JPS5998373A - 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
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し、更に詳
しくは前記垂直プロッホラインをブロッホ磁壁の中で安
定に転送する手段を有する磁気記憶素子に係るものであ
る。

磁気バブル素子の開発は高密度化を１指して各所でパー
マロイデバイス、イオン注入コンティギ＝アディスクデ
バイス、電流駆動デバイスおよびこれらを組合せたいわ
ゆる混成屋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
するだめのフォ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、０．３μｍμｍ下のバブルを保持するバブル材料は
ガーネッ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、新ら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、膜面に垂直な方向を
磁化容易方向とする強磁性体膜（フェリ磁性体膜を含む
）に存在するストライプドメインの周辺のブロッホ磁壁
の中に作った相隣合う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情報単位として用い、該
垂直プロッホラインをブロッホ磁壁内で転送する手段を
有することを特徴とする。

この素子の構成をメジャーマイナー構成とする場合、メ
ジャーラインでは従来通シバプ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爾成し、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
（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、発生器で簀込まれた情報（バブ
ルの有無）は書込みメジャーラインを移動する。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
で示されたメジャーライン上の情報をマイナールーズへ
ＶＢＬＯ形でトランスファーできるように、マイナール
ープをＶＢＬ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シ、記憶容量の飛躍的向上の重要な
カギになっている。

書込みライントランスファーゲートによシ、マイナール
ープにトランスファーされた情報（ＶＢＬ）はマイナー
ルーズを構成するストライプドメイン磁壁土を移動させ
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はブ
ロックレプリケータ機能も合せ持っている。

この素子の構成についてさらに詳しく説明する。

メジャーラインは簀込み、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１、ストライプドメインヘッド
との相互作用を用いている。メジャーライン方千ケ上に
バブルドメインがあると、それにつながるマイナールー
ズを構成しているストライプドメインのヘッドはバブル
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。書込みメジャーライ
ンにバブルがないとき、マイナールーズのストライプド
メイン磁壁にＶＢＬを誓込む。

ＶＢＬをストライプドメインヘッドに作る手段として、
ストライプ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
ゃすい。

そこで、情報を安定化できる−ようにストライプドメイ
ンの長平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−によってストライプドメインヘッ
ドを切離すことにょシ、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
るマイナールーズのストライプ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ＩＩ　Ｉ　１１をマイナーループ内にＶ
ＢＬ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（９ＶＢＬ対を使っている。

マイナーループ内のビット周期っまシ、ＶＢＬ間隔を一
定に保つように、１ビツトずつ選択転送できるように転
送パターンをつける。−例として、上記マイナールーズ
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Ｓｏの２倍
の周期で、幅Ｓｏ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Ｖ
ＢＬとの相互作用を利用した。ＶＢＬのマイナールーズ
に沿っ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ックに行なう
。

３本の平行コンダクタ−からなる読出しトランス７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、マイナールーズ上の情報が破壊されないようにする
レプリケータ−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ピ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ッド罠固定する。その
後コンダクタ−パターンを用いて、このストライプドメ
インヘッドを切夛とシ、バブルにする。そうすると、バ
ブルを切夛とった後のストライプドメインヘッドには切
夛とったＶＢＬと同じＶＢＬが再成される。このよう１
ＶＢＬのレグリケード作用はマイナス符号のＶＢＬに対
してのみ生じる。

マイナールーズのストライプドメインヘッドから切夛と
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ζではストライプドメインヘッドにＶＢＬか
ある場合とない場合とでストライプドメインヘッドを幼
少とる。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ッドにＶＢＬがない場合は切れにく
い。したがって、ストライプドメインヘッドにＶＢＬが
ある場合はメジャーラインにバブルを送シ込めるが、Ｖ
ＢＬがない場合はバブルはない。つまシ、マイナールー
ズ上の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。

ＶＢＬ対の消去法について述べる。消去したいＶＢＬ対
を書込みメジャーライン側のマイナールーズのストライ
プドメインヘッドの最近接位置におく。次に面内磁界Ｊ
（ｉｐを加えて、消去したいＶＢＬ対と、そのとなシの
ＶＢＬ対の片割れをストライプ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を切夛とるため
に用いた平行コンダクタ−を使ってストライプドメイン
ヘッドを切夛とる。バブルドメインを切夛とったあとの
ストライプ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がレグリケードされる。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之イブドメ
インを形成することによシ、ＶＢＬが全熱ない全ピット
零の状態を作ることができる。

このようなＶＢＬを情報記憶単位として用いる磁気記憶
素子を実現する上で必須の機能の一つは、ブロッホ磁壁
の中の垂直プロッホライン対（以下ＶＢＬ対と呼ぶ）を
制御性よく転送することである。

本発明はブロッホ磁壁の中のＶＢＬ対をきわめて制御性
よく転送し得る磁気記憶素子を提供することを目的とす
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（フェリ磁性膜をイン対を記憶情報単位
として用い、該垂直プロッホラインをブロッホ磁壁内で
転送する手段を有することを特徴とする磁気記憶素子で
あって、前記強磁性体膜の表面又は内部に、前記各スト
ライプドメインに対応して該ストライプドメインと一部
が重なる位置に軟磁性層が形成され、かつ該軟磁性層の
外周には周期的な凹凸部が形成されておシ、しかも該凹
凸部は前記ストライプドメイン周辺のブロッホ磁壁がそ
の凸部を横切る位置に配置されてい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詳細な説明する。

Ｍ１図は磁気記憶素子中のスト２イブドメイン及びＶＢ
Ｌ対を示す斜視図である。第１図において強磁性体膜ｌ
の内部にストライプドメイン３が存在し、その境界部に
ブロッホ磁壁４が存在している。５は第１の垂直プロッ
ホライン（以下、第１のＶＢＬと呼ぶ）、６は第２の垂
直プロッホライン（以下、第２のＶＢＬと呼ぶ）、７は
第１のＶＢＬと第２のＶＢＬとによって構成される垂直
プロッホライン対（以下、ＶＢＬ対と呼ぶ）、８はスト
ライプドメイン内の磁化の向きを衣わす矢印、９はバイ
アス磁界の向きを表わす矢印である。

第１のＶＢＬと第２のＶＢＬとの間には静磁気的相互作
用に起因した吸引力及び交換相互作用に起因した反発力
がはたらく。これら２つの力のっシ合いから決まる２つ
のＶＢＬ間の安定距離はほぼ強磁性体膜の特性長に等し
くなる。第１のＶＢＬと第２のＶＢＬは、この安定距離
を隔ててＶＢＬ対７を形成する。ブロッホ磁壁４に沿っ
て記している矢印は磁化の向きを表わしている。第１の
ＶＢＬの所ではブロッホ磁壁内の磁化が向き合っておシ
ここには正の磁荷が生じている。一方、第２のＶＢＬの
所ではブロッホ磁壁内の磁化が逆方向を向いておシ、こ
こには負の磁荷が生じている。

ストライプドメインに対し、外部よシ矢印８で示される
向きのパルス磁界を印加するとブロッホ磁壁４は矢印２
ｏの向きに移動する。第１及び第２のＶＢＬはブロッホ
磁壁４の移動に起因したジャイロ７オースを受は矢印２
１の向きに転送される。

第２図（ａ）、第２図（ｂ）は各々不発明の実施の一例
を示す平面図及び側面図でるる。第２図において１０．
１１はＶＪ３Ｌの位置、１２．１３は各々ストライプド
メインの第１及び第２のブロッホ磁壁、２は軟磁性層、
１４は軟磁性層外周に設けた凹部、１５は軟磁性層のエ
ツジ部ｆｉ＝表わしている。

以下、第２図（ａ）の平面図を用いて本発明の詳細な説
明する。

軟磁性層２はストライプドメイン３がらの浮遊磁界によ
って磁化されるため、軟磁性層２とストライプドメイン
３の間には磁気的な吸引力がはたらき、ストライプドメ
イン３は軟磁性層３の下に安定に捕捉される。また、第
１図を用いで説明したようにＶＢＬ対を形成している第
１のＶＢＬ　５及び第２のＶＢＬ６の所には磁荷が生じ
ておル、との磁荷から浮遊磁界が発生している。軟磁性
層２はこの浮遊磁界によって局所的に磁化されるために
軟磁性層２のエツジ部１５に磁荷が誘起される。このよ
うな磁気的相互作用によシ、第１及び第２のＶＢＬとエ
ツジ部１５との間にはエツジ部の方向と垂直な方向の吸
引力が作用する。

一方、軟磁性層２の外周部の凹部１４はブロッホ磁壁と
垂直々エツジ部を有するため、該凹部１４はブロッホ壁
に沿った磁気的ポテンシャルエネルギーの谷となシ、Ｖ
ＢＬ対は第２図（ｂ）に示されるように、凹部１４の中
に安定に捕捉される。

今、ＶＢＬ対が第１のプ日ツホ磁壁内の位置１０にある
場合を考える。第１図で説明したように、ＶＢＬ対はス
トライプドメインに矢印８で示される向きのパルス磁界
を印加することによシ矢印２２の向きの駆動力を受ける
。パルス磁界の振幅及びパルス幅を適当な値に設定すれ
ば、ＶＢＬ対を右隣シの凹部、すなわち１１の位置まで
転送し、パルスが切れた後には凹部の磁気的ポテンシャ
ルの谷によって１１の位置に安定に捕捉させておくこと
ができる。ＶＢＬ対が第２のブロッホ磁壁の中にある場
合には、ＶＢＬ対は矢印８の向きのパルス磁界によって
矢印２３の向きの駆動力を受ける。このため、軟磁性層
２の凹部１４に捕捉されている第２のブロッホ磁壁１３
内のＶＢＬ対は左隣シの切夛込み部１４に転送される。

以上のような本発明の原理を用いればストライプドメイ
ン周辺のブロッホ磁壁に沿ってＶＢＬ対を一定の距離だ
け安定に転送することができる。

第３図（ａ）、第３図（ｂ）は各々本発明の第２の実施
例を示す平面図及び断面図である。第３図で１６は強磁
性体膜１に選択的にイオン注入を施すことによ）形成し
た軟磁性層である。軟磁性層１６の中の磁化はイオン注
入に伴なう逆磁歪効果によって膜面内方向を向いている
。したがって第１及び第２のＶＢＬ　５．６と軟磁性層
１６のエッ′ジ部１５との間には磁気的な吸引力がはた
らき、第２図を用いて説明した原理にもとづきＶＢＬ対
を制御性よく転送することができる。

第４図（ａ）、第４図（ｂ）は各々本発明の第３の実施
例を示す平面図及び断面図である。第４図で１７は軟磁
性垂直磁化層、１８は該軟磁性垂直磁化層１７に選択的
にイオン注入を施すことによ多形成した軟磁性層である
。軟磁性層１８内の磁化はイオン注入に伴なう逆磁歪効
果によって膜面内方向を向いている。したがって第１及
び第２のＶＢＬと軟磁性層１８のエツジ部１５との間に
は磁気的な吸引力がはたらき、第２図を用いて説明した
原理にもとづきＶＢＬ対を制御性よく転送することがで
きる。

第５図（ａ）、第５図（ｂ）は各々本発明の第４の実施
例を示す平面図及び側面図である。第５図で１９は軟磁
性Ｐｉ２に形成した突起部である。突起部１９はブロッ
ホ磁壁と垂直なエツジ部を有するため第３図を用いて説
明したと同様の原理にもとづいてＶＢＬ対を制御性よく
転送することができる。

以上のように本発明を用いればストライプドメイン周囲
のブロッホ磁壁内のＶＢＬ対を軟磁性層ｌの外周部に形
成した凹部または凸起部の配列周期によって制御性よく
安定に転送することが可能であシ、非常に信頼性の高い
磁気記憶素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は垂直プロッホラインの構造を示す斜視図、第２
図（ａ）、第２図（ｂ）は本発明の第１の実施例を示す
平面図及び側面図、第３図（ａｌ、第３図（ｂ）は本発
明の第２の実施例を示す平面図及び断面図、第４図（ａ
）、第４図（ｂ）は本発明の第３の実施例を示す平面図
及び側面図、第５図（ａ）、第５図（ｂ）は本発明の第
４の実施例を示す平面図及び側面図である。 第１図、第２図、第３図、第４図、第５図の各図におい
て、１は強磁性体膜、２，１６．１８は軟磁性層１．３
はストライプドメイン、４はブロッホ磁壁、５は第１の
垂直プロッホライン、６は第２の垂直プロッホライン、
７は垂直プロッホライン対、８はスト２イブドメイン内
の磁化の向きを表わす矢印、９はバイアス磁界の向きを
表わす矢印、１０．１１は垂直プロッホライン対の位置
、１２．１３は各々第１及び第２のブロッホ磁壁、１４
は軟磁性層外周部に設けた凹部、１５は軟磁性層のエツ
ジ部、１７は垂直磁化膜、１９は軟磁性層に設けた凸部
、２０はブロッホ磁壁の運動方向を表わす矢印、２１は
垂直プロッホライン対の転送方向を表わす矢印、２２．
２３は垂直プロッホライン対の受けるジャイロフォース
の向きを表わす矢印である。 等　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
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（
   フェリ磁性膜を含む）に存在するストライプドメインの
   周辺のブロッホ磁壁の中に作った相隣合う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情報
   単位として用い、該垂直プロッホラインをブロッホ磁壁
   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
   子であって、前記強磁性体膜の表面又は内部に、前記各
   ストライプドメインに対応して該ストライプドメインと
   一部が重なる位置に軟磁性層が形成され、かつ該軟磁性
   層の外周には周期的な凹凸部が形成されておシ、しかも
   該凹凸部は前記ストライプドメイン周辺のブロッホ磁壁
   がその凸部を横切る位置に配置されていることを特徴と
   する磁気記憶素子。