JPH04274080A - 固体磁性メモリ装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は磁気記憶装置に係り、特
に小型の大容量記憶装置に好適な固体磁性メモリ装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】近年の情報化社会において、各個人が扱
う情報量は、膨大な量に成ってきている。これを処理す
る小型の情報関連機器用の記憶装置として高密度固体記
憶素子の需要が高まってきている。固体磁性メモリとし
ては、磁気バブルメモリ及びブロッホラインメモリが良
く知られている。ブロッホラインメモリは特開昭５９−
１０１０９２号公報等に述べられているように、ミクロ
な磁化構造（ブロッホライン対）に情報を記憶するため
、磁気バブルメモリに比べ記憶密度を約２桁向上できる
特徴を有する。記憶密度が向上すると、限られた大きさ
の中に多くの情報を記憶することが出来るため、経済性
、操作性に優れた記憶装置を実現できる。しかしながら
、従来、最も高密度化が可能であったブロッホラインメ
モリ装置でも記憶密度を１ギガビット／ｃｍ２以上に高
めることは困難である事が明らかになってきた。原因は
、従来のブロッホラインメモリ装置の構造に問題が有る
。この問題を図２を用いて述べる。

【０００３】図２（ａ）は従来のブロッホラインメモリ
装置の記憶部の平面図である。記憶部はビットパタ−ン
４と呼ばれる情報の格納位置規定用パタ−ン群から構成
される。このビットパタ−ン４に対しほぼ直行する方向
に磁壁（磁区と磁区の境界に存在する、磁化の遷移領域
）を配置し、磁壁に生じさせたブロッホライン対２（模
式的に、従来の公知例と同様矢印にて示す）と呼ばれる
ミクロな磁化構造の有無に情報の１、０を対応させて記
憶を行う。ビットパタ−ン４は磁性体等から成り、パタ
−ンからの漏洩磁界等とブロッホライン対との相互作用
によって、ブロッホライン対の安定位置を規定する機能
を有する。この様子を同図（ｂ）に模式的に示す。 図は漏洩磁界等とブロッホライン対との相互作用によっ
て生じるポテンシャルウエルをしめしている。ブロッホ
ライン対にとって、このポテンシャルウエルは周期的な
安定位置を与えるものと成る。

【０００４】ブロッホラインメモリでは、情報の入出力
時に、ブロッホライン対を所定の位置まで移動させ、そ
の存在を読みだし可能なバブル磁区の存在に変換したり
、逆に、バブル磁区の存在をブロッホライン対の存在に
変換する。メモリ動作を実現するためには、このブロッ
ホライン対の移動（転送とも呼ばれる）が重要となる。

【０００５】ブロッホライン対の移動は外部からパルス
状の磁界を印加することによって生じる力（磁壁接線方
向に作用する）によって実現する。この力と、ブロッホ
ライン対の位置を規定する力を調整することによって、
外部からパルス状の磁界を印加した場合のみ、隣接する
ビットパタ−ンの位置規定領域にシフトすることが出来
る。これにより、メモリ動作に必要な転送機能が実現す
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従来のブロッホライン
メモリでは情報を記憶するため、図２に示した形状を有
するビットパタ−ン４が必要であった。ビットパタ−ン
４の形状は単純な矩形パタ−ンの連続であるため、光学
的手段等を用いたいわゆるリソグラフィ技術によって容
易に形成可能であると考えられていた。ところが、メモ
リの記憶密度の向上に伴って、ビットパタ−ン寸法が１
ミクロン以下の領域になると、光の解像限界から、形成
が困難に成ってきた。この問題を解決するためには、高
解像力を有するＸ線リソグラフィ法や電子線描画法によ
らねばならない。一般にＸ線リソグラフィ法や電子線描
画法には高価な装置を導入しなければ成らず、素子の生
産コストを低く抑える上で導入は困難である。このため
、従来法では１ミクロン以上のビットパタ−ンを用いる
記憶密度１０Ｍｂ／ｃｍ２の固体磁性メモリしか得られ
なかった。

【０００７】本発明の目的は、ギガビット／ｃｍ２級の
記憶密度を実現する新規記憶方式を開示することで、超
高密度固体磁性記憶装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
、本発明では、強磁性体に生じる磁区周囲の磁壁中に形
成されるブロッホラインを情報担体とし、情報の記憶部
が磁性体膜によって覆われ、少なくとも磁性体膜固有の
性質による自然発生的磁区構造により情報格納位置を規
定した。

【０００９】また、情報記憶部に構造的なパタ−ン群を
持たず、連続的な単一膜下に情報群を格納した。

【００１０】また、記憶部の磁性体膜をＦｅ、Ｃｏ及び
Ｎｉの３ｄ遷移金属のいずれか、ないしは重希土類金属
のいずれかを少なくとも含ませた。

【００１１】また、記憶部の磁性体膜に少なくとも異な
る１軸以上の磁気異方性を持たせた。

【００１２】また、記憶部の磁性体膜に少なくとも局所
的な異方性の分散を持たせた。

【００１３】また、記憶部の磁性体膜固有の性質による
自然発生的磁区構造から生じる漏洩磁界とブロッホライ
ンとの相互作用により、情報記憶位置を規定した。

【００１４】また、記憶部の磁性体膜の膜面に対し平行
ないしは垂直方向に、強磁界を印加した後、磁界を取り
除く事により生じる自然発生的磁区構造を用いて情報記
憶位置を規定した。

【００１５】また、記憶部の磁性体膜に印加する強磁界
を、少なくとも該磁性体膜固有の飽和磁界以上とした。

【００１６】

【作用】強磁性体に生じる磁区周囲の磁壁中に形成され
るブロッホラインの大きさはそれが存在する磁壁幅の約
２倍であり、磁区に比べ約１／１０の大きさとなる。こ
れを情報担体とすると、理想的には１０Ｇｂ／ｃｍ２以
上の記憶が出来る。記憶部の一部に情報の書き込み及び
読み出し機能を設けることによって、必要により記憶情
報の入出力が出来る。また、記憶部に転送機能を設ける
事によって、必要な情報のみを選択的に入出力できる。 この情報の記憶部に磁性体膜を覆い、少なくとも磁性体
膜固有の性質による自然発生的磁区構造により情報格納
位置を規定することによって、従来の矩形状ビットパタ
−ンと同様の作用によりブロッホライン対の安定位置を
規定できる。これにより、記憶部に幾何学的形状を有す
ビットパタ−ンが不要となる。

【００１７】情報記憶部に構造的なパタ−ン群を持たず
、連続的な単一膜下に情報群を格納することにより高価
なメモリ装置製造設備が不要となる。

【００１８】記憶部の磁性体膜にＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの
３ｄ遷移金属のいずれか、ないしは重希土類金属のいず
れかを少なくとも含むことにより、強い漏洩磁界が得ら
れる。これにより、ブロッホライン対の位置を規定する
に必要な相互作用が得られ、従来の矩形状ビットパタ−
ンと同様の作用によりブロッホライン対の安定位置を規
定できる。

【００１９】記憶部の磁性体膜に少なくとも異なる１軸
以上の磁気異方性を持たせることによって、膜に生じる
静磁エネルギ−および、交換エネルギ−との相互作用に
よって、膜中の磁化を異なる方向に周期的に向けること
が出来る。これにより、膜中に自然発生的な磁区構造を
形成できる。この磁区構造から発生する漏洩磁界とブロ
ッホライン対との相互作用を利用することによって、従
来の矩形状ビットパタ−ンと同様の作用によりブロッホ
ライン対の安定位置を規定できる。膜形成条件を調整す
ることによって得られた、１軸方向の磁気異方性を有す
るパ−マロイ膜に生じる縞状磁区構造は、幅が１μｍ以
下となり、これを用いて記憶部を構成することによって
、高記憶密度のメモリ装置が実現する。この縞状磁区構
造のメカニズムについては、例えば“強磁性体の物理”
裳華房　近角著等に記載される。記憶部の磁性体膜に少
なくとも局所的な異方性の分散を持たせることによって
も膜中の磁化を異なる方向に周期的に向けることが出来
る。この現象は、磁化リップルと呼ばれ、薄膜の磁性膜
の研究の中で良く知られる。この磁化リップルによる広
義の磁区構造からの漏洩磁界とブロッホライン対との相
互作用を利用することによって、従来の矩形状ビットパ
タ−ンと同様の作用によりブロッホライン対の安定位置
を規定できる。

【００２０】記憶部の磁性体膜の膜面に対し平行ないし
は垂直方向に、強磁界を印加した後、磁界を取り除く事
により生じる磁区構造を自然的に発生出来る。これを用
いて情報記憶位置を規定する事により、従来の矩形状ビ
ットパタ−ンと同様の作用によりブロッホライン対の安
定位置を規定できる。

【００２１】記憶部の磁性体膜に印加する強磁界を、少
なくとも該磁性体膜固有の飽和磁界以上にすることによ
り磁区構造を自然的に発生出来る。この磁区構造を用い
ることで、従来の矩形状ビットパタ−ンと同様の作用に
よりブロッホライン対の安定位置を規定できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の１実施例を図１により説明す
る。同図（ａ）は本発明によるブロッホラインメモリ装
置の記憶部の平面図であり、同図（ｂ）はそのポテンシ
ャル形状を表している。記憶部には磁性体膜５が全面に
設けられている。この磁性体膜には下記の方式により形
成した縞状磁区１０が存在する。この縞状磁区１０に対
しほぼ直行する方向に磁壁３（磁区と磁区の境界に存在
する、磁化の遷移領域）を配置し、磁壁３に生じさせた
ブロッホライン対２（模式的に、従来の公知例と同様矢
印にて示す）の存在（ないしは単にブロッホラインの存
在）に情報の１、０を対応させて記憶を行った。

【００２３】磁性ガ−ネット膜には、膜面に対して垂直
方向にバイアス磁界Ｈｂを印加し、磁壁３を保持した。 ブロッホライン対２は駆動磁界Ｈｂｐを印加することで
転送を行った。駆動磁界Ｈｂｐの波形は従来技術と同様
の台形でも問題はなかった。しかしながら、本発明にお
いては、矩形状の波形を有する磁界を、一転送周期当た
りに、複数個与える方式において良好な動作マ−ジンが
得られた。この理由としては、複数個の駆動磁界を用い
ることにより、駆動磁界強度を下げることが出来、これ
により、縞状磁区との相互作用が少なくすることが出来
た効果と考えられる。

【００２４】磁性体膜としては、ＮｉとＦｅからなるパ
−マロイ膜を用いた。磁性体膜５に生じる縞状磁区１０
からの漏洩磁界とブロッホライン対との相互作用によっ
て、ブロッホライン対の安定位置を規定した。この様子
は同図の左側に模式的に示す。図は漏洩磁界とブロッホ
ライン対との相互作用によって生じるポテンシャルウエ
ルを示している。ブロッホライン対にとって、このポテ
ンシャルウエルは周期的な安定位置を与え、従来技術と
同様のビット位置規定（ブロッホライン対の安定位置規
定）が実現した。

【００２５】本実施例では、パ−マロイ膜に１軸方向に
磁気異方性を持たせた。具体的には、蒸着時の温度を−
１５０℃から１００℃の程度の低温とし、蒸着中の真空
度は１０のマイナス４乗Ｔｏｒｒ程度にした。この範囲
の条件を選ぶことによって、磁性体膜中に柱状組織（膜
面に対して垂直に形成される）が生じ、この組織により
垂直磁気異方性を生じさせた。この異方性エネルギ−と
表面磁極による静磁エネルギ−の総和を極小にするよう
に縞状磁区が生じた。

【００２６】以上の構成を図３を用いて補足説明する。 ブロッホライン対は磁性ガ−ネット膜６中の磁区７の周
囲に存在する磁壁３に生成する（図中にはブロッホライ
ン対を記載していない）。磁性ガ−ネット膜６としては
磁区幅０．５μｍの（ＳｍＬｕＧｄ）３（ＦｅＡｌ）５
Ｏ１２ガ−ネットを用いた。磁性ガ−ネット膜６は基板
８上に液層エピタキシャル法により成長させた。磁性ガ
−ネット膜６上には蒸着法にて、上記のパ−マロイ膜（
磁性体膜５）を形成した。

【００２７】この後、磁性体膜５の膜面に平行な方向に
約１０キロエルステットの磁界（パ−マロイ膜の飽和磁
界より大きい磁界）を印加した後、磁界を取り除いた。 この操作により、図に示す縞状磁区１０を形成した。こ
の縞状磁区１０と磁壁を直行させるため、配置する磁壁
の長手方向に磁界を加えた（言い替えると、保持する磁
区の長手方向）。

【００２８】本実施例の場合、磁性体膜５を直接磁性ガ
−ネット膜６上に形成した。この場合、磁性体膜５から
ブロッホライン対に作用する漏洩磁界強度が増すため位
置規定力を強める効果が有った。スペ−シングを設けた
場合、磁性体に生じる歪が磁性ガ−ネット膜に与える悪
影響を防ぐことが出来た。また、磁性ガ−ネット膜中の
磁化と磁性体中の磁化との相互作用（インタ−ラクショ
ン）を断ち切る効果があった。この場合においても実施
例１と同様の効果により本発明は何らの問題もなく実施
可能で有った。

【００２９】本実施例では図４（ａ）に示す磁化構造を
有するパ−マロイ膜を磁性体膜５として用いた。図から
明らかなように、磁化が、膜面に対して傾いているため
、膜表面に磁荷１２が生じ、これにより漏洩磁界１１が
生じる。漏洩磁界１１は周期的に向きが異なり、ブロッ
ホライン対に作用する相互作用に極性反転が生じること
が容易に理解される。この効果により、従来のビットパ
タ−ンと同様なポテンシャルウエルが形成されるため、
従来技術と同様な、ビット位置規定が実現した。

【００３０】また、本実施例と同様なパ−マロイ膜を用
いた場合でも、図４（ｂ）に示す異なる磁化構造が生じ
る場合が有った。この原因は、磁性体膜の厚さが関係し
ていると考えられているが、詳細は明かでない。しかし
ながら、この場合においても、図に示すような周期的な
縞状磁区１０が生じ、これにより、所望の漏洩磁界１１
が得られた。この場合においても、従来技術と同様な、
ビット位置規定が実現することを確認している。

【００３１】以上、磁性体膜としてパ−マロイ膜を用い
る第１の実施例について述べてきたが、他にＣｏ系やＮ
ｉ系等の磁性膜においても、膜中に磁気異方性を生じさ
せることにより、所望の縞状磁区を形成することができ
、これを用いることにより、本発明を問題なく実施する
ことが可能であった。特に、Ｃｏ−Ｐｔからなる面内磁
化膜を用いた場合、膜固有の保磁力がパ−マロイ膜に比
べ高い特徴が有り、メモリを駆動する磁界に対する安定
性に優れる特性が有った。

【００３２】また、記憶部の磁性体膜に少なくとも局所
的な異方性の分散を持たせることにより得られる、広義
の磁区構造においても所望の周期的な漏洩磁界が得られ
た。この場合、磁性体膜としては、ＭｎＢｉのような強
磁性体元素を含まない磁性膜をも用いることが出来た。 これは、磁性膜の固有の異方性は少なからず分散を有す
ることに原因している。この性質は、従来の一般的な磁
気記憶技術の分野では良く知られているが、従来は膜の
磁気的な動特性を阻害する要因と考えられており、積極
的に利用されたことはない。しかしながら、磁気リップ
ルの周期はナノメ−タの領域に有り、これをビット位置
規定に用いることに超高密度のメモリ装置が実現する。

【００３３】以上、本発明を用いた種々の実施例につい
て述べてきた。本発明で重要となるのは、ブロッホライ
ン対のビット位置規定を自然発生的に生じる、微細な磁
区構造により実現することにある。これを満足させる磁
性体膜としては、上記の磁性膜のほかに、Ｆｅ，Ｃｏ，
Ｎｉの３ｄ遷移金属のいずれか、ないしは重希土類金属
のいずれかを少なくとも含む合金、金属間化合物、酸化
物、アモルファス金属等があり、これらを用いても本発
明を実施する上で問題はなかった。

【００３４】また、本発明では、磁性ガ−ネット膜とし
て（ＳｍＬｕＧｄ）３（ＦｅＡｌ）５Ｏ１２を用いたが
、他の磁性ガ−ネット膜を用いても本発明を実施する上
で問題はなかった。また、磁性ガ−ネット膜以外の希土
類オルソフェライトやヘキサゴナルフェライト及びアモ
ルファス金属等の膜に生じるブロッホラインを用いても
本発明を実施することが出来る。この場合、ブロッホラ
インの大きさと磁性体膜に生じる自然発生的磁区構造の
幅との調整が重要となるが、磁化状態の測定から得られ
る磁気特性から、調整に必要なデ−タを容易に算出でき
る。 このため、この場合においても、本発明を実施する上で
、問題はない。

【００３５】

【発明の効果】固体メモリ素子表面に設けた、磁性体膜
中に自然発生的に生じる、微細な磁区構造により情報担
体を保持（記憶）するため、数十ギガビット／ｃｍ２級
の記憶密度を実現できる。従来の固体記憶装置では情報
担体を保持するため、幾何学的形状を有するビットパタ
−ンを設ける必要が有った。本発明によれば、微細なパ
タ−ン形成が不要となるため、パタ−ン形成がメモリ装
置の記憶密度を制限することにはならない。また、メモ
リ装置を極めて安価に作製できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す固体磁性メモリの
記憶部の平面図。

【図２】従来の固体磁性メモリの記憶部の平面図。

【図３】本発明を補足説明する固体磁性メモリの記憶部
の斜図。

【図４】異なる磁化状態を持つ縞状磁区の模式図。

【符号の説明】

２…ブロッホライン対、１…磁化方向、３…磁壁、４…
ビットパタ−ン、 ５…磁性体膜、６…磁性ガ−ネット膜、７…磁区、８…
基板、１０…縞状磁区 １１…漏洩磁界、１２…磁荷。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】強磁性体に生じる磁区周囲の磁壁中に形成
   されるブロッホラインを情報担体ととする情報の記憶部
   と、この記憶部に情報を書き込むための書込み部と、上
   記記憶部から情報を読み出すための読出し部と、この読
   出し部から外部に情報を転送するための転送部とを有し
   、上記記憶部が磁性体膜によって覆われ、この磁性体膜
   により上記強磁性体中に自然発生的に形成される磁区構
   造により上記磁壁中におけるブロッホラインの情報格納
   位置が規定される固体磁性メモリ装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記記憶部に配設された前記磁性体膜は連続的な
   単一膜である固体磁性メモリ装置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜がＦｅ、Ｃｏ及びＮｉの３ｄ遷移金
   属のいずれか、ないしは重希土類金属のいずれかを少な
   くとも含む固体磁性メモリ装置。
4. 【請求項４】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜は少なくとも異なる１軸以上の磁気
   異方性を持つ固体磁性メモリ装置。
5. 【請求項５】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜は少なくとも局所的な異方性の分散
   を持つ固体磁性メモリ装置。
6. 【請求項６】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜による自然発生的に形成される前記
   磁区構造から生じる漏洩磁界とブロッホラインとの相互
   作用により、前記情報格納位置を規定するようにした固
   体磁性メモリ装置。
7. 【請求項７】請求項１に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜の膜面に対し実質的に平行ないしは
   垂直方向に磁界を印加した後、この磁界を取り除く事に
   より形成される自然発生的な前記磁区構造を用いて前記
   情報格納位置を規定するようにした固体磁性メモリ装置
   。
8. 【請求項８】請求項７に記載の固体磁性メモリ装置にお
   いて、前記磁性体膜に印加する磁界が、前記磁性体膜の
   飽和磁界以上である固体磁性メモリ装置。