JPH0459711B2

JPH0459711B2 -

Info

Publication number: JPH0459711B2
Application number: JP57211747A
Authority: JP
Inventors: Susumu Konishi; Yasuharu Hidaka
Original assignee: Nippon Electric Co Ltd
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1982-12-02
Filing date: 1982-12-02
Publication date: 1992-09-24
Also published as: JPS59101092A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は膜面垂直方向を磁化容易方向とする強
磁性体薄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情報単位として用い
る新規な磁気記憶方法に関する。

第１図はブロツホ磁壁中のブロツホライン対を
示す。垂直ブロツホラインはブロツホ磁壁中で左
回りのブロツホ磁壁部（第１図ｂ）と右回りのブ
ロツホ磁壁部（第１図ｃ）とがぶつかり合つたと
ころにできるネール型磁壁部（第１図ａの２）で
ある。

ストライプドメイン磁壁内に同符号の垂直ブロ
ツホライン対の有無の配列として情報を記憶する
場合、該ストライプドメインの初期状態として磁
壁内にブロツホラインが全く入つていない、いわ
ゆるＳ＝１状態を用いる方法が提案されている。
この方法では垂直ブロツホライン対は第２図に示
すように、ストライプドメインの上側と下側とで
は、垂直ブロツホライン対の間の領域のブロツホ
磁壁部の磁化が互いに逆向きになつている。この
ような構造は自然界に存在する地磁気の影響、あ
るいは該素子に通常用いられる膜面垂直方向に加
えられるバイアス磁界とチツプ面との直交性のわ
ずかなずれに基く面内磁界成分があると、どちら
か一方の垂直ブロツホライン対が不安定になる。

例えば、第２図ａのように、ストライプドメイ
ンの上側および下側に１対ずつの垂直ブロツホラ
イン対があるとする。もし、上記原因による面内
磁界成分が第２図ｂのように右向きに加わつてい
ると、ストライプドメイン上側の垂直ブロツホラ
インは２つに分割され、ストライプ磁壁全体のゼ
ーマンエネルギーを低める構造をとる。このた
め、２つの垂直ブロツホライン対を蓄積したにも
かかわらず、その中の１対は分解してしまう現象
がしばしば見られた。

さらにHipがある場合、この分解してストライ
プヘツドに移動した垂直ブロツホラインは垂直ブ
ロツホライン駆動法としてよく用いられるバイア
ス印加法ではうまく駆動できない。

その理由を第３図に示す。第３図ａのように垂
直ブロツホラインがストライプドメインヘツドに
存在している状態にバイアスパルス磁界を印加す
ると、該垂直ブロツホラインは第３図ｂに示す位
置に一旦移動するが、垂直ブロツホライン駆動用
バイアスパルス磁界が切れると、上記原因に基ず
く面内磁界Hipのため、ふたたび垂直ブロツホラ
インはストライプドメインヘツドに戻る第３図
ｃ。そのため、該垂直ブロツホラインは面内磁界
成分があるとうまく転送されない。

本発明の目的は、このような垂直ブロツホライ
ン転送の不安定性が取除かれた新らたな磁気記憶
方法を提供するものである。

すなわち本発明は情報の読み出し、書き込み、
蓄積の機能を備えてなる磁気記憶方法において、
膜面に垂直な方向を磁化容易方向とする強磁性体
膜（フエリ磁性体膜も含む）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、前記ス
トライプドメインの初期状態を負のブロツホライ
ンが２本ストライプドメイン磁壁内に存在する状
態（Ｓ＝０状態）にしておくことを特徴とする磁
気記憶方法である。

本発明について以下に詳しく説明する。

本発明の特徴はストライプドメインの初期状態
を負の垂直ブロツホラインが２本入つた、いわゆ
るＳ＝０状態とすることであり、第４図ａにその
状態を示す。Hipが存在しているため、ストライ
プドメイン全体のゼーマンエネルギーを低めるよ
うに垂直ブロツホラインはストライプドメインヘ
ツドに存在する。この状態のストライプドメイン
に負の垂直ブロツホライン対を１対書込んだ状態
を第４図ｂに示す。この状態にブロツホライン駆
動用バイアスパルス磁界を印加していくと、垂直
ブロツホライン対は第４図ｃに示すようにストラ
イプヘツドに来る。さらに、バイアスパルス磁界
を印加すると、第４図ｄに示すように３本の垂直
ブロツホラインが移動する。この状態でバイアス
パルス磁界を切ると、Hipの存在のため、３本の
ブロツホラインの中で最後尾の１本だけ、ストラ
イプドメインヘツドに戻り、第４図ｅに示すよう
な状態になり、ストライプドメイン全体のゼーマ
ンエネルギーを低める。結局垂直ブロツホライン
対が第４図ｂの位置からｅの位置へ安定した状態
で転送されたことになる。但し、ストライプヘツ
ドを通過する毎に、ブロツホライン対の間の磁化
向きがHipの逆になるように、もともとストライ
プドメインヘツドにあるブロツホラインと駆動さ
れてくるブロツホライン対の計３本のブロツホラ
インの間で、ブロツホラインの再編成がくり返さ
れている。このような転送機構を使うことによ
り、地磁気等の外部磁界に打勝つ面内磁界を人為
的にストライプドメイン長手方向に加えておくこ
とにより、外部じよう乱に強い垂直ブロツホライ
ン対の転送を可能にした。

以下、本発明をその実施例に基づき、詳細に説
明する。本発明の主な点は膜面垂直磁化膜に存在
するストライプドメイン周辺を形成するブロツホ
磁壁内に存在する垂直ブロツホラインを情報記憶
単位とするところにあるが、以下の実施例ではメ
ジヤーマイナー構成を例にして垂直ブロツホライ
ンメモリーの一形式を述べる。本実施例ではメジ
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
位とするものについて述べる。

第５図はチツプの全体図である。全体の情報の
流れを示すと、まず、発生器４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５へ
記憶させるために、バブル６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７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の情報トランスフアーは
VBLからバブルへの変換を伴う。なお、この読
出しトランスフアーゲート８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
ンを用いた素子に比較して約２桁の記憶密度向上
を達成できる。

以下、上記チツプ各部の動作を詳細に説明す
る。本実施例ではメジヤーラインは書込み、読出
しともに電流駆動方式（DCP）を採用した。従
来よく使われている面内回転磁界駆動方式では、
面内磁界とマイナーループ上のVBLとの相互作
用のため記憶情報が破壊される危険性が高いため
である。但し、本発明では、VBL対の安定転送
を確保するため、ストライプドメイン長手方向に
面内磁界を常に加えてある。

また、次に例示す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。つまり、メジヤーライン上にバ
ブルドメインがあると、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。

第６図には、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を書込む、いわゆる相補型トランス
フアーゲートの動作手順を示す。本発明ではＳ＝
０ストライプドメインを用いているので、ストラ
イプドメイン磁壁に何も記憶されていない状態で
すでにストライプドメインヘツドに負のVBL１
４が１本存在している。トランスフアーゲートは
４本の平行コンダクター９，１０，１１，１２お
よび１１，１２の上に、絶縁層を介して形成した
帯状コンダクター１３からできている。マイナー
ループを構成するストライプドメインはメジヤー
ラインにバブルがない場合、第６図ａに示す位置
に安定化させておく。ストライプドメインヘツド
にVBLを作る方法として、ここではコンダクタ
ーライン１０にパルス電流Ip₁を与え、ストライ
プドメインヘツドを第６図ｂに示す方向にダイナ
ミツクに移動させる方法を用いる。

但し、本発明ではストライプヘツドにすでに１
本の負のVBLがあるので、書込み動作の前にこ
のVBLをヘツドからはずしておく必要がある。
第６図ｂに示すように、VBLを反時計方向にス
トライプドメイン磁壁上を周回させる。まず、ス
トライプドメイン全体にVBL駆動用バイアスパ
ルス磁界を加え、VBL１４をコンダクター１３
の右端まで移動させると同時にコンダクター１３
に矩形状電流を与え、Hipに打勝つ面内磁界をコ
ンダクターパターン１３直下に生じさせる。こう
することにより、VBL１４はコンダクターパタ
ーン１３の右端に保持していく。そうすれば、コ
ンダクター１０に加えたIp₁により、ストライプ
ドヘツド部１５のブロツホ磁壁部の磁化は180゜回
転し、第６図ａの向きから第６図ｃの向きに変
る。これは磁壁構造のダイナミツクコンバージヨ
ンという。こうすることにより、ストライプドメ
インヘツドの両側に、ブロツホ磁壁の磁化が互い
にぶつかり合うところ１５，１６ができる。その
部分がVBLと呼ばれるところである。この状態
でコンダクター１３に与えていた矩形状電流を切
ると、VBL１６はHipの影響で、VBL１４と
VBL対を作り、メジヤーライン上にバブルが存
在しない場合、ストライプドメイン磁壁上に１ビ
ツトが書き込まれたことになる第６図ｄ。なお、
この後、ストライプヘツドにあるVBL１５の符
号を反転するため、コンダクター１１，１２にパ
ルス電流を与えてストライプドメインヘツドを第
６図ｅに示すように切りとると、切りとつた後の
ストライプヘツドにはHipの影響で負のVBLが
入り、書込み動作を完了したことになる。VBL
１５をのはま残しておくと、のVBLとの
VBLが互いに再結合しやすく、情報保持の安定
性がよくない。なお、ストライプドメインから切
りとつた不用バブルは第６図の９，１１のコンダ
クターに平行パルス電流を与えてメジヤーライン
へ移動させ、最後に消去する。

マイナーループ内ではVBLの対を１ビツト
として第７図に示すように情報が記憶される。
，，……がそれぞれ１ビツトに対応する。
第７図に全ビツト書込んだ情報列を示す。

次にマイナーループ内のビツト周期つまり、
VBL間隔がどのようにして与えられるかを考え
る。２つのVBLの間の相互作用として、VBLの
場所に誘起される磁極によつて生じる静磁エネル
ギーと、磁壁内磁化のねじれによる交換相互作用
とがある。前者はVBLの間隔を縮める向きの力
を生じ、後者は逆にVBL同志を遠避ける力を生
じる。これら２つの力のつり合いから、２つの
VBL間の安定距離Soは、バブル材料のＱ値（≡
Hk／4πMs）が大きいときはSo＝πΛとおける。
ここでΛ＝（Ａ／2πMs²）である。このSoはバブ
ル材料の特性長ｌにほぼ等しい。従つて、ビツト
周期2So＝2lとなる。VBLの度は1μmバブル材料
を用いると、１cm²チツプではストライプドメイン
の数は5000本、つまり、磁壁の数は10000本とな
る。ｌ＝0.125μmとすると、VBL対の間隔（ビツ
ト周期）は2l＝0.25μmとなり、１cmの長さの中
の磁壁中にVBL対は４×10⁶個入る。したがつ
て、１cm²中には４×10⁴×10⁴＝400メガビツト収
容できる。VBLが高度に等間隔で存在している
ときは、VBL対の間隔はSoで安定化される。し
かし、VBL対が不連続に存在している場合、例
えば、“001010001……”といつた情報列を考え
て、１ビツトずつ遂次転送できるよう転送パター
ン１８をつけ、VBL間の引力Faおよび反発力Fr
を利用してビツト位置をきめた。

ここでは、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2So周期で、幅So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極とVBLと
の相互作用を利用した。

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。
VBLの速度V_BLはは磁壁の磁壁面法線向きの速度
分V_Wを用いて、V_BL＝（πQ^1/2／2α）V_Wと書ける。

VBL対の間隔（ビツト周期）は2πΛであるか
らVBLを2πΛ動かすためのパルス磁界振幅Ｈと、
幅ＴはHT＝2πΛ・２／π １／Q^1/2 １／ｒ（Ku／Ａ）^1
/2≒ 250Oe・nsとなり、振幅25Oeのパルス磁界の場
合、その幅が10nsecであれば、VBLは2πΛ移動
できることを意味している。ここでは、V_Wとし
て、VBLがπΛの間隔で高度につまつている部分
の値を用いた。その他の部分はもつと速く移動で
きる。つまり、V_WはVBLが高密度につまつてい
る部分とVBLがまつたくない部分に比較して約
１／１０００になる。しかし、これはVBLの遂次転送
にはあまり影響を与えなかつた。

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。第８図
にその動作原理を順を追つて説明する。まず、第
８図ａに示すように、ストライプドメインヘツド
にはVBL２２がある。そのとなりのVBL対
２３を駆動するバイアスパルス磁界を印加し
VBLを反時計方向に移動する。次にコンダクタ
ー１８，１９に対応して、絶縁層を介して形成さ
れた帯状コンダクターパターン２１に矩形状電流
を加え、コンダクター２１直下にHipに打勝つ大
きさの左向き面内磁界を発生する。こうすること
により、VBL２２、VBL対２３を第８図ｂに示
す位置に保持しておいて、帯状コンダクター２１
の下に絶縁層を介して設置したコンダクターパタ
ーン１８，１９に反平行パルス電流を与え、第８
図ｃに示すようにストライプドメインヘツドを切
りとる。その後、帯状コンダクターパターンに与
えた電流を切る。こうすることにより、ヘツドを
切りとつた後のストライプドメインヘツドには帯
状コンダクターパターンにより与えた左向き面内
磁界を反映したVBLが形成される。ストライ
プドメインヘツドから切りとられたバブルはスト
ライプドメイン磁壁上のVBL対の存在に対応し
ている。このバブル２４をコンダクターパターン
１９，２０に平行パルス電流を与え、読出しメジ
ヤーラインへ運び、その後検出器２７へ転送する
第８図ｅ。このように読出し部にあるストライプ
ドメインヘツドはビツト安定位置にしておく。

なお、駆動条件はストライプヘツドにVBL対
２５があるとき、その後にあるVBL２６が第８
図ｂの２２のVBLの位置にくるように設定する。

第８図に示すコンダクター１８，１９に電流パ
ルスを与えてバブルを切りとるとき、パルス振幅
が第９図ａ，ｂに示すように、コンダクター２
８，２９の間のブロツホ磁壁の磁化が互いに平行
になつている場合と、反平行になつている場合と
で異なることがこのゲートでは利用されている。

この理由を簡単に述べる。コンダクター２８，
２９の右側にVBLがない場合と、ある場合とで
は、コンダクター２８，２９の間の領域のストラ
イプドメイン磁壁（ブロツホ磁壁部）内の磁化の
向きが第１０図に示すように異なる。つまり、ス
トライプドメイン磁壁面に垂直方向から磁化のね
じれの様子をみると、VBLがない第１０図ａの
場合、磁化はストライプドメインを横切つたと
き、完全に半回転ねじれている。これに対し、
VBLがある第１０図ｂの場合、磁化はドメイン
内だけ90゜ねじつたようになつている。この場合、
ストライプドメイン幅を狭くしていくと、磁化間
の交換相互作用が高まるため、ドメイン部の反転
磁化はドメインの両側と同じ向きに回転させられ
る。つまり、ドメインをなくすことによつて交換
エネルギーの上昇を回避する。

他方、第１０図ａの場合、ドメイン部を通過す
ることにより、磁化は完全に半回転しているの
で、ドメイン幅を狭くしたときの交換相互作用の
上昇を第１０図ｂに示す機構では回避できない。
代りに、ドメイン幅を縮めないようにすることで
交換エネルギーの上昇を防いでいる。このよう
に、ストライプドメイン幅を狭くする過程での交
換相互作用の上昇を回避する機構がストライプド
メインヘツドにVBLがある場合とない場合とで
異なる。

第１１図ａ，ｂは5μmバブル用材料に形成した
ストライプドメインの消失磁界を第１０図ａおよ
びｂの磁壁構造のものについて比較した結果で、
第１１図ｂに示す第１０図ｂ相当の場合が消失し
やすいことを示している。この機構のちがいを利
用すると、第１０図に示したように、コンダクタ
ー２７，２８にパルス電流Ip₄を与え、ストライ
プドメインを分断しようとすると、ストライプド
メインヘツドにVBLがない場合は第１０図ａに
相当するため、第９図ａに示すように分断が難し
い。他方、VBLがある場合、第１０図ｂに対応
し、第９図ｂに示す如く、分断されやすい。この
ような動作を利用して、書込みライン上にバブル
がない位置で、VBLがマイナーループに入り、
かつ、読出しラインにバブルを送り出す方式のバ
ブル素子を形づくつている。

他方、第１０図ａの場合、ドメイン部を通過す
ることにより、磁化は１回転しているので、ドメ
イン幅を狭くしたときの交換相互作用の上昇を第
１０図ｂに示す機構では回避できない。代りに、
ドメイン幅を縮めないようにすることで交換エネ
ルギーの上昇を防いでいる。このように、ストラ
イプドメイン幅を狭くする過程での交換相互作用
の上昇を回避する機構が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異なる。

なお、ストライプドメインヘツドにマイナスの
VBLがある場合、ストライプドメインヘツド部
を分断すると、新たにできたストライプドメイン
ヘツドにもとのVBLと同じものが再生されるの
はHipを加えているためである。Hipを加えてお
かないと、バブル磁界の面内成分のため、必ずし
もマイナスのVBLが再生されるとは限らなくな
る。

次にVBL対の消去法について説明する。

消去したいVBL対２３を第１２図Ａに示すよ
うに読出し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に駆動してもつてく
る。そうするとストライプドメインヘツドには第
１２図ｂに示すようにもともと存在している
VBLと共に３本のVBLが集まる。このと
き、コンダクター１８，１９の間の領域ではスト
ライプドメインの両側のブロツホ磁壁内の磁化は
平行になるため、コンダクター１８，１９に情報
読出しのときと同じ電流パルスを与えると、第１
２図ｃに示すように、ストライプドメインヘツド
は切りとられ、切りとられたストライプドメイン
ヘツドにはHipの影響でもともとあつたVBL２
２と同じタイプのVBL1本がレプリケートされ
る。

消去しようとしたVBL対２３はストライプド
メインヘツドから、バブルに移つている。

したがつて、ストライプドメイン上のVBL対
２３は消去されている。なお、ストライプドメイ
ンヘツドから切りはなされたバブルはメジヤーラ
インへ移され、バブル消去器３０へ転送する。

以上の本発明の磁気記録方法によれば従来のバ
ブルメモリ素子に比べ約２桁の記録密度向上を実
現でき、しかも本発明において記憶情報単位とし
て用いる垂直ブロツホライン対の安定な転送が可
能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明で記憶情報単位として用いてい
るブロツホ磁壁中の垂直ブロツホラインの説明
図、第２図はＳ＝１ストライプドメインのブロツ
ホ磁壁中のVBL対を示す図、第３図はVBLと
面内磁界との相互作用の様子を示す図、第４図は
本発明にかかるＳ＝０ストライプドメイン磁壁中
のVBL対の運動を面内磁界が加わつている状態
について説明する図、第５図は本発明にかかる素
子チツプの全体構成図、第６図は本発明の書込み
トランスフアーゲートの一実施例の構造図、第７
図は本発明のマイナーループの一実施例の構成
図、第８図は読出しトランスフアーゲートの一実
施例の構造図、第９図、第１０図は、ストライプ
ドメインヘツドにVBLをもたないストライプド
メインおよびVBLをもつてているドメインの磁
壁構造図、第１１図は、ストライプドメイン消失
の様子をストライプドメインヘツドにVBLがな
い場合とある場合とで比較した図、第１２図は本
発明にかかる素子におけるVBL対の消去法の一
実施例の構造図である。各図において１はブロツホ磁壁、２は垂直ブロ
ツホライン、３は磁壁内磁化、４はバブル発生
器、５はマイナーループ、６はバブル、７は書込
みライントランスフアーゲート、８は読出しトラ
ンスフアーゲート、９，１０，１１，１２はコン
ダクターライン、１３は帯状コンダクター、１４
はVBL、１５，１６はVBL、VBL、１７
は転送パターン、１８，１９，２０はコンダクタ
ーライン、２１は帯状コンダクター、２２は
VBL、２３はVBL対、２４はバブル、２５は
VBL対、２６はVBL、２７は検出器、２
８，２９はコンダクターライン、３０はバブル消
去器である。

Claims

【特許請求の範囲】

１情報の読み出し、書き込み、蓄積の機能を備
えてなる磁気記憶方法において、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
体膜も含む）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、前記ストライプドメイ
ンの初期状態を負のブロツホラインが２本存在す
る状態（Ｓ＝０状態）にしておくことを特徴とす
る磁気記憶方法。