JPS5998375A - 書込みトランスフア−ゲ−ト - 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薄
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新規な磁気記憶素子に形成
される書込みトランスファーゲートに関する。

磁気バブル素子の開発は高＠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たい
わゆる混成捜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、バブル転送路全形
成するだ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、高密度化のだめの材料すなわち、バブル径を
どこまで小さくできるかが問題親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
界全大幅に改善し、かつ、情報読出し時間は従来の素子
と同程贋に保つことができる、新らたな記憶素子が従業
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・ヤ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（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、壕ず、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上から下へ移動
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１ＶＢＩ、’、（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
ファーゲートによシ、マイナールーズにトランスファー
された情報（ＶＢＬ）はマイナーループｔｓ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
リケーク機能も合せ持っている。

このようにマイナーループ全バブル材料に存在するスト
ライブドメインで構成し、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シにＶＢＬ’に用いること
によシ、従来のバブルドメインを用いた素子に比較して
約２桁の記憶密度向上全達成できる。

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全
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ｆ：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。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Ｖ
ＢＬ’ｅ書込む。ＶＢＬ’ｉ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′直流を与えるこ
とによシ、ダイナミックに移動させ、ヘッド部磁垢ヲダ
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、朽結合しやすい。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”ｌ”ｅ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ｅＶＢＬ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ビツトずつ遂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ＳＯのノ（−マロイ薄膜で作った平行細線
）くターンを形成し、平行細線の両側に誘起される磁極
とＶＢＬとの相互作用全利用している。

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、ストライブドメインにノくルスノ（イアス磁界を
加えてダイナミックに行なった。

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８壁にＶＢＬとして記憶されている情報全バブルに
変換してメジャーラインにトランスファーアットし、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。

動作原理全説明する。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幼少とシ、バブル
にする。そうすると、バブルを幼少とりた後のストライ
プドメインヘッドには幼少とったＶＢＬ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。

マイナールーズのストライプドメインヘッドかう切）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ＶＢＬ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ＶＢＬが
ある場合はメジャーラインにバブル管送り込めるが、Ｖ
ＢＬがない場合はバブルはなし。つまシ、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ｆ
（ｉｐ金加えて、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、外報書込みの隙、プラスのＶＢＬ　’ｉ切切夛る
ために用いた平行コンダクタ−を使ってストライプドメ
インヘッドを幼少とる。バブルドメインを切）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。

々お、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ブドメインを−Ｈ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シ、ＶＢＬが全体ない全
ピット零の状態を作ることができる。

このような磁気記憶素子に情報を書込むトランスファー
ゲートに関し、前述の構成例では４本の導体からなシ書
込みメジャーラインに磁気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のブロッホ磁壁にＶＢＬを書
込む場合を示したが本発明は磁気バブルがある場合にこ
れをブロッホ磁壁中にＶＢＬとして制御性よく書込むト
ランスファーゲー）Ｔｈ提供するものでおる。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、膜面に画面な方向を磁化容易方間とす右強磁
性体膜（フェリ磁性体膜を含む）に存在するストライブ
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
全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
磁気記憶素子に形成される書込みトランスファーゲート
であって、磁気バブルをストライプドメイン先端の近傍
部に保持するチャネルと前記ストライプドメイン先端部
と磁気バブルｆｔ合む領域にパルスバイアス磁界を印加
する導体を有することを特徴とする書込みトランスファ
ーゲートである。

次に本発明を図面を用いて詳細に説明する。第１図は本
発明を適用すべき磁気記憶素子の概略図である。磁気バ
ブル全保持し得る垂（−一帖異方性を持つ強磁性体膜１
にストライプドメイン２が配列している。ストライプド
メイン２の内部の磁化は矢印２１で、下す方向を向き、
外部の磁化は矢印１１で示す方向を向いている。ストラ
イプドメイン２は境界を形成するブロッホ磁壁２２で囲
まれている。ブロッホ磁壁２２にはＶＢＬ対４対合５憶
情報単位として貯えられる。ＶＢＬ対の長さは前述の如
く材料ｌの特性長ｌの程度であるためこのブロッホ磁壁
２２にはきわめて多数のＶＢＬ　ｉ貯えることが出来る
。ストライプ状磁区２の先端部分２４には本発明の情報
書込み手段３が設けられている。

第２図は情報単位であるＶＢＬ対を貯えるべきストライ
プドメイン２及びその周囲のブロッホ磁壁２２の拡大図
を第１図の２３で示す箇所での断面の左９１ｔｌ　’に
模式的に示すものである。ストライプドメインの内外で
は磁化方向は、２３で示す線上の矢印で示す様に磁壁面
内で回転しながら変化している。

ブロッホ磁壁２２の中心面では磁化は完全に磁区内外の
磁化方向と直角になっている。以後ブロッホ磁壁内の磁
化方向は磁壁中心面での磁化方向で代表させる。ＶＢＬ
は、磁壁中心面の磁化方向が磁壁内で局所的に回転し、
磁壁面に垂直に向いた箇所を論う。ＶＢＬには磁壁の磁
化方向が４０’、４２．４１と回転する正磁性が生じる
ＶＢＬと磁壁の磁化方向が４１．４３．４０“と回転す
る負磁性が生じるＶＢＬがあシ、これらは互に安定なＶ
ＢＬ対４対合５成する。これが情報の基本単位となる。

このＶＢＬ対はブロッホ磁壁内を磁壁の移動に伴なうジ
ャイロフォース（２−フォース）を受けて容易に移動す
ることが出来る。本発明は、このストライプ状磁区の先
端部分２４にＶＢＬ対を形成する手段である。

次に実施例を用いて本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明の第１の実施例を示す図である。

本実施例は第３図（Ｎで示すが如（ＶＢＬ対を情報単位
として貯え得るプロッ°ホ磁壁２２をもつストライプド
メイン２の先端部２４の磁壁内磁化方向は矢印４０で示
す向きである。このストライプドメイン先端部２４の近
傍に、磁壁５１内の磁化方向が矢印４０と逆向きの矢印
５０で示される向きの単一回転磁化の磁壁構造をもつ磁
気バブル５を配し、ストライプドメイン先端部２４と磁
気バブル５を囲む様に局所的パルスバイアス磁場印加手
段３１が設けられている。本実施例でのパルスバイアス
磁場印加手段３１はヘアピン状導体パターンでちゃ、こ
れは又、ストライプドメイン先端部２４と近傍の磁気バ
ブルの位置がずれない様に設定するチャネルにもなって
いる。

ストライプドメインのブロッホ７ａ壁２２にＶＢＬ対を
書き込むには次の様に行なう。パルスバイアス磁場印加
手段であるヘアピン状導体３１に第３図（Ｂ）に示す矢
印３２の方向に電流を印加する。ヘアピン状導体に囲ま
れる部分６には矢印２１で示す方向のバイアス磁場が発
生し、磁気パズル及びストライプドメインは拡がろうと
する。しかし、導体３１は位置固定チャネルでもあるの
で、夫々の磁区はヘアピン状導体外へは拡がれず、スト
ライプドメインの先端部分２４及び磁気バブルはヘアピ
ン状導体に囲まれる部分６内で互に近づき５２で示す位
置に互いの磁壁５１，２’２が接する。磁壁の接した接
合部分５２では夫々の磁壁に対してストライプドメイン
先端部２４の磁区内外での磁化の回転と、磁気バブル５
内外での磁化回転とは互に逆方向の回転であるため、磁
化の回転が容易に解け、接合部分５２の磁気は第３図（
Ｃ）に示す様に消滅し、一つのストライプドメインに融
合する。

しかし、磁壁の：１４造は、始めの各磁壁中心の磁化方
向４０及び５１を反映して、接合部分５２に対応するブ
ロッホ磁壁２２に、磁壁中心の磁化方向が４１．４２，
４０′と回転した正磁性をもっＶＢＬ４２と４１　、４
３　、４０“と回転した負磁性をもっＶＢＬ４３が生じ
る。パルスバイアスａ場ｉ：Ｉｊ加用の電流３２を停止
すると第３図（Ｄ）に示す様にＶＢＬ４２．　■ＢＬ４
３の異なる磁性が吸引し合い安定なＶＢＬ対４対合５成
される。即ち、ストライプドメイン２のブロッホ磁壁２
２に記憶情報単位のＶＢＬ対が書き込まれる。

以上に述べた様に本発明の情報書き込みトランスファー
ゲートは、情報を貯えるべきブロッホ磁壁をもつストラ
イプドメインの先端部２４の磁壁内磁化の向き４０と逆
向きの磁化方向５０をもつ単一回転磁壁構造の磁気バブ
ル５を、前記先頭部に位置せしめ、両者同時に局所的な
パルスバイアス磁場を印加する手段を持つことを特徴と
している。

次に本発明の第２の実施例を第４図を用いて説明する。

本実施例では第４図（Ａｌに示す様に、パルスバイアス
磁場印加手段が３１．３１’で示す平行導体バタンで構
成されている。パルスバイアス磁場印加時に、磁気バブ
ル５の位置がストライプドメイン２の先頭部分２４から
ずれない様に設定するチャネル３０が設けられている。

このチャネル３０は、磁性材料１のストライプドメイン
先端部近傍に該磁性材料の状態を直線状に変えることに
よＩ）得られる。膜面の状態は、膜厚を例えばイオンエ
ッチ等で変化させる刻惑法、イオン注入等によシ磁気異
方性や飽和磁化を変化させるイオン注入法、パーマロイ
等の強磁性材体ストライプを用いる方法等の公知技術を
用いて容易に変えることが出来る。

本実施例に於いて、情報書き込み用の磁気バブル５のブ
ロッホ磁壁５１の磁化方向５０と、情報の書き込まれる
べきストライプドメイン２の先端部２４のブロッホ磁壁
２２の磁化方向４０とは互に逆向きである。バブル磁区
５．ストライプ状磁区２の内外の磁化方向は夫々２１．
１１の矢印の向きである。

ストライプ状磁区２の先端部２４のブロッホ磁壁２２に
ＶＢＬ対を書き込む方法は原理的には第１の実施例の場
合と伺ら異るものではない。第Ｖ図（Ｂ）の様に、パル
スバイアス磁場発生用の電流を矢印３２．３２’の向き
にそれぞれ導体バタン３１．３’ｌ’に印加する。平行
導体内部６には矢印２１の向きのバイアス磁場発生し、
磁気バブル５及びストライプドメイン２の先端部２４は
拡がシ、互に磁壁が接合部５２で接する。このとき導体
バタン３１′の外部では矢印２１と逆向のバイアス磁場
が発生し、ストライプドメインの導体外部に接した部分
５３は縮む。しかし、平行導体の外部は内部に比ベバイ
アス磁場成分の強度が弱いこと、及び前記ストライプド
メインの導体外部に接した部分５３の両側の磁壁の磁化
回転が同じ向きであるため、この部分では磁壁の接合は
生じない。従って第Ｖ図（Ｃ）に示す様に平行導体内部
６でのみ磁壁の接合が生じ、ブロッホ磁壁２２中にＶＢ
Ｌ４２，４３が注入される。

バイアス磁場発生用の電流を停止すると第７図（Ｄ）に
示す様に二つのＶＢＬは互に吸引しあって一つのＶＢＬ
対を形成する。即ち、情報単位とし、てのＶＢＬ対がス
トライプドメインのブロッホ磁壁に書込まれたことにな
る。

なお単一回転磁化の磁壁構造を持つ磁気バブルの発生、
転送、さらにストライプドメイン先端部近傍への移送は
以下のようにして行なう。

第５図は磁気バブル発生転送手段の実施例である。本実
施例では、磁気バブル転送手段として数字７０で示す面
内磁場ＨＲの回転によシ順次磁化する軟磁性体バタン列
７３を用いている。軟磁性体バタン列としては、すでに
公知であるＴ−ｂａｒ、シェブロン、非対称シェブロン
、ハーフディスク、Ｙ−Ｙ型等のいづれを用いても磁気
バブル転送路７を形成することが出来る。情報としての
磁気バブルは、前記転送路中に設けたニュークリエーシ
ョン（核化）型磁気バブル発生手段８１によって選択的
に発生させる。本実施例ではバブル発生手段８１はヘア
ピン状導体バタンで構成する。核化発生した磁気バブル
５の磁壁構造は必ずしも単一回転磁化磁壁構造であると
は限らない。本発明のＶＢＬ対注入方法を適用するには
磁気バブル５の磁壁構造を単一回転磁化構造に整える必
要がある。このために、転送路７の途中に磁壁調整手段
８０を設けておく。磁壁調整手段８０は、次の様に構成
される。局部的面内磁場発生手段８０ａ（これは軟磁性
体バタン７３からの漏洩磁場若しくは面内回転磁場を用
いる）及びパルスバイアス磁場発生手段８０Ｃ（ヘアピ
ン導体バタンを用いる）並びに、イオン注入若しくは交
換相互作用で軟磁性材料表面で結合した面内磁化膜部分
８′Ｏｂから構成されている。

磁壁構造を単一回転磁化に調整するには次の様に行なう
。まず任意の磁壁構造の磁気バブルを磁壁調整手段８０
に転送する。次に書き込み制御部１２の制御によシ面内
磁場印加の下でパルスバイアＣ磁場を該磁気バブルに印
加する。すると該磁気バブルの磁壁構造はすでに公知の
様にＶＢＬを２本もつσや若しくはσ−に変換する。次
に面内磁場をＯにしてパルスバイアス磁場を印加すると
σヤ若しくはσ−状態の磁気バブルは単一回転磁化磁壁
構造のχや若しくはχ−バブルになるχやとχ−は磁壁
内磁化方向が異っている。次に短かいパルスバイアス磁
場を更に印加すると、磁場の極性によって面内磁化膜の
ためにその反対側の底面よシ発生した水平プロッホライ
ンのパンチスルーによシ、χや又はχ−のどちらかの磁
壁内磁化は反転し、磁Ｖ状態は一つの状態に揃う。この
最終状態はパルスバイアス磁場の極性で制御出来ること
はすでに知られている。

次に、磁気バブル転送路からストライプドメイ回転磁壁
構造の磁気バブルが情報に応じて転送路７を転送し、ス
トライプ状磁区２の先頭部２４に対応する転送バタン７
３′に来たとき、その近傍に設けた例えばヘアピン導体
よシなる磁気バブル移送手段９に第σ図（Ｂ）の工、で
示す電流を印加する。

移送手段９は、磁気バブル位置固定手段（磁気バブル保
持チャネル）３′と共通部分をもっているため、その固
定手段３′に磁気バブルは移送される。

その位置固定手段３′は、パルスバイアス磁場印加手段
３と共通であるため、次いて第６図（Ｂ）の工。

で示す電流を印加すると、第３図に示した原理に基き、
ストライプ状磁区２のブロッホ磁ｗ２２ｖｃＶＢＬ対が
書き込まれる。

以上の様に本発明を用いれば、ストライプ状磁区のブロ
ッホ磁壁にＶＢＬ対を容易に書き込むことが出来る。従
ってＶＢＬ対を情報単位として用いる高密度磁気記憶素
子の書込みトランスファーゲートとして本発明は優れた
ものである。更に本発明を用いれば、ＶＢＬ対は、１ケ
の磁気バブルに対応しているため、磁気バブル情報をそ
のまま対応よ（ＶＢＬ対情報に変換することが可能とな
る。以上の説明に於いて磁気バブルの発生手段はヘアピ
ン導体にかざるものではなく、軟磁性体バタンを用いた
分割型でも良い。また、磁気バブル転送路としては、イ
オン注入法によるコンティギーアスディスクバタンでも
良いことは勿論である。

ライブ状磁区、３は局所的パルスバイアス印加手段、３
′は磁気バブル保持チャネル、５，５′は磁気バブル、
６は導体バタン内部のパルスバイアス印加部分、６′は
導体バタン外部である。７は磁気バブル転送路、１１は
ストライプ状磁区外の磁化方向を示す矢印、１２は書込
み制御部、２１は磁区内磁化方向を示す矢印、２２はス
トライプ状磁区のブロッホ磁壁、２３はストライプ磁区
の断面を示す仮想憩、２４はストライプドメイン先端部
、３ｏはチャネル形成バタン、３１．３１’は導体バタ
ン、３２．３２’は電流パルス方向の矢印、４０．４０
’、４０“、４１は磁壁中心の磁化方向、４２．４３は
垂直プロッホライン、４５は垂直プロッホライン対、５
ｏは磁気バブルの磁壁内磁化方向、５１は磁気バブルの
ブロッホ磁壁、５２は磁壁の接合部、５３は磁壁のくび
れ部分である。７０は回転磁場、７１．７２は駆動電流
、７３は転送バタン、７４は二層導体転送バタン、８０
ａは面内磁場発生手段、８０ｂは面内磁化層、８０ｅは
パルスバイアス印加手段である。

ど４ 第　３　回 第Ｓ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母性体膜
   （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Ｗｔ憾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１肩素子に形成される書込みトランスファーゲートで
   あって、磁気バブルをストライプドメイン先端の近傍部
   に保持するチャネルと前記ストライプドメイン先端部と
   磁気バブル金含む領域にパルスバイアス磁界全印加する
   導体を有することを特徴とする書込みトランスファーゲ
   ート。