JPS5996591A - 磁気記憶素子 - 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】 本発明は膜面垂直方向を磁化容易方向とする軟磁性体薄
膜に形成されるストライブドメインの境界を形成するブ
ロッホ磁壁の中に静的に安定に存在する垂直プロッホラ
インを記憶単位として用いた磁気記憶素子に関する。

磁気バブル素子の開発は高密度化、高速度化を月相して
各所でパーマロイデバイス、イオン注入コンティギーア
スディスクデバイス、電流駆動デバイスおよびこれらを
組合せだ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ォトリソグラフィー技術にある
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
になってきた。現在使用されているガーネット材料では
、到達可能な最小バブル径は０．３μｍといわれている
。したがって、０．３μｍ径以下のバブルを保持するバ
ブル材料はガーネクト材料以外に求めなければならない
。これはそれほど容易な話ではなく、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。そこで、高密
度化限界を大幅に改菅し、かつ情報読出し時間は通常の
磁気バブル素子と同程度に保つことができる磁気記憶素
子が提供されている。

この磁気記憶素子の主な点は膜面垂直磁化膜に存在する
ストライブドメイン境界を形成するブロッホ磁壁内に存
在する垂直プロッホラインを情報記憶単位とするところ
にある。記憶素子の構成としてはメジャーマイナー構成
及びシフトレジスター構成ともに可能であるが、メジャ
ーマイナー構成の場合、メジャーラインでは従来通りバ
ブル１゛メインを情報単位とし、マイナーループをスト
ライブドメインで構成し、その周辺のブロッホ磁壁内に
存在する、垂直プロッホライン（ＶＢＬ）を情報単位と
するものである。第１図はチップの全体図である。全体
の情報の流れを示すと、まず、発生器１で書込まれた情
報（バブルの有無）は書込みメジャ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２へ記憶させる
ために、バブル３の有無で示されたメジャーライン上の
情報をマイナーループへＶＢＬＯ形でトランスファーで
きるように、マイナーループをＶＩ３Ｌを保持できるブ
ロッホ磁壁で構成することが本発明の特徴であり、記憶
容量の飛開的向上の重要なカギになっている。書込みラ
イントランスファーゲート４により、マイナーループに
トランスファーされた情報（Ｖ　Ｂ　Ｌ　）はマイナー
ループを構成するストライブドメインヘッドを移動させ
ることができる。

マイナーループから読出しメジャーラインへの情報トラ
ンスファーは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ァーゲート５はブロックレプリケ
ータ機能も合せ持っている。

次にこの素子の構成例について、さらに詳しく説明する
。

メジャーラインは書込み、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−からなる書込み
トランスファーゲートはメジャーライン上のバブルとマ
イナーループを構成する、ストライブドメインヘッドと
の相互作用を用いている。メジャーラインラ（砂上にバ
ブルドメインがあると、それＫつながるマイナーループ
を構成しているストライブドメインのヘッドはバブルと
ストライブ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。当込みメジャーライン
にバブルがないとき、マイナーループのストライブドメ
イン磁壁にＶＢＬを書込む。

ＶＢＬをストライブドメインヘッドに作る手段として、
ストライブドメインヘッドをそれに接するコンダクタ−
パターンにパルス電流を与えることによシ、ダイナミッ
クに移動させ、ヘッド部磁壁をダイナミックコンバージ
ョンさせることを利用した。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シ、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ブドメ
インの長手方向に面内磁界を加え、ストライブドメイン
側の２本のコンダクタ−によってストライブドメインヘ
ッドを切離すことにより、ストライブドメイン中に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。メジャ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
イブドメインヘッドはバブルとの反発作用のため、上記
コンダクタ−パターンから離れているため、ＶＢＬは形
成されない。結果的にメジャーラインの情報１１“をマ
イナーループ内にＶＢＩ、対がない状態としてトランス
ファーしたことになる。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−作用の安定性を考えてｅＶＢＬ対を使ってい
る。マイナーループ内のビット周期つｔり、ＶＢＬＩｉ
１５隔を一定に保つように、］−ビピッずつ逐次転送で
きるように転送パターンをつける。−例として、上記マ
イナーループを構成するストライブドメイン上にストラ
イブドメインの長手方向に直角方向にＶＢＬ間の安定間
ｉｓ。０２倍の周期で、幅Ｓ。のパーマロイ薄膜で作っ
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ている。ＶＢＬ
のマイナールーブに沿っての転送は一つの方法として、
１ストライブドメインにパルスバイアス磁界を加えてダ
イナミックに行なうことができる。３本の平行コンダク
タ−からなる読出しトランスファーゲートはマイナール
ープを形成しているスＩ・ライブドメイン磁壁にＶＢＬ
として記憶されている情報をバブルに変換してメジャー
ラインにトランスファーアウトし、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し・ブリケータ−
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
えてストライブドメインヘッドに固定する。その後コン
ダクタ−パターンを用いて、とのストライプドメインン
へノドを切υとり、バブルにする。そうすると、バブル
を切りとった後のストライブドメインヘッドには切りと
っだＶＢＬと同じＶＢＬが可成される。このよりなＶＥ
Ｌ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ブドメインヘッ
ドから切りとられたバブルはメジャーライン上を検出器
に向けて転送される。ここではストライブドメインヘッ
ドにＶＢＬがある場合とない場合とでストライブドメイ
ンヘッドを切シとる、パルス電流値が異なることを利用
している。ストライブドメインヘッドにＶＢＬがない場
合は切れにくい。しだがって、ストライブドメインヘッ
ドにＶＢＬがある場合はメジャ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
ジャーライン上ではバブルの有無に変換されている。Ｖ
ＢＬ対の消去法について述べる。消去したい置対を書込
みメジャーライン側のマイナーループのストライブドメ
インヘッ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ブドメインヘッドにもってきて、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−を使ってストライブドメインヘッドを
切りとる。バブルドメインを切りとったあとのストライ
ブドメインヘッドには、消去したいＶＢＬ対と共にもっ
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ドライブドメインを形
成することにより、ＶＢＬが全熱ない全ピット零の秋態
を作ることができる。

このような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ｐ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桁の記憶密度の向上を達成できる。

しかしながら、このストライブドメインの磁壁内のプロ
ッホライン対を利用した記憶素子では、ストライブドメ
インを正常位置に位置させるイニシャライゼイションが
難しく、又、読出し，書込みのトランスファーゲート近
くでストライプがゲート動作時に位置が不安定に々る間
頌点があった。

本発明はこの点に鑑みてなされたもので、その目的は情
報を蓄積するプロッホライン対をその磁壁内に有するス
トライプドメインが容易に、その正常位置にイニシアラ
イズさせることができ、又、情報転送時においてもスＩ
・ライブドメインが安定に存在するような講造を有する
磁気記憶素子を提供するにある。

すなわち本発明は情報読出し，書込み手段および情報蓄
積手段を備え、かつ膜面に垂直な方向を磁化容易方向と
する強磁性体膜（７工リ磁性体を含む）に存在するスト
ライブドメインの境界のブロンホ磁壁の中に作った相隣
る２つの垂直プロッホラインからなる垂直プロッホライ
ン対を記憶単位として用い、該磁壁内で転送する手段を
有する磁気記憶素子において、該強磁性体膜内の各スト
ライブドメインの存在領域の外側、又は複数のストライ
プドメインの存在領域の外側に該ストライプドメインの
存在領域と比較してドメインの静磁エネルギーが大きい
領域を該ストライブドメインに沿って設けたことを特徴
とする磁気記憶素子である。

ドメインの静磁エネルギー（ポテンシャル）が高くなる
ようにすることにより、上記領域にはストライブドメイ
ンは伸長し難くなる。しだがって、ストライブドメイン
のイニシャアライズ時においては、ドメインは、この領
域がガイドレールの役割をなし、この領域に沿って伸長
し、正規の位置に伸長させることができる。

又、情報転送時においては、駆動のバイアスパルス磁界
や、ゲート動作時のストライブドメインの伸縮等による
、ドメインの異常な変形を抑制することができる。

とのよう女材料特性の異った領域は、具体的には磁性体
膜の膜厚を減少させる、あるいは、イオン注入する、あ
るいはレーザーアニールをすることによって形成する。

次に本発明の実施例について、１μｍのストライプドメ
イン巾を有する、（ＳｍＬｕＢ１　Ｏａ　）　、（Ｆｅ
Ｇｅ）、Ｏ□２及び５μｍのストライブドメイン巾を有
する（ＹＥｕＹｂ　）ｓ　（ＦｅＧａ　）ｓ　０１２　
の組成のガーネット膜を上記磁性体膜として採用した場
合について更に詳細に説明する。磁性体の膜厚が減少す
ルトドメインの静磁エネルギー（ポテンシャル）は増加
する。これはバブルドメインのコラプス磁界の減少によ
シ確認できる。したがって、磁性体膜の一部の領域の膜
厚を他の領域に比べ減少させることによりストライブド
メインをこの領域の境界に沿って伸長させることができ
る。

（ＳｍＬｕＣａ　）３　（ＦｅＧｅ　）５０４２組成の
ガーネット膜で１μｍ巾のストライブドメインを情報格
納ループとする素子の場合、光学露光等により、磁性体
膜上にたとえば第２図のようなマスクパターンを形成し
、斜線部６のみを選択的にイオンミリングする。イオン
ミリングした領域の巾は０．３μｍ１イオンミリング深
さは０．１μｍ程度にすれば良い結果を得た。

イオン注入による場合、イオン注入層深さを磁性体膜厚
の０５倍程度以上にすると、ドメインの静磁エネルギー
は増加する。

（ＳｍＬｕＣａ　）ｓ　（ＦｅＧｅ　）５０１２組成の
ガーネット膜で１μｍ巾のストライブドメインを情報格
納ループとする素子の場合、光学露光等によシ、磁性体
膜上に第３図のような斜線部分の形状７の部分に選択的
にイオン注入する。０．３μｍ巾のイオン注入領域内に
Ｈｅイオンを１６０　ｋＶで４　Ｘ　１０１”個／　ｒ
、＝ｌ及び１００　ｋＶで１．５Ｘ１０”個／ｃｈｆ　
注入した結果前例同様良好な結果を得た。この場合のイ
オン注入層の厚さはほぼ０．６μｍであった。

レーザーアニールの場合はアニールによって磁性体膜で
あるガーネット膜の飽和磁束密度（４πＭｓ）は増大す
る。このレーザーアニールされた領域でのバブルコラプ
ス磁界が上昇することから明らかなように、ドメインの
静磁エネルギー（ポテンシャル）はこの領域で減少する
。

出力２Ｗのアルゴンレーザをしぼり、はぼ４０μｍのス
ポットとして、試料を１ＣＴＬ／ｓで移動することによ
り、エネルギー（ポテンシャル）の低い領域を形成する
。本例ではレーザーアニールした領域がストライブドメ
インの存在領域となシ、アニールしない領域はエネルギ
ー（ポテンシャル）の高い領域と々る。第４図の斜線部
８以外の領域をレーザーアニールする。この領域に４本
のストライブドメインが容易に正規位置に伸長した。

以上の３例よシ明らかな如く、ストライブドメイン存在
領域と材料特性の異った領域の形状は第２図のように一
本のストライブドメインに沿って形成しても良いし、と
くにメジャーマイナー構成の場合には、第３図のような
マイナーループを形成するストライブドメイン１本毎に
沿って形成するほかに、第４回のように何本かのストラ
イブドメイン毎に形成しても良い。

又、ストライブドメイン存在領域と材料特性の異なった
領域は第２図のようにドメイン存在領域を囲んでいても
良いし、第３図、第４図のように一部が開いた状態でも
同様な効果を得られる。

以上のように本発明の磁気記憶素子では、情報転送ルー
プの形成が容易に行なえ、又、’ｌ’ｉ’Ｊ報転送時の
安定性も向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図はストライプドメインの磁壁上のプロッホライン
対を情報担体とする磁気記憶素子の構成図、第２図、第
３図、第４図は本発明の実施例の磁気記憶素子の要部を
示す図である。 １、発生器、２．マイ九−ループ、３．バブル、４、書
込みトランスファーゲー１−１５．　　読出しトランス
ファーゲート、６．磁性体膜厚を薄くした領域、７．磁
性体膜にイオン注入した領域、８、磁性体かにレーザー
アニールし外い領域。 笛ｌ　図 第　？　ゴ 第３回

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 情報読出し、書込み手段および情報蓄積手段を備え、か
   つ膜面に垂直な方向を磁化容易方向とする強磁性体膜（
   フェリ磁性体を含む）に存在するストライブドメインの
   境界のブロッホ磁壁の中に作った相隣る２つの垂直プロ
   ッホラインからなる垂直プロッホライン対を記憶単位と
   して用い、該ブロッホ磁壁内で該垂直プロッホラインを
   転送する手段を有する磁気記憶素子において、該強磁性
   体膜内の各ストライブドメインの存在領域の外側、又は
   複数のストライブドメインの存在領域の外側に該ストラ
   イブドメインの存在領域と比較してドメインの静磁エネ
   ルギーが大きい領域を浚テ＋ワ゛　　・　　　一般けた
   ことを特徴とする磁気記憶素子。