JPH0456394B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は膜面に垂直な方向を磁化容易方向とす
る強磁性体膜に形成されるストライプドメインの
境界を形成するブロツホ磁壁の中に静的に安定に
存在する垂直ブロツホラインを記憶単位として用
いた新規な磁気記憶素子であつて、ブロツホ磁壁
の中に制御性よく垂直ブロツホラインを書き込む
手段を有する磁気記憶素子に関するものである。

磁気バブル素子の開発は高密度化を目指して名
所でパーマロイデバイス、イオン注入コンテイギ
ユアスデイスクデバイス、電流駆動デバイスおよ
びこれらを組合せたいわゆる混成型デバイスにつ
いて盛んに行われている。これらのデバイスの高
密度化の限界は、バルブ転送路を形成するための
フオトリングラフイー技術にあるといわれてき
た。しかし、近年、その技術が長足に進歩してき
た。その結果、高密度化のための材料すなわち、
バブル径をどこまで小さくできるかが問題視され
るようになつてきた。現在使用されているガーネ
ツト材料では、到達可能な最小バブル径は0.3μｍ
といわれている。したがつて、0.3μｍ以下のバブ
ルを保持するバブル材料はガーネツト材料以外に
求めなければならない。これは容易ではなく、こ
こがバブル高密度化の限界であるとさえ考えられ
ている。

一方、このようなバブル保持層の特性に基く高
密度化限界を大幅に改善し、かつ、情報読出し時
間は従来の素子と同程度に保つことができる、新
たな記憶素子が提案されている。この磁気記憶素
子は情報読出し手段と情報書込み手段と情報蓄積
手段を備えて、膜面に垂直な方向を磁化容易方向
とする強磁性体膜（フエリ磁性体膜を含む）に存
在するストライプドメインの周辺のブロツホ磁壁
の中に作つた相隣合う垂直ブロツホライン対を記
憶情報単位として用い、該垂直ブロツホラインを
ブロツホ磁壁内で転送する手段を有することを特
徴とする。この素子構成をメジヤーマイナー構成
とする場合、メジヤーラインでは従来通りバブル
ドメインを情報単位とし、マイナーループをスト
ライプドメインで構成し、その周辺のブロツホ磁
壁内に存在する垂直ブロツホライン（以下VBL
という。）を情報単位とする。

全体の情報の流れを示すと、まず、発生器で書
込まれた情報（バブルの有無）は書込みメジヤー
ラインを上から下へ移動する。この情報をマイナ
ーループへ記憶させるために、バブルの有無で示
されたメジヤーライン上の情報をマイナーループ
へVBLの形でトランスフアーできるように、マ
イナーループをVBLを保持できるブロツホ磁壁
で構成することが本発明の特徴であり、記憶容量
の飛躍的向上の重要なカギになつている。書込み
ライントランスフアーゲートにより、マイナール
ープにトランスフアーされた情報（VBL）はマ
イナーループを構成するストライプドメイン磁壁
上を移動させることができる。マイナーループか
ら読出しメジヤーラインへ情報トランスフアーは
VBLからバルブへの変換を伴う。なお、この読
出しトランスフアーゲートはブロツクレプリケー
タ機能も合せ持つている。

このようにマイナーループをバブル材料に存在
するストライプドメインで構成し、マイナールー
プ上での情報単位としてバブルドメインの代りに
VBLを用いることにより、従来のバブルドメイ
ンを用た素子に比較して約２桁の記憶密度向上を
達成できる。

この素子の構成例をさらに詳しく説明する。

メジヤーラインは書込み、読出しともに電流駆
動方式を採用している。４本の平行コンダクター
からなる書込みトランスフアーゲートはメジヤー
ライン上のバブルとマイナーループを構成する。
ストライプドメインヘツドとの相互作用を用いて
いる。メジヤーライン上にバルブドメインがある
と、それにつながるマイナーループを構成してい
るストライプドメインのヘツドはバブルとストラ
イプドメインとの反発相互作用のため、バブルか
ら遠ざかることを利用している。書込みメジヤー
ラインにバブルがないとき、マイナーループのス
トライプドメイン磁壁にVBLを書込み。VBLを
ストライプドメインヘツドに作る手段として、ス
トライプドメインヘツドをそれに接するコンダク
ターパターンにパルス電流を与えることにより、
ダイナミツクに移動させ、ヘツド部磁壁をダイナ
ミツクコンパージヨンさせることを利用してい
る。この方法で、VBLが２つできるが、これら
は互いに性質が異なり、再結合しやすい。そこ
で、情報を安定化できるようにストライプドメイ
ンの長手方向に面内磁界を加え、ストライプドメ
イン側の２本のコンダクターによつてストライプ
ドメインヘツドを切離すことにより、ストライプ
ドメイン中に２つの同じ性質のVBLを作る。同
じ性質のVBLは互いに近づいても安定に存在す
る。メジヤーラインにバブルが存在しているとこ
ろに対応するマイナーループのストライプドメイ
ンヘツドはバブルとの反発作用のため、上記コン
ダクターパターンから離れているため、VBLは
形成されない。結果的にメジヤーラインの情報
“１”をマイナーループ内にVBL対がない状態と
してトランスフアーしたことになる。マイナール
ープ内では性質が同じVBLの対を１ビツトとし
て情報が記憶される。レプリケーター作用の安定
性を考えてVBL対を使つている。マイナール
ープ内のビツト周期つまり、VBL間隔を一定に
保つように、１ビツトずつ逐次転送できるように
転送パターンをつける。一例として、上記マイナ
ーループを構成するストライプドメイン上にスト
ライプドメインの長手方向に直角方向にVBL間
の安定間隔S_Oの２倍の周期で、幅S_Oのパーマロイ
薄膜で作つた平行細線パターンを形成し、平行細
線の両側に誘起される磁性とVBLとの相互作用
を利用している。VBLのマイナーループに沿つ
ての転送は一つの方法として、ストライプドメイ
ンにパルスバイアス磁界を加えてダイナミツクに
行なつた。３本の平行コンダクターからなる読出
しトランスフアーゲートはマイナーループを形成
しているストライプドメイン磁壁にVBLとして
記憶されている情報をバブルに変換してメジヤー
ラインにトランスフアーアウトし、かつ、マイナ
ーループ上の情報が破壊されないようにするレプ
リケーターの働きも兼備えている。動作原理を説
明する。VBL対で形成される１ビツトの片割れ
を例えば、面内磁界を加えてストライプドメイン
ヘツドに固定する。その後コンダクターパターン
を用いて、このストライプドメインヘツドを切り
とり、バブルにする。そうすると、バブルを切り
とつた後のストライプドメインヘツドには切りと
つたVBLと同じVBLが再成される。このような
VBLのレプリケート作用はマイナス符号のVBL
に対してのみ生じる。マイナーループのストライ
プドメインヘツドから切りとられたバブルはメジ
ヤーライン上を検出器に向けて転送される。ここ
ではストライプドメインヘツドにVBLがある場
合とない場合とでストライプドメインヘツドを切
りとる。パルス電流値が異なることを利用してい
る。ストライプドメインヘツドにVBLがない場
合は切れにくい。したがつて、ストライプドメイ
ンヘツドにVBLがある場合はメジヤーラインに
バブルを送り込めるが、VBLがない場合はバブ
ルはない。つまり、マイナーループ上のVBLの
有無（１，０）は読出しメジヤーライン上ではバ
ブルの有無に変換されている。

VBL対の消去法について述べる。消去したい
VBL対を書込みメジヤーライン側のマイナール
ープのストライプドメインヘツドの最近接位置に
おく。次に面内磁界Hipを加えて、消去したい
VBL対と、そのとなりのVBL対の片割れをスト
ライプドメインヘツドにもつてきて、情報書込み
の際、プラスのVBLを切りとるために用いた平
行コンダクターを使つてストライプドメインヘツ
ドを切りとる。バルブドメインを切りとつたあと
のストライプドメインヘツドには、消去したい
VBL対と共にもつてきたVBLがレプリケートさ
れる。結局、消去したいVBL対のみが消去され
ることになる。なお、マイナーループ全体をクリ
アする場合は予め、バイアス磁界を上げて全部の
ストライプドメインを一旦消去したあと、Ｓ＝１
バブルからマイナーループストライプドメインを
形成することにより、VBLが全然ない全ビツト
零の状態を作ることができる。

以上ような磁気記憶素子に於いては、情報を制
御性よく書き込むことが必須条件である。すなわ
ち、ストライプ磁区のブロツホ磁壁内に前記の
VBL対を制御性よく書き込むことがVBLを記憶
情報単位とする磁気記憶素子には必要不可欠であ
る。

本発明は、上記の如きVBL対を記憶情報単位
とする磁気記憶素子において、前述の構成例とは
異なり磁気バブルがあるときに対応してストライ
プドメインのブロツホ磁壁にVBL対を記憶情報
として制御性よく書き込む手段をもつ磁気記憶素
子を与えるものである。

すなわち、本発明は情報読出し手段と情報書込
み手段と情報蓄積手段を備え、膜面に垂直な方向
を磁化容易方向とする強磁性体膜（フエリ磁性体
膜を含む）に存在するストライプドメインの周辺
のブロツホ磁壁の中に作つた相隣合う２つの垂直
ブロツホラインからなる垂直ブロツホライン対を
記憶情報単位として用い、該垂直ブロツホライン
をブロツホ磁壁内で転送する手段を有することを
特徴とする磁気記憶素子において、単一回転磁化
の磁壁構造をもつ磁気バブル情報発生手段と、該
情報発生手段と接続し、しかも該ストライプドメ
イン近傍に設けられた磁気バブル転送路と、該転
送路から前記ストライプドメイン先端部近傍まで
磁気バブルを移送する手段と、磁気バブルを該ス
トライプドメイン先端部近傍に保持する手段と、
該ストライプドメイン先端部とその近傍の磁気バ
ブルにパルスバイアス磁界を印加せしめる手段と
を有することを特徴とする磁気記憶素子である。

次に図面を用いて本発明の実施例を説明する。
第１図は本発明の素子の実施例を示す構成図であ
る。磁気バブルを保持し得る膜面に垂直な磁化容
易方向を持つ強磁性体薄膜１を媒体とし、記憶情
報をブロツホ磁壁２２内の垂直ブロツホライン対
４５として貯えるストライプ状磁区２と、単一回
転磁化磁壁構造をもつ磁気バブル情報発生手段８
と、ストライプ状磁区の長手方向にほぼ垂直に、
該ストライプ磁区近傍に設けた前記発生手段につ
ながる磁気バブル転送路７と、該磁気バブル転送
路から前記ストライプ状磁区の先端部に前記情報
磁気バブルを移送する手段９と、前記ストライプ
状磁区先端部２４の近傍に前記磁気バブルを保持
する手段３′と、前記所定の位置にパルスバイア
ス磁場を発生する手段３を持つことを特徴とす
る。

第２図は本発明に係るVBL対をストライプド
メインのブロツホ磁壁に書き込む手段を示す図で
ある。本発明のVBL対書き込みは次の通りに行
なわれる。

第２図Ａで示すが如くVBL対を情報単位とし
て貯え得るブロツホ磁壁２２をもつストライプド
メイン２の先端部２４の磁壁内磁化方向は矢印４
０で示す向きである。このストライプドメイン先
端部２４の近傍に、磁壁５１内の磁化方向が矢印
４０と逆向きの矢印５０で示される単一回転磁化
の磁壁構造をもつ磁気バルブ５を配し、ストライ
プドメイン先端部２４と磁気バブル５を囲む様に
局所的パルスバイアス磁場印加手段３１が設けら
れている。書き込み手段でのパルスバイアス磁場
印加手段３１はヘアピン状導体パタンであり、こ
れは又、ストライプドメイン先端部２４と近傍の
磁気バブルの位置がずれない様に設定するチヤン
ネルにもなつている。

ストライプドメインのブロツホ磁壁２２に
VBL対を書き込むには次の様に行なう。パルス
バイアス磁場印加手段であるヘアピン導体３１に
第２図Ｂに示す矢印３２の方向に電流を印加す
る。ヘアピン導体に囲まれる部分６には矢印２１
で示す方向のバイアス磁場が発生し、磁気バブル
及びストライプドメインは拡がろうとする。しか
し、導体３１は又位置固定チヤンネルでもあるの
で、夫々の磁区はヘアピン外へは拡がれずストラ
イプドメインの先端部分２４及び磁気バブルはヘ
アピン部分６内で互に近づき５２で示す様に互の
磁壁５１，２２が接する。磁壁の接した接合部分
５２では夫々の磁壁に対してストライプドメイン
先端部２４の磁区内外での磁化の回転と、磁気バ
ブル５の内外での磁化回転とは互に逆方向の回転
であるため、磁化の回転が容易に解け、接合部分
５２の磁壁は第２図Ｃに示す様に消滅し、一つの
ストライプドメインに融合する。

しかし、磁壁の構造は、始めの各磁壁中心の磁
化方向４０及び５１を反映して、接合部分５２に
対応するブロツホ磁壁２２に、磁壁中心の磁化方
向が４１，４２，４０′と回転した正磁荷をもつ
VBL４２と、４１，４３，４０″と回転した負磁
荷をもつVBL４３が生じる。パルスバイアス磁
場印加用の電流３２を停止すると第２図Ｄに示す
様VBL４２，VBL４３の異なる磁荷が吸引し合
い安定なVBL４５が形成される。即ち、ストラ
イプ状磁区２のブロツホ磁壁２２に記憶情報単位
のVBL対が書き込まれる。

磁気記憶素子としては、複数のストライプドメ
インの磁壁に記憶情報に応じて制御性よくVBL
対を書き込むことが必要となる。このためには、
ストライプドメイン先端部に、単一回転磁化磁壁
構造の磁気バブルを記憶情報に応じて発生、転送
する手段が必須となる。次に実施例を用いて発生
転送手段を説明する。

第３図は本発明に係る磁気バブル発生転送手段
の第１の実施例である。本実施例では、磁気バブ
ル転送手段として面内磁場H_R７０の回転により
順次磁化する軟磁性体パタン列７３を用いてい
る。軟磁性体パタン列としては、すでに公知であ
るＴ−bar、シエブロン、非対称シエブロン、ハ
ーフデイスク、Ｙ−Ｙ型等のいづれを用いても磁
気バブル転送路７を形成することが出来る。情報
としての磁気バブルは、前記転送路中に設けたニ
ユークリエーシヨン（核化）型磁気バブル発生手
段８１によつて選択的に発生させる。本実施例で
はバブル発生手段８１はヘアピン状導体パタンで
構成する。核化発生した磁気バブル５の磁壁構造
は必ずしも単一回転磁化磁壁構造であるとは限ら
ない。本発明のVBL対注入方法を適用するには
磁気バブル５の磁壁構造を単一回転磁化構造に整
える必要がある。このために、転送路７の途中に
磁壁調整手段８０を設けておく。磁壁調整手段８
０は、次の様に構成される。局部的面内磁場発生
手段８０ａ（これは軟磁性体パタン７３からの漏
洩磁場若しくは面内回転磁場を用いる）及びパル
スバイアス磁場発生手段８０ｃ（ヘアピン導体パ
タンを用いる）並びに、イオン注入若しくは交換
相互作用で軟磁性材料表面で結合した面内磁化膜
部分８０ｂから構成されている。

磁壁構造を単一回転磁化に調整するには次の様
に行なう。まず任意の磁壁構造の磁気バブル５′
を磁壁調整手段８０に転送する。次に書き込み制
御部１２の制御により面内磁場印加の下でパルス
バイアス磁場を該磁気バブルに印加する。すると
該磁気バブルの磁壁構造はすでに公知の様に
VBLを２本もつσ₊若しくはσ_-に変換する。次に
面内磁場を０にしてパルスバイアス磁場を印加す
るとσ₊もしくはσ_-状態の磁気バブルは単一回転
磁化磁壁構造のχ₊若しくはχ_-バブルになるχ₊と
χ_-は磁壁内磁化方向が異つている。次に短かい
パルスバイアス磁場を更に印加すると、磁場の極
性によつて面内磁化膜のためにその反対側の底面
より発生した水平ブロツホラインのパンチスルー
により、χ₊又はχ_-のどちらかの磁壁内磁化は反
転し、磁壁状態は一つの状態に揃う。この最終状
態はパルスバイアス磁場の極性で制御出来ること
はすでに知られている。

本発明の磁気バブル発生転送手段８の第２の実
施例を第４図を用いて説明する。本実施例では磁
気バブル転送路７としてすでに公知である穴あき
２層導体パタン７４よりなる電流駆動方式の転送
路を用いている。この駆動方式は２層導体パタン
に駆動電流７１，７２を交幡印加し導体穴のまわ
りに発生する磁場により磁気バブルを転送する方
式で高速駆動に適したものである。本実施例では
単一回転磁化磁壁構造の磁気バブル情報を次の様
に発生する。まず前実施例と同様ヘアピン状導体
パタン等で構成された磁気バブル発生手段８１で
連続的に磁気バブルを発生する。次に、前述の様
な磁壁構造調整手段８０で単一回転磁化磁壁構造
の磁気バブルに全て変換する。最后に磁気バブル
消去手段８２の部分に磁気バブルを転送し、必要
でない情報に対応する磁気バブルを消去する。こ
の消去手段８２は通例ヘアピン状導体パタンとこ
れに電流を印加する手段によりなる。これら各手
段は全て書き込み制御部１２に接続され、制御さ
れている。

次に本発明の、磁気バブル転送路からストライ
プドメインの先端部に磁気バブルを移送する手段
９について第５図Ａ，Ｂを用いて説明する。前述
の如く単一磁化回転磁壁構造の磁気バブルが情報
に応じて転送路７を転送し、ストライプドメイン
２の先端部２４に対応する転送パタン７３′に来
たとき、その近傍に設けた例えばヘアピン導体よ
りなる磁気バブル移送手段９に第５図ＢのI_Tで示
す電流を印加する。移送手段９は、磁気バブル位
置保持手段３′と共通部分をもつているため、そ
の保持手段３′に磁気バブルは移送される。その
位置保持手段３′は、パルスバイアス磁場印加手
段３と共通であるため、次いで第５図ＢのI_Sで示
す電流を印加すると、第２図に示した原理に基
き、ストライプドメイン２のブロツホ磁壁２２に
VBL対が書き込まれる。

以上の様に本発明を用いれば、ストライプドメ
インのブロツホ磁壁にVBL対を容易に書き込む
ことが出来る。従つてVBL対を情報単位として
用いる高密度磁気記憶素子として本発明は優れた
ものである。更に本発明を用いれば、VBL対は、
１個の磁気バブルに対応しているため、磁気バブ
ル情報をそのまま対応よくVBL対情報に変換す
ることが可能となる。以上の説明に於いて磁気バ
ブルの発生手段はヘアピン導体にかぎるものでは
なく、軟磁性体パタンを用いた分割型でも良い。
また、磁気バブル転送路としては、イオン注入法
によるコンテイギユアスデイスクパタンでも良い
ことは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は垂
直ブロツホライン対の書き込み手段の実施例を示
す図、第３図は本発明に係る磁気バブル発生手段
の第１の実施例を示す図、第４図は同じく磁気バ
ブル発生手段の第２の実施例を示す図、第５図は
磁気バブル移送及び固定並びにパルスバイアス磁
場発生手段の実施例を示す図。 １は強磁性体薄膜、２はストライプドメイン、
３，３′はそれぞれパルスバイアス印加手段及び
磁気バブル固定手段、５，５′は磁気バブル、６
は導体パタン内部、７は磁気バブル転送手段、８
は単一回転磁化磁壁構造磁気バブル発生手段、９
は磁気バブル移送手段である。１１は磁区外部の
磁化方向、１２は書き込み制御部、２１は磁区内
の磁向の向き、２４はストライプドメイン先端
部、３１はヘアピン導体、３２は電流方向、４
０，４０′，４０″は磁壁内磁化方向、４２，４３
は垂直ブロツホライン、４５は垂直ブロツホライ
ン対、５０は磁気バブルの磁化方向、５１は磁
壁、５２は磁壁接合部、７０は回転磁場、７１，
７２は駆動電流、７３は転送パタン、７４は二層
導体転送パタン、８０ａは面内磁場発生手段、８
０ｂは面内磁化層、８０ｃはパルスバイアス印加
手段である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 情報読出し手段と情報書込み手段と情報蓄積
   手段を備え、膜面に垂直な方向を磁化容易方向と
   する強磁性体膜（フエリ磁性体膜を含む）に存在
   するストライプドメインの周辺のブロツホ磁壁の
   中に作つた相隣合う２つの垂直ブロツホラインか
   らなる垂直ブロツホライン対を記憶情報単位とし
   て用い、該垂直ブロツホラインをブロツホ磁壁内
   で転送する手段を有することを特徴とする磁気記
   憶素子において、単一回転磁化の磁壁構造をもつ
   磁気バブル情報発生手段と、該情報発生手段と接
   続し、しかも該ストライプドメイン近傍に設けら
   れた磁気バブル転送路と、該転送路から前記スト
   ライプドメイン先端部近傍まで磁気バブルを移送
   する手段と、磁気バブルを該ストライプドメイン
   先端部近傍に保持する手段と、該ストライプドメ
   イン先端部とその近傍の磁気バブルにパルスバイ
   アス磁界を印加せしめる手段とを有することを特
   徴とする磁気記憶素子。