JPH0526279B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 磁気バルブ素子の開発は高密度化を目指して各
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、バブル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径以下のバ
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。

本発明は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磁
気記憶素子を提示することを目的とする。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素子であつて、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、さらに該垂直ブロツ
ホラインをブロツホ磁壁内で転送させる手段を用
することを特徴とする磁気記憶素子である。第１
図にブロツホ磁壁内に形成された垂直ブロツホラ
イン対を示す。垂直ブロツホライン２はブロツホ
磁壁１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。この垂直ブロツホライン対を
記憶情報単位として用いることにより従来の磁気
バブル素子に比べ大幅な記録密度の向上を実現で
きる。

以下、本発明の磁気記憶素子の実施例について
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。すなわち
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２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ブ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、上記の磁気記憶素子を構成する各部の動
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。

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。

第３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。トランスフアー
ゲートは４本の平行コンダクター９，１０，１
１，１２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３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３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。こうすることによつて、ス
トライプヘツド部１３のブロツホ磁壁部の磁化は
180°回転し、第３図ａの向きから第３図ｂ，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１４，１５ができ
る。その部分がVBLと呼ばれるところである。
いま述べたような方法でVBLを作ると、必ず
VBL１４とVBL１５が対になつている。
VBLとVBLが互いに相隣り合つて存在してい
ると、それらは互いに再結合しやすく、情報保持
の安定性がよくない。第３図ｂは外部面内磁界
H_ipを加えておくことにより、ストライプドメイ
ンヘツド部のブロツホ磁壁磁化をH_ip方向に固定
し、VBLとVBLの再結合を防いでいる。し
かし、実際の素子では常にH_ipを加えておくこと
がVBL情報の安定性の見地から不適当であるこ
とがわかつている。そこで、ここではH_ipがなく
てもVBL情報が安定化できるように、VBLのタ
イプを一種類にする工夫をした。その際、読出し
ライントランスフアーゲートにレプリケータ機能
を持たせられることを考慮してVBLを残すこ
とにした。次に、VBLだけをマイナスループ
のストライプドメイン磁壁に残す方法を述べる。
まず、第３図ｄに示す向きにH_ipを加える。そう
すると、ブロツホ磁壁磁化をH_ip向きに向ける方
がゼーマンエネルギーを得するので、VBLが
ストライプドメインヘツドにくる。この状態で、
コンダクター１１，１２に互いに逆向きにパルス
電流Ip₂を与え、ストライプドメインヘツドを第
３図ｅのように切離す。そうすると、VBLを
切りとられたストライプドメインヘツドには
VBL１６が形成される。このVBLとマイナー
ループに残しておいたVBL１２の計２本の
VBLを対にしてビツトを形成する。この一連の
動作により、書込みメジヤーライン上の情報
“０”をマイナーループ内にVBLの対１７とし
てトランスフアーできた。同じ符号の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
の反発相互作用を利用してコンダクター１２の右
側にくるようにしておくと、第３図に示す一連の
動作ではそのストライプドメインヘツド状態は不
変である。したがつて、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。な
お、トランスフアーゲートで切りとつた不用バブ
ルは第３図ｆに示すように、コンダクター９，１
１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４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４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
ル材料の特性長にほぼ等しい。従つて、ビツト
周期2So＝２となる。VBLの密度は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。＝0.125μmとすると、VBL対の間隔
（ビツト周期）は２＝0.25μmとなり、１cmの長
さの中の磁壁中にVBL対は４×10⁴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が高密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ビツトずつ逐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、強磁性体膜面に垂直方向にストラ
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ν_BLは磁壁の磁
壁面法線向きの速度成分υ_Wを用いて、υ_BL＝
（πQ^1/2／2α）υ_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／γ（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、υ_Wとして、VBLがπΛの間隔
で高密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υ_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の逐次転送にはあまり影響を与
えなかつた。

３本の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としで記憶されてい
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５図にその動作原理を順
を追つて説明する。まず、第５図ａに示すよう
に、VBL対で形成される１ビツトの片割れを例
えば面内磁界H_ipを加えて、ストライプドメイン
ヘツドに固定する。次に第５図ｂに示すように、
コンダクター１９，２０に互いに逆向きにパルス
電流Ip₄を与え、ストライプドメインを切つてバ
ブルを作る。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第５図ｄに示す
ように切りとつた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。この特性
を利用するため、本素子では、マイナーループの
情報記憶にプラスのVBLを用いず、マイナスの
VBLを使つている。マイナーループから切りと
られたバブルは第５図ｃのようにコンダクター２
０，２１に平行電流Ip₅を与えメジヤーラインへ
移す。その後、バブルはメジヤーラインを検出器
２２に向けて転送される。

第６図に示すコンダクター２３，２４に電流パ
ルスを与えてバブルを切り取るとき、パルス振幅
が第６図ａに示すようにストライプヘツドに
VBLがない場合と第６図ｂに示すようにVBLが
あ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。ストライプ
ドメインヘツドにマイナスのVBLがない場合と
ある場合とでは、その両側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７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７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７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
をなくすることによつて交換エネルギーの上昇を
回避する。他方、第７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７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８図は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７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８図ｂに
示す第７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６
図に示したように、コンダクター２３，２４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７図ａに相当するため、第
６図ａに示すように分断が難しい。他方、VBL
がある場合、第７図ｂに対応し、第６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。

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。

次にVBL対の消去法について説明する。

消去したいVBL対を第９図ａに示すように書
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。次に第
９図ｂ及びｃに示すように面内磁界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。すると第９図ｄの
ようにバブルドメインを切りとつた後のストライ
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。

【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るブ
ロツホ磁壁中の垂直ブロツホラインを示した図、
第２図は本発明の磁気記憶素子の実施例を示す全
体構成図、第３図は書込みトランスフアーゲート
の一実施例の構造図、第４図はマイナーループの
一実施例の構成図、第５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６図、第７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をもつているドメ
インの磁壁構造図、第８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結果を示す
図、第９図はブロツホライン消去法を示す一実施
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は磁壁内の磁化の向き、４は発
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
ランスファーゲート、９，１０，１１，１２はコ
ンダクター、１３はストライプヘツド部、１４，
１５，１６は垂直ブロツホライン、１７は垂直ブ
ロツホライン対、１８は転送パターン、１９，２
０，２１はコンダクタ、２２は検出器、２３，２
４はコンダクター。

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
   手段を備えてなる磁気記憶素子において、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。