２のヘアピン型コンダクタパタンのギャッ
プの一部がマイナループコーナ転送路端部の四部に隣接
する凸部アナイアレート位置に重なるよう配置されて成
る磁気バブルメモリ素子により、さらに好ましくは、（
３）上記第１．第２のヘアピン型コンダクタパタンの少
なくとも一方の端部におけるメジャラインとの交差位置
が、このヘアピン型コンダクタパタンのギャップを形成
する内壁部のみとした磁気バブルメモリ素子によす達成
される。また、上記目的は磁気バブルを情報の記憶単位
とするメモリ装置であって、磁気バブルの書き込み動作
においてはバブル消去及びバブル引伸しの電流パルスを
、磁気バブルの読み出し動作においてはバブル引伸し及
びバブル分割の電流パルスをそれぞれ印加する動作パル
スシーケンスを用いて成る上記磁気バブルメモリ素子で
構成したメモリ装置により、達成される。

〔作　　用〕

本発明のデュアルゲートでは、スワップ動作を行なう際
に、まず従来のデュアルゲートと同様に、マイナループ
コーナ上の書き替え対象バブルをアナイアレートパルス
で消去する。この後、メジャライン凸部に転送してきた
書き込み用バブルをストレッチパルスでマイナループコ
ーナ凹部まで引き伸ばす。この状態でストレッチパルス
を切ると、イオン打込み転送路のバブル吸引力がより強
いマイナループコーナの凹部にバブルは引きこまれる。

従って、メジャライン上には残留バブルが生じない。こ
のため、書き込み動作の後すぐに読みだし動作を行なう
ことができ、バブルメモリ素子の高速動作に極めて大き
な効果がある。また、これまでバブルを分割するために
必要であったカットパルスがスワップ動作時に不要とな
り、パルスドライバの数を減らすことができる。これに
よりメモリ装置の即動回路が簡単になる効果もある。

〔実施例〕

実施例　１゜ 以下１本発明の第１の実施例を第１，２図を用いて説明
する。第１図（ａ）はデュアルゲート近傍の平面図、そ
して第１図（ｂ）、（ｃ）は各ゲート電極に電流パルス
を印加する動作パルスシーケンスをそれぞれ示す。

第１図（ａ）に示す実施例のデュアルゲートを構成する
メジャライン３のバタン形状は第３図に示した従来例と
同じである。マイナループコーナ４は従来例とは異なり
凹部１５が設けられている。

第１のヘアピンコンダクタバタン５および第２のヘアピ
ンコンダクタパタン６はポリイミド等の絶縁層を介して
形成されている。このデュアルゲートのブロックレプリ
ケート動作については従来例と同様である。第１図（ｂ
）のスワップ動作用パルス条件を用いたスワップ動作の
機構が従来例と全く異なる点である。

第２図（ａ）−（ｄ）を用いて本実施例のスワップ動作
を説明する。まず第２図（ａ）に示すようにマイナルー
プコーナ上のアナイアシー１〜位置８に存在する書き替
え対象バブルをヘアピンコンダクタパタン６に第１図（
ｂ）に示すアナイアレートパルス１２を印加して消去す
る。この時メジャライン上の凹部に書き込み用バブル１
４が存在する。

次に第２図（ｂ）に示すようにバブル１４がメジャライ
ン転送路上のイオン打込み凸部１６におけるヘアピンコ
ンダクタパタン５のギャップ内に転送してきた時、この
コンダクタバタン５に第１図（ｂ）に示すストレッチパ
ルス１３を印加して第２図（Ｃ）に示すようにマイナル
ープコーナの凹部１５まで引伸す。イオン打込み凹部１
５は２つのイオン打込み境界１ａ−１ｂで形成されてい
るため、メジャライン転送路上のイオン打込み凸部１６
より強いバブル吸引力がある。このため、ストレッチパ
ルス１３がなくなると、バブル１４はマイナループコー
ナの凹部１５のバブル吸引力により第２図（ｄ）に示す
ように凹部１５に引きこまれ書き込みが完了する。

この結果、メジャライン転送路上にはバブルが残らない
ので、従来の方式によりすぐに読み出し用のブロックレ
プリケート動作を行なっても、正常にデータを読み出す
ことができる。これによってイオン打込み素子の高速動
作が実現できる。また、従来例のスワップ動作に必要な
パルスの数は第３図（ｂ）に示したように４つであった
が、本発明では半分のアナイアレート１２とストレッチ
１３の２つで済む。

実施例　２゜ 以下、本発明の第２の実施例を第４図を用いて説明する
。

本実施例では、第１図に示す実施例１の場合と動作パル
スの印加位相および動作機構は同じである。異なるのは
第２のヘアピンコンダクタパタン６の形状である。第１
図に示す実施例１の場合は第２のヘアピンコンダクタパ
タン６のギャップ先端位置は第１のヘアピンコンダクタ
パタン５との交差位置であったのに対して、本実施例で
はマイナループコーナ４の凹部１５に隣接した凸部領域
のバブルを消去するアナイアレート位置８である。

ヘアピンコンダクタパタン６のギャップ先端位置（この
例ではアナイアレート位置８に相当）ではパルス電流に
より発生する磁界が最も強く、バブルの消去に要するパ
ルス電流が約３０％低減できる。

この構造によりスワップ動作のバブル消去動作がより低
電流で実現した。

実施例　３゜ 以下、本発明の第３の実施例を第５図を用いて説明する
。

本実施例では、第１図に示す実施例１の場合と動作パル
スの印加位相および動作機構は同じである。異なるのは
第１のヘアピンコンダクタパタン５のバタン端部とメジ
ャライン転送路３との交差位置が第１図ではコンダクタ
パタン５の外周部及びギャップを形成する内壁部の４点
であったのに対し、本実施例では第１のヘアピンコンダ
クタバタン５のギャップ位置１７を形成する内壁の２点
だけとしたことである。コンダクタバタン端部において
は、コンダクタの内部応力と熱応力によるストレスが発
生し、イオン打込みによる歪で形成したイオン打込み転
送路のバブル転送特性がこのストレスに大きく影響され
ることが知られている。

本実施例では、この問題となるストレスの影響を減少さ
せ、メジャラインにおけるバブルの転送特性を改善した
ものである。これにより−４０℃〜＋９０℃の温度範囲
でメジャラインにおけるバブルの転送特性が向上した。

〔発明の効果〕

本発明によれば、デュアルゲートのスワップ動作の後す
ぐにレプリケート動作が可能なので、イオン打込み素子
のより高速な動作を実現するとともに、素子の利用分野
を大きく拡大することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は本発明の第１の実施例
を示すデュアルゲートの平面図および駆動パルス条件、
第２図はデュアルゲートのスワップ動作を説明する平面
図、第３図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は従来のデュアルゲ
ートの平面図および駆動パルス条件、第４図は本発明の
第２の実施例を示すデュアルゲートの平面図、第５図は
本発明の第３の実施例を示すデュアルゲートの平面図で
ある。 １・・・選択的イオン打ち込み領域 ２・・・非打ち込み領域 ３・・・メジャライン ４・・・マイナループコーナ ５・・・第１のヘアピンコンダクタバタン６・・・第２
のヘアピンコンダクタバタン７・・・ヘアピンコンダク
タバタン交差位置８・・・アナイアレート位置 ９・・・第１のストレッチパルス １０・・・第２のストレッチパルス １１・・・カットパルス １２・・・アナイアレートパルス １３・・・ストレッチパルス １４・・・バブル １５・・・マイナループコーナのイオン打込み凹部１６
・・・メジャラインのイオン打込み凸部１７・・・第１
のヘアピンコンダクタパタンのギャップ位置

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、磁気バブルを保持する磁性膜の表面に選択的にイオ
   ンを打ち込んで形成した少なくともマイナループとメジ
   ャラインとを有するイオン打ち込み転送路と、これら両
   転送路間にまたがり設けられた磁気バブルの読み出し及
   び書き込み用のレプリケート及びスワップ動作機能を有
   するデュアルゲートとを具備して成る磁気バブルメモリ
   素子において、上記デュアルゲートをマイナループにお
   ける書き替えバブルの消去とメジャラインからマイナル
   ープへの書き込みバブルの引伸し転送とから成るスワッ
   プ動作機構と、マイナループからメジャラインへの読み
   出しバブルの引伸しとこの引伸ばされたバブルの分割と
   からなるレプリケート動作機構との両者の機能を有する
   ゲート手段で構成して成る磁気バブルメモリ素子。 ２、上記デュアルゲートが、磁性膜中に設けられたマイ
   ナループとメジャラインとの間にまたがって磁性膜上に
   設けられた第１のヘアピン型コンダクタパタンと、絶縁
   層を介してそれにギャップ同士が交差して設けられた第
   ２のヘアピン型コンダクタパタンとから成り、しかも前
   記第１のヘアピン型コンダクタパタンのギャップがメジ
   ャライン転送路の凸部とマイナループコーナ転送路の端
   部に設けられた凹部に重なり配置されると共に前記第２
   のヘアピン型コンダクタパタンのギャップの一部がマイ
   ナループコーナ転送路端部の凹部に隣接する凸部アナイ
   アレート位置に重なるよう配置されて成る請求項１記載
   の磁気バブルメモリ素子。 ３、上記第１、第２のヘアピン型コンダクタパタンの少
   なくとも一方の端部におけるメジャラインとの交差位置
   が、このヘアピン型コンダクタパタンのギャップを形成
   する内壁部のみとした請求項２記載の磁気バブルメモリ
   素子。 ４、磁気バブルを情報の記憶単位とするメモリ装置であ
   って、磁気バブルの書き込み動作においてはバブル消去
   及びバブル引伸しの電流パルスを、磁気バブルの読み出
   し動作においてはバブル引伸し及びバブル分割の電流パ
   ルスをそれぞれ印加する動作パルスシーケンスを用いて
   成る請求項１、２もしくは３記載の磁気バブルメモリ素
   子で構成したメモリ装置。