JPS5998377A - 磁気記憶装置 - 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（以下ＶＢＬという）を記憶単位として用いた新規
な磁気記憶装置に関する。

磁気バブル素子の開発は高密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二アスディスク
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トＩＪン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、０．３μｍμｍ下のバプ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、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。

以下、この既提案の磁気記憶素子を説明する。

この素子の主な点は膜面垂直磁化膜に存在するストライ
プ磁区周辺を形成するブロッホ磁壁内に存在するＶＢＬ
を情報記憶単位とするところにあるが、以下ではメジャ
ーマイナー構成を例にして垂直プロッホラインメモリー
の一形式を述べる。前記既提案の磁気記憶素子ではメジ
ャーラインでは従来通りバブル磁区を情報単位とし、マ
イナーループをストライプ磁区で構成し、その周辺のブ
ロッホ磁壁内に存在する垂直ＶＢＬを情報単位とするも
のについて述べる。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３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転送路６
を上から下へ移動する。

この情報をマイナーループであるストライプ状磁区２へ
記憶させるために、バブル５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か前記既提案発明
の特徴であり、記憶容量の飛躍的向上の重要なカキにな
っている。

書込みライントランスファーゲート６０（こより、マイ
ナーループ２にトランスプアーされた情報（ＶＢＬ対２
３）はマイナーループを構成するストライプ磁区磁壁２
２上を移動させることかできる。マイナーループから磁
気バブル検出器４につづく読出しメジャーライン７への
情報トランスファーはＶＢＬ対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７０はブロ
ックレプリケータ機能も合せ持っている。

第２図は本発明に係名既提案発明の磁気記憶素子の断面
図である。通常非磁性の基板材料１０の上に設けられた
膜面垂直磁化膜１にストライプ磁区２と磁気バブル５が
存在している。夫々の磁化方向は２１で示される様に非
磁区部分の磁化方向１１とは逆向になっている。磁気バ
ブル保持用のバイアス磁場の方向は矢印１１の方向と等
しい方向に向いている。

以上に述べた様に、前記既提案発明では、ＶＢＬ対を情
報として貯えるブロッホ磁壁をもつストライプ状磁区と
、情報を書き込む際の磁気バブルを同一素子チップ上に
共存させる必要がある。しかし、一般に磁気バブルとス
トライプ状磁区の共存はきわめて困難である。

この素子の構成例と動作を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、マイナーループのストライプドメイン磁壁にＶ
ＢＬを誉込む。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ルが専任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
ーラインの情ヤＩ（′１″をマイナーループ内にＶＢＬ
　９ｑ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
０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。

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
の状態を作ることができる。

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。

以上に述べたようにこの磁気記憶素子ではＶＢＬ対を情
報として貯えるブロッホ磁壁をもつストライブ磁区と、
情報を書込み、又読出す際に用いる磁気バブルを同一素
子チップ上に共存させる必要がある。しかしながら、一
般に磁気バブルとストライプ磁区の共存はきわめて困難
である。

本発明はこのストライプ磁区と磁気バブルを一つの磁気
記憶素子チップ内で共存させる手段を有する磁気記憶装
置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（フェリ磁性体膜を含む）に存在する
ストライプ磁区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
とするメジャーマイナー構成の磁気記憶素子においてス
トライプ磁区からなるマイナーループ領域以外の読出し
及び書込みメジャーラインを含む領域にバイアス磁場強
勢手段を設けたことを特徴とする磁気記憶装置である。

以下、図面を用いて本発明を説明する。第３図は一般の
磁気バブルを保持し得る軟磁性膜面中でのバイアス磁場
値（ＨＢ）と磁気バブル径（曲線Ｂ）及びバイアス磁場
（ＨＢ）とストライプ磁区幅（曲線Ｓ）の関係を定性的
に示した図である。８曲線に於いて、ＨＢが大になると
磁気バブルが消滅する。

この限界磁場はＨｃｏｌである。ＨＢが小さくなると磁
気バブルはストライプ磁区に伸びてしまう。この限界磁
場はＨｓｔで与えられる。一方、Ｓ曲線に於いて、スト
ライプ磁区幅は、ＨＢが大きくなりＨ４Ｆをこえると磁
気バブルに縮んでしまう。ＨＢが小さくなってもＨＢが
０になるまでストライプ磁区は磁区幅が徐々に増加しな
がら安定である。

通常ＨｓｔとＨ８Ｆはきわめて近い値をとる。磁気バブ
ルとストライプ磁区が共存して安定な動作が行えるのは
、夫々の存在するＨＢ範囲の中央値Ｈ１。

Ｈｏ近くのバイアス磁場である。即ち、ストライプ磁区
駆動に対してはＨ０＝（０＋）ｉｓｒ）／２、磁気バブ
ルに対してはＨ１χ（Ｈｓ　ｔ　＋　Ｈｃｏ　ｌ　）／
２の値近くである。第３図から判る通りＨ６＜　Ｈｚで
あり、従って磁気バブル転送領域では、ストライプ磁区
存在バイアス磁場よりも高いバイアス磁場必要となる。

すなわち、本発明は、磁気バブル転送領域にストライプ
磁気存在バイアス磁場より大きな磁場を与えるバイアス
磁場強勢手段を設けることを４８９としている。

本発明に係るバイアス磁場強勢手段を実施例を用いて説
明する。第４図は、不発明のバ・〔アス磁場強勢手段の
第１の実施例を示す。第４図（５）は、第２図に対応す
る本発明に係る磁気記憶素子の断面図である。磁性薄膜
１の、磁気バブル転送路に対応する箇所に、例えばパー
マロイやフェライトの如き軟磁性体パタン８を例えば蒸
着法やスパッタ法で設ける。こ２１．に外部から均一磁
場を矢印１１に示す方向に印加すると、軟磁性パタン８
は、磁化され、軟磁性パタン８の磁性体薄膜に面した側
には余分の磁束が発生する。すなわち、パタン８近傍の
磁性薄膜の部分は磁束密度がパタン８のない部分よりも
病くなり、従って印加磁場も強くなる。第４図（Ｂ）に
はそのときの磁場分布を示している。鴇で示すバイアス
磁場値はストライプ磁区安定領域のバイアス磁場で、外
部から印加した均−磁場値にほぼ等しい。Ｈｌで示すバ
イアス磁場値は、磁気バブル安定存在領域のバイアス磁
場値であり、両者の差△）ｊ＝　（Ｈｌ−Ｈｏ）がパタ
ン８による強勢されたバイアス磁場値である。Δ■（は
、パタン８の厚さＴと幅Ｗに依存する矢印１１方向の反
磁場係数Ｎと、パタン８の飽和磁化（４πＭｓ　）によ
り予め定められた値に設定出来ることは十分可能である
。

第５図は不発１３引こ係るバイアス磁場強勢手段の第２
の実施例である。本実施例では、磁場強手段８は、軟磁
性体パタン８０と磁気的絶縁体パタン８１が層状に重な
っている構造をもち、磁性薄膜１の磁気バブル転送部分
に設けられている。この様な構造は、それぞれの軟磁性
体パタン８０の厚さ１゛と幅Ｗの形状比Ｔ／ｗが大きく
なり従って矢印１１の方向の反磁場係数Ｎが減少“し、
このために発生する強勢バイアス磁場は大きくなる。

第６図は本発明の第３の実施例を説明する図である。本
実施例では、バイアス磁場は磁性薄膜１の上下に設りた
バイアス永久磁石９，９′によって印加されている。上
下のバイアス永久磁石９，９′は、磁場の有効発生のた
めにヨーク材料９０で囲まれている。本発明Ｏこ係るバ
イアス磁場強勢手段８は、バイアス永久磁石９に接して
軟磁性体バタン８が、磁性薄膜１の磁気バブル転送部分
に設けられている。バイアス磁場に永久磁石を用いてい
るため、外部からのバイアス磁場の印加が必要ない利点
がある。

本発明の第４の実施例を第７図を用いて説明する。本実
施例でも、第３の実施例で述べた様にバイアス磁場は、
磁性薄膜１の上下に設けた永久磁石９，９′で印加され
ている。しかし、バイアス磁場強勢手段８としては、上
の永久磁石９に、磁性薄膜の磁気バブル転送路部分に対
応する箇所に、同じ永久磁石材料でできた凸起が設けら
れている。

凸起部は、それたけ磁性薄膜に近いため、強いバイアス
磁場を磁気薄膜の当該部分に印加することが出来る。

以上に述べた様をこ本発明に係る磁気記憶装置は、磁気
バブル転送部分に選択的に強勢バイアス＠場印加手段を
有しているため、磁気バブルと、ストライプ状磁区が容
易に共存させることが出来る。

即ち、ＶＢＬ対を記憶情報とし、その書込み及び読出し
に磁気バブルを用いる磁気記憶−Ａ置を容易（こ実現す
ることが可能となる。

本発明の説明に於いて、バイアス磁場強勢手段は全て磁
性薄膜の片面にのみ設けていたが、これが磁性薄膜の両
面に設けられていても本発明の適用範囲であることは言
うまでもない。

【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する磁気
記憶素子の構成図、第２図はその断面図、第３図はスト
ライプ磁区の幅及び磁気バブル径と磁界との関係を示す
グラフ、第４図、第５図、第６図、第７図はぞれぞイ１
本発明の第１、第２、第３、第４の実施例を示す図。 １は軟磁性薄膜、２はストライプ状磁区、３は磁気バブ
ル発生器、４は磁気バブル検出器、５は磁気バブル、６
は書込みメジャーライン、７は読出しメジャーライン、
８はバイアス磁場強勢・手段、９．９′はバイアス永久
磁石である。１ｏは基板材料、１１は非磁区磁化方向、
２１は磁区内磁化方向、２２はブロッホ磁は、２３は垂
直プロツボライン対、８ｏは軟磁性体バタン、８１は磁
気的絶縁バタン、９ｏは永久磁石のヨーク材料である。 第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 築７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（
   フェリ磁性体膜を含む）に存在するストライプ磁区の周
   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メジャーマイ
   ナー構成の磁気記憶素子において、ストライプ磁区によ
   って構成されるマイナールーズの領域以外の読出し及び
   書込みメジャーラインを含む領域にバイアス磁場強勢手
   段を設けたことを特徴とする磁気記憶装置。