JPS5998374A - 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、イオン注入コンテイギユアスディスク
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
成するためのフォ）　ＩＪソゲ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（１３μｍ　といわれている。したが
って、０．３μｍ　下取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プへＶＢＬの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り、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り、マイナーループにト
ランスファーされた情報（ＶＢＬ）はマイナーループを
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。

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ブドメイン磁
壁にＶＢＬを書込む。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
とにより、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
異なり、再結合しやすい。そこで、情報を安定化できる
ように、ストライプドメインの長手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より、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／Ｌ／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″′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○ＶＢＬ対を使っている。マイナーループ内のビ
ット周期つまり、ＶＢＬ間隔を一定に保つように、１ビ
ツト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Ｓ。の２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
用した。ＶＢＬのマイナーループ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ファ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、マイナーループ
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ビ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に固定する。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
を切りとり、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プドメインヘッドには切りとったＶ
ＢＬと同じＶＢＬが構成される。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。マイナーループのストライプ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。ここではストライプドメインヘッドにＶ
ＢＬがある場合とない場合とでストライプドメインヘッ
ドを切り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ＶＢ
Ｌがある場合に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。

つ丈り、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。

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Ｈ
ｉｐを加えて、消去したいＶＢＬ対と、そのとなりのＶ
ＢＬ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を切りとるために
用いた平行コンダクタ−を使ってストライプドメインヘ
ッドを切りとる。バブルドメインを切りとったあとのス
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ＶＢＩ、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
消云したあと、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
い全ピット零の状態を作ることができる。

以上述べたような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ＶＢＬ対を記憶情報単位に用いる磁気記
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、情報書込み手段およ
び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（フエ１Ｊｌａ性体膜を倉む）に存
在するストライプドメイン周辺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情報単位として用いる磁気記憶素子
であって、前記強磁性体膜上に直接又は絶縁層を介して
導体層が設けられ、さらに該導体層にストライブドメイ
ン周辺のブロッホ磁壁上ζこ対応する位置に周期的な開
孔パタンか形成されており、該導体層にストライプドメ
インの長手方向と垂直な向きに両極性の電流パルスを印
訓し得る手段を備えた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。

第１図は本発明に係るストライプドメイン及びＶＢＬ対
の構造を示す斜視図である。第１図において強磁性体膜
１の内部にストライプドメイン３が形成されており、そ
の外周部にブロッホ磁壁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、９はバイア
ス磁界の向き、１０はブロッホ磁壁内の磁化の向きであ
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つの力のつり合いから決まる
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
り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り、
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、外部より矢印６０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
２０の向きに移動する。第１及び第２のＶＢＬはブロッ
ホ磁壁４の移動に帰因したジャイロフォースを受は矢印
２１の向きに転送される。

次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第２図（ａ）は本発明の第１の実施を示す平面図、第２
図（ｂ）は第２図（ａ）の破線１５部分の断面図である
。

第２図において、強磁性体膜１の表面上に導体層２が形
成されており、該導体層２にはストライプドメイン３周
辺のブロッホ磁壁４と対応する位置に周期的に開孔パタ
ン１１が形成されている。５゜６はそれぞれ第１及び第
２の垂直プロッホライン、７は垂直プロッホライン対、
８は磁化の向き、９及び６０はパルスバイアス磁界の向
き、１０はブロッホ磁壁内の磁化の向きを示す。

第３図は第２　Ｍ（ａ）の破線１４で囲った部分を拡大
した図である。以下、第３図を用いて本発明の原理を詳
細に説明する。第３図（ａ）、第３図（ｂ）、第３図（
Ｃ）は、本発明を用いたＶＢＬ対の転送状態を時間を追
って表わしている。第３図において３０　、３１　。

３２．３３はＶＢＬ捕捉せしめるべき位置を表わしてい
る。第３図（ａ）ホ導体層２に矢印１７で示される向き
の電流パルスを印加した状態を表わしている。

導体層２の中の電流分布は開孔パタン１１によって局所
的に乱され、この電流分布の乱れによって３０゜３１の
位置には各々矢印３４　、３５で示される向きの磁界が
誘起される。第１図で説明したように第１のＶＢＬ　５
には正の磁荷が、また、第２のＶＢＬ　５には負の磁荷
が生じている。したがって第１のＶＢＬ　　５に対して
は３０　（及び３２）の位置が、また、第２のＶＢＬ　
６に対しては３１（及び３３）の位置が磁気的ポテンシ
ャルエネルギー分布の谷になりＶＢＬ対７は第３図（ａ
）に示されるような位置に安定に捕捉される。この状態
でストライプドメイン内対して矢印６０で示される向き
のパルス磁界を印加すると第１及び第２のＶＢＬは矢印
３９の向きのジャイロフォースを受ける。この時、さら
に導体層に印加する電流パルスの向きを第３図（ｂ）の
矢印１８で示される向きに変えると、電流分布の乱れに
よって３０　、３１　、３２　、３３の位置に誘起され
る磁界の向きが矢印３６　、３７で示されるように反転
する。このため、第１のＶＢＬ　５に対しては３０（及
び３２）の位置が、また、第２のＶＢＬ　６に対しては
３１（及び３２）の位置が不安定位置となり、ＶＢＬ対
７は前記のジャイロフォースによって第３図（ｂ）に示
される安定位置へと転送される。引き続き矢印６ｏで示
される向きのパルス磁界を印加すると同時に電流パルス
の向きを再び第３図（ｃ）の矢印１９で示される向きに
変えると第１のＶＢＬ５に対しては３１（及び３３）の
位置が、また第２のＶＢ’Ｌ　６に対しては３２（及び
３０）の位置が不安定位置となるためＶＢＬ対７は矢印
４０の向きのジャイロフォースによって第３図（Ｃ）に
示される安定位置へと転送される。

以上のような本発明の原理を用いればストライブトメイ
ンのブロッホ磁壁に沿ってＶＢＬ対を制御性よく安定に
転送することができる。

第４図（ａ）は本発明の第２の実施例を示す平面図、第
４図（ｂ）は第４図（ａ）の破線１５部分の断面図であ
る。

本実施例では開孔パタン１１がストライプドメインの両
側のブロッホ磁壁を橋絡するように形成されている。本
実施例の場合には、開孔パタンの長手方向のエツジ１２
がパルス磁界を印加したときのブロッホ磁壁の移動方向
と同方向に形成されているためブロッホ磁壁の移動が開
孔パタンによって防げられずＶＢＬの転送も安定に行な
われる。

第５図（ａ）は本発明の第３の実施例を示す平面図、第
５’ｇｌＣ＋））は第５図（ａ）の破線１５部分の断面
図である。

本実施例では強磁性体膜１と導体層２との間に絶縁層１
６を設けている。本実施例を用いれば導体層のストレス
により開孔パタン周囲に生じる局所的な磁壁エネルギー
の変化によってＶＢＬ対の安定な転送が妨げられるのを
防ぐことができる。

゛第６図は第２図、第４図、第５図の実施例に対し共通
に用いられる両極性の電流パルスを印加し得る手段の実
施例を示すブロック図である。第６図において５０は正
極性の電流パルスを発生するパルス発生部、５１は負極
性の電流パルスを発生するパルス発生部、５２はパルス
発生部５０　、５１からの電流パルスを所定の時間間隔
で交互に発生させる制御部である。５３の電流端子と第
２図、第４図、第５図に示される導体層２とを電気的に
接続すれば導体層２に両極性の電流パルスを印加するこ
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を記憶情報単位として用い
る磁気記憶素子の構造の一部を示す斜視図、第２図（ａ
）、第２図（ｂ）は各々本発明の第１の実施例の磁気記
憶素子の構造の一部を示す平面図及び断面図、第３図（
ａ）、第３図（ｂ）、第３図（Ｃ）は前記本発明の第１
の実施例の拡大図、第４図（ａ）、第４図（ｂ）は本発
明の第２の実施例の磁気記憶素子の構造の一部を示す平
面図及び断面図、第５図（ａ）、第５図（ｂ）は本発明
の第３の実施例の磁気記憶素子の構造の一部を示す平面
図及び断面図、第６図は本発明の磁気記憶素子に用いる
電流パルス印加手段の実施例の一部を示すブロック図で
ある。 第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図の各
図において、１は強磁性体膜、２は導体層、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はストライプドメイン内の磁化の
向き、９はバイアス磁界の向き、１０はブロッホ磁壁内
の磁化の向き、１１は開孔パタン、１６は絶縁層、１７
，１８．１９は電流パルスの向き、２０はブロッホ磁壁
の移動方向、２１は垂直プロッホライン対の転送方向、
３０　、３１　。 ３２　、３３は垂直プロッホラインを捕捉する位ａｔ、
３．Ｌ３５　、３６　、３７は局所的な磁界の向き、３
９　、４０はジャイロフォースの向き、５０は正極性の
電流パルスを発生するパルス発生部、５１は負極性の電
流パルスを発生するパルス発生部、５２は制御部、５３
は電流端子、６０はパルス磁界の向きである。 −）−一／ ７ ギ　３　図 字　５　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 情報読出し手段、情報書込み手段および情報蓄積手段を
   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（フエＩＪ磁性体膜を含む）に存在するストライプド
   メイン周辺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
   情報単位として用いる磁気記憶素子であって、前記強磁
   性体、膜上に直接又は絶縁層を介して導体層が設けられ
   、さらに該導体層にストライプドメイン周辺のブロッホ
   磁壁に対応する位置に周期的な開孔パタンか形成されて
   おり、該導体層にストライプドメインの長手方向と垂直
   な向きに両極性の電流パルスを印加し得る手段を備えた
   ことを特徴とする磁気記憶素子。