JPH0738272B2

JPH0738272B2 - 磁気記憶素子

Info

Publication number: JPH0738272B2
Application number: JP62233844A
Authority: JP
Inventors: 浩川原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-09-18
Filing date: 1987-09-18
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS6476584A

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は不揮発性の超高密度固体磁気記憶素子に関す
る。

（従来の技術）この磁気記憶素子は情報読み出し手段と情報書き込み手
段と情報蓄積手段を備え、膜面に垂直方向を磁化容易方
向とする強磁性体（フェリ磁性体膜を含む）に存在する
ストライプドメインの周囲のブロッホ磁壁の中に作った
相隣り合う垂直ブロッホライン（以下、VBLと称する）
を対としてブロッホ磁壁内で保持、転送する手段を有す
る。例えば、素子構成をメイジャ・マイナループ構成と
する場合、メイシャラインでは、バブルを情報担体と
し、マイナループはストライプドメインで構成し、その
周囲のブロッホ磁壁内に存在するVBL対を情報担体とす
る。全体の情報の流れを示すと、まずバブル発生器で書
き込まれた情報（バブルの有無の列）は書き込みメイジ
ャラインを移動する。メイジャライン上に１ページ分の
情報が書き込まれると、それをマイナループへ記憶させ
るため、バブルの有無で示されたメイジャライン上の情
報をマイナループへVBL対の形でトランスファする。し
たがって、書き込みトランスファゲートはバブルの有無
をVBL対の有無に変換する機能を持っている。マイナル
ープはVBL対を保持できるブロッホ磁壁で構成してい
る。また、マイナループは構成するストライプドメイン
磁壁上のVBL対を必要に応じて読み出しトランスファゲ
ートへ移動させる機能を持っている。マイナループから
読み出しメイジャラインへの情報トランスファはVBL対
からバブルへの変換を伴う。変換されたバブルの有無の
列をバブル検出器で読み取る。このように、マイナルー
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、マイナループ上での情報担体としてバブルの代り
に、VBL対を用いることにより、バブル素子に比べて、
約二桁の記憶密度の向上を達成できる。

この素子においては多数本の磁気ドメインをチップ上の
定められた位置に安定性よく配列することが重要な技術
である。

これに対する一つの方法は、ストライプドメイン磁壁を
溝掘り部境界膜厚段差部の外側にもっていくことである
（特願昭60−079658）。この理由は溝掘り部およびその
境界の外側を含むようにストライプドメインを設定する
と、溝掘り部境界の膜厚段差は境界外側にある磁壁が膜
厚段差部に近づくのを妨げる反磁界を生じ、磁壁が外部
から加えられるVBL対駆動用のパルス磁界に対して、障
害を受けず応答でき、しかも磁壁の応答を可逆的にでき
るためである。これはVBL対保持用磁壁安定化の必要条
件である。他方、溝掘り部内にストライプドメインを閉
じ込めると、膜厚段差はそのストライプドメインが溝掘
り境界の外へ出ることを強く抑えると反磁界を生じる。
このため、磁壁は外部印加磁界に対して自由に応答して
動くことができない。したがって、ストライプドメイン
磁壁が溝掘り部境界膜厚段差部の外側にくるように、ス
トライプドメインを初期設定する必要がある。

第７図（ａ），（ｂ）にその構造の主要部を示してい
る。トメインを配置したい領域の中心部４をくりぬき、
それを取り囲むように閉じたドメイン磁壁を配置するた
めの形成技術の例はアイ・イー・イー・イー・トランザ
クション・オングラティクス（IEEE Tran.Magn.,）MAG
−22,784（1986）において報告されている。しかし、実
験してみると、この方法では溝掘り部が平行に並んでい
る領域と溝掘り部がない領域とでバブルドメインがスト
ライプドメインに変化するバイアス磁界の大きさにかな
り違いがあり、溝掘り部領域では他の領域に比べてバイ
アス磁界をもっと低くしないと、ドメインが伸長しない
欠点があることが分かった。溝掘り部を含む領域でドメ
インが溝と溝との間の領域を伸長するまでバイアス磁界
を下げると、溝掘り部領域の内どれか一箇所を伸びてバ
ブル発生器19がある側と反対側、つまりドメイン結合用
の導体パターン20がある領域に出た途端にそのドメイン
が広がって20がある領域前面に迷図状ドメインができて
しまう。このため、いま伸びたドメインに遅れて溝掘り
領域を伸びてきたドメインは迷図状ドメインに邪魔され
てドメイン接合用の導体パターン20の下を横切るところ
まで伸び出せない。また、溝掘り部４の外側を磁壁が取
り囲むドメインを固定した後、ドメイン先端部が外部か
らドメイン安定化用に加えているバイアス磁界10の変動
あるいはチップの温度変化にともない、任意に伸びだし
てしまう確率が高かった。そこで、特願昭61−290887で
は、第８図（ａ），（ｂ）に示すように、溝掘り部４の
先端部に溝４の長手方向に沿って溝４とは分離して溝４
と対向する位置に補助用の溝７を設けた。しかし、この
方法を用いて実験してみると、溝４の間を伸長してきた
ドメインが溝で挟まれていない導体パタン20の前面領域
で横に広がってしまいやすく、複数本のドメインが同時
に再び溝（補助用の溝４）に挟まれた領域に入りこみ伸
長することが困難であった。なお、16はガイド用溝、17
は変換ゲート、18はメイジャライン。

（発明が解決しようとする問題点）上述の方法は多数本の磁気ドメインを安定性よく配列す
るためには問題であった。本発明はこれらの欠点を取り
除き、ストライプドメインを安定性よく配列するための
外部磁界の印加条件を単純化できるようにした超高密度
固定磁気記憶素子を提供することにある。

（問題点を解決するための手段）本発明は膜面に垂直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境界のブロッホ磁壁
中に作った相隣り合う２本のVBLからなるVBL対を記憶担
体として用いる磁気記憶素子において、前記ストライプ
ドメインを安定化したい領域に亘って選択的に保持層を
削って溝（第１の溝）を作り、溝を中心にしてその周囲
にドメイン磁壁を安定化させる方法において、該溝の一
方の先端部領域に該溝の長手方向に沿って該溝形成領域
とは分離した領域に補助用の溝（第２の溝）を設け、か
つストライプドメイン安定化用の溝の両端にドメイン発
生器および局所磁界印加手段を与えて、所要ドメインの
形成を容易した。該補助用の溝掘り部を作ることによ
り、ストライプドメイン安定化用溝掘り領域を伸び出し
たドメインに対するポテンシャルウエルが急激に深くな
ることを防ぎ、該第２の溝の幅を該第１の溝の幅より小
さくすることによって、目的とする溝掘り部長手方向に
沿って所定の位置までストライプドメインを安定性よく
伸ばすことができるようになった。

以下、構成の詳細な説明をする。

第１図は本発明におけるストライプドメイン保持層のマ
イナループ部の主要部の構成である。第１図（ａ），
（ｂ）は本発明の方法を用いた時のストライプドメイン
保持層の主要部である。ストライプドメイン保持層１上
のドメインを保持したい領域に溝４を、またこの溝に沿
って分離した領域を挟んで補助用の溝７を形成する。こ
れは例えば、ストライプドメイン保持層の溝掘り部に相
当する領域に選択的にH₂ ⁺などのイオンを注入した後、
ホットリン酸でエッチングすることによって得られる。
その溝４の両端部にドメイン発生器および局所面内磁界
発生用手段8,9を配置している。なお、8,9には第２図の
11で示す櫛形状の櫛の芽が溝部４の各溝の間の領域の入
り口に来るように、ドメインを制御性よく発生でき、ま
た、溝部４から伸び出した互いに隣り合うドメインを縫
い合わせることができるように、第６図に示す形状のド
メイン発生器を用いた。第６図示した数字は実験に使用
した導体パターンの各部の寸法比の例である。９に示す
縫い合わせ用導体パターンの配置の特徴は補助溝が導体
パターン９のノッチ部にあり、かつ補助溝の先端がノッ
チの出口に比べてノッチ内に引っ込んでいることであ
る。この構造にすることで、ドメインを縫い合わせた
時、縫い合わされてできたドメインの一部が補助溝にひ
っかかってしまうという欠点を取り除くことができた。

（作用）第２図（ａ），（ｂ）から第５図（ａ），（ｂ）まで使
ってストライプドメイン安定化の動作を説明する。ま
ず、ストライプドメイン保持層の磁化をバイアス磁界を
加えることによって４の周囲に安定化するドメイン内の
磁化と同じ向きに飽和させておく。その後、ドメイン発
生器８に矢印の向きの電流を与えてその磁界によって第
２図（ａ），（ｂ）に11で示すドメインを発生する。こ
の様な形状のドメインを作るためには、まず８の上側の
エッジ12に沿ってドメインが発生するように発生器８の
形状を設計する必要がある。その具体的形状の一例が第
６図である。その後、バイアス磁界の絶対値を小さくし
ていき、ドメインが第３図に示すように溝掘り部を通り
越して補助溝７がある領域まで伸長する。その後、ドメ
イン発生器９に第４図に示す矢印の向きの電流を与え、
第４図（ａ）に示すようなドメインを形成する。これら
の磁界によって、ドメイン11は溝掘り部の両方の端部で
互いに接合し、逆に溝掘り部を取り囲む閉磁壁に囲まれ
たドメイン12が形成される。外部印加磁界を零にし、さ
らにその向きを逆にし、10で示す向きにして磁界の強さ
を増加していくと、第５図に示すように溝を取り囲む磁
壁をもつドメインが形成される。このドメインがVBL対
保持用に使われる。他方、補助溝にくっついていたドメ
インはこのバイアス磁界変化によって完全に消去され
る。このようにして、４の周囲を取り囲む磁壁によって
囲まれたドメインを安定化できたが、８の側のポテンシ
ャルウエルは依然として深いまま残されており、導体電
流による局所バイアス磁界をドメイン先端部に付加でき
るようにしておかないと、チップの温度変化などによっ
てドメイン先端部が伸び出してしまう危険性が取り除か
れていない。そこで、本発明では第１図に16で示す溝を
新たに設け、その周辺のポテンシャルウエルを浅くし、
ドメイン先端部の任意の伸び出しを防止するようにし
た。この溝はブロッホラインメモリに必要なVBL対−バ
ブル変換ゲート部17の動作時に、ドメインが４の長手方
向に一致した向きで、ゲート17の中で伸び出していくこ
とも助ける。メイジャライン18のポテンシャルウエルは
導体電流磁界によって動作時のみ、かさ上げすることで
十分である。

（実施例） Gd₃Ga₅O₁₂（111）基板上に４μｍバブル材料(YSmLuCa)₃
(FeGe)₅O₁₂ガーネット膜を２μｍの厚さLPE成長した。
第１図の構造に溝（幅３μｍ、溝７の幅２μｍ、配置周
期12μｍ）は溝を掘りたい部分に選択的にイオン注入を
した後、リン酸を使い、エッチングして形成した。出来
た溝の深さは2.1μｍであった。その上に、SiO₂スペー
サー0.5μｍを介して、第６図に示す形状のドメイン発
生器を配置して上述のドメイン発生から始まる一連の動
作により、第５図（ａ），（ｂ）に示す溝掘り部４を取
り囲む閉磁壁を持つドメイン14を形成できた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ），（ｂ）は本発明におけるドメイン保持す
るための主要構造の例を示す図、第２図（ａ），（ｂ）
から第５図（ａ），（ｂ）は本発明のドメイン形成過程
を示す図、第６図は本発明に用いたドメイン発生器の例
を示す図、第７図（ａ），（ｂ）、第８図（ａ），
（ｂ）は、各々、溝掘り部を取り囲む閉磁壁をもつドメ
イン安定化法の従来法の例を示す図。図において、１……ドメイン保持層、２……基板、３……スペーサ、
４……ドメイン保持層くり抜き部、５……くりぬき部エ
ッジ、６……ガード用ドメイン保持層くり抜き部、７…
…補助用のドメイン保持層くりぬき部、８、９……ドメ
イン発生用導体パターンン、10……バイアス磁界、11…
…ドメイン発生器８により発生した磁気ドメイン、12…
…ドメイン発生器用導体パターンのエッジ、13……ドメ
イン発生用導体パターンのノッチ、14……中抜きドメイ
ン、15……ドメイン外周磁壁、16……ドメイン14の伸び
出し防止およびドメインのゲート部へのガイド用溝、17
……ブロッホライン対とバブルとの間の変換ゲート、18
……メイジャライン、19……バブル発生器用導体パター
ン、20……ドメイン結合用導体パターン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】情報読み出し手段、情報書き込み手段およ
び情報蓄積手段を有し、かつ膜面に垂直方向を磁化容易
方向とする強磁性体（フェリ磁性体を含む）膜に存在す
るストライプドメインの境界のブロッホ磁壁中に作った
相隣る２本の垂直ブロッホラインからなる対をブロッホ
磁壁内で保持転送する手段を有する磁気記憶素子におい
て、ストライプドメインを配置すべき領域に亘ってスト
ライプドメイン保持層に第１の溝が設けられ、かつ該第
１の溝の一方の先端部領域と対向する領域に該第１の溝
の長手方向に沿って補助用の第２の溝を配置し、また第
１の溝の他方の先端部領域と対向する領域に該第１の溝
の長手方向に沿って相隣る該第１の溝の中間に相当する
位置に新たに第３の溝を配置し、前記第２の溝の幅は該
第１の溝の幅より小さいことを特徴とする磁気記憶素
子。
【請求項２】前記第１の溝の先端部領域にドメイン発生
および局所磁界発生の手段を備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の磁気記憶素子。
【請求項３】前記第１の溝、第２の溝、第３の溝の各内
部は、前記強磁性体層を完全に除去した領域であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
磁気記憶素子。