JPS60113389A - 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を自相して各所でパー
マロイデバイス、イオン注入コンティギエアスディスク
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。しだがっ
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。

本発明はこのようなバブル保持層の特性に基く高密度化
眼界を大幅に改善し、かつ、情報読出し時間線従来の素
子と同程度に保つととができる、磁気記憶素子の情報蓄
積部に関するものである。

本磁気記憶素子は情報読出し手段と情報書込み手段と情
報蓄積手段を備えてなる磁気記憶素子において、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
（以下ＶＢＬと称する）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。

第１図は本磁気記憶素子の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
上の情報を情報蓄積部のマイナール・−プヘ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ＶＢ
Ｌを保持できるブロッホ磁壁で構成することが本磁気記
憶素子の特徴で６Ｊ、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４
によシ、マイナールーズにトランスファーされた情報（
ＶＢＬ）はマイナーループを構成するスト２イブドメイ
ン磁壁土を移動させることができる。マイナールーズか
ら読出しメジャーラインへの情報トランスファーはＶＢ
Ｌ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。

このようにマイナーループをパズ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
位としてバプルドメイ゛／の代りにＶＢＬを用いること
によ）、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。

さらに本素子の各部分の構成例と動作例を説明する。

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本の平行ボンダクター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パズ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　を書込む。Ｖ
ＢＬ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−ラ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Ｋ、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
ヘッドを切離することにより、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
いに近づけ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Ｉｌｌを
マイナーループ内Ｋ　ＶＢＬ対が々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ピツト
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θＶＢＬ対を使っ
ている。

マイナーループ内のビット周期つ’１１、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。

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シとったＶＢＬと同じＶＢＬが
可成される。このよりな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
如とる・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Ｋ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。つまり、マイナールー
プ上のＶＢＬの有無（１，０）ａ読出しメジャーライン
上で社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Ｈｉｐ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
切シ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シ
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Ｖ、ＢＬ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々る
。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）２イブドメインを一旦
消去したあと、Ｓ＝１バブルカラマイナーループストラ
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。

このよう々磁気記憶素子においては情報として書込まれ
たストライプドメイン磁壁土のＶＢＬを安定に保持する
手段が不可欠である。

すなわち、本発明の目的はＶＢＬを情報単位とする上述
のような磁気記憶素子に適した情報位置安定化手段を提
供することにある。

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において、膜
面内方向に矩形波状磁界（パルス磁界）を印加する手段
を備えていることを特徴とする磁気記憶素子である。

ＶＢＬに対する情報位置安定化法としては、膜表面に強
磁性体膜で作ったパターンをおき、ＶＢＬとのあるいは
ＶＢＬ対の間の磁壁磁化との静磁相互作用を利用する方
法も考えられる。しかし、静磁相互作用の場合、ＶＢＬ
との相互作用以外に磁壁の両側の磁区との相互作用が大
きく、ＶＢＬの安定駆動に対してはかなり問題点がある
。

本発明でＬ１静磁相互作用を用いず、ＶＢＬと面内印加
磁界との相互作用を利用して、情報列の安定化をできる
ため、ＶＢＬのストライプドメイン磁壁に沿っての駆動
に重要な役割をする磁壁の運動はほとんど阻害されない
。

この発明に至った経緯を述べる。磁気バブル中のＶＢＬ
の運動に関して次のことが知られている。

磁気パズル（以下、バブルと称す）がブロッホポイント
を含む１本のＶＢＬとブロッホポイントを含まないＶＢ
Ｌ　１本とをもつ、いわゆる（％、２．１　）状態（ワ
インディング数％、ＶＢＬが２本、ブロッホポイントが
１個の意味）にあるとき、このパプルを含む膜面内方向
に静的面内磁界Ｈｐを加えておき、バブルをバイアス磁
界勾配を与えで駆動する。

そうすると、その磁壁速度■がＨｐとの間に、Ｖｃｒｉ
ｔ＝ΔγＨｐ なる関係で与えられるＶｅ　ｒ　ｉ　を以上になると、
ブロッホポイントをもた表いＶＢＬがブロッホポイント
をもつＶＢＬの位置まで移動し、両方のＶＢＬがぶつか
り、互いに消滅してしまい、（１，０，０）状態に変化
する。

なぜならば、ブロッホポイントをもっているＶＢＬはバ
ブルを移動させても全く動かず、磁壁速度がＶｃｒｉｔ
以上になると、ブロッホポイントをもたガいＶＢＬが磁
壁に沿って移動し、ブロッホポイントをもつＶＢＬに衝
突するためである。ここで、Δはストライプドメイン磁
壁の磁壁幅パラメーク、（Ａ／Ｋｕ）３４である。人は
交換スティ７ネス定数、Ｋｕはストライプドメイン保持
層の一軸磁気異方性エネルギーである。γはストライプ
ドメイン保持層のジャイロ磁気定数である。

Ｖ　＜　Ｖｅｒｉｔ以下では、ＶＢＬはＨｉｐに基く復
元力２ＭπΔＨｉｐにより、他のＶＢＬとは再結合せず
、■＝０になれば、’ＨｉｐとＶＢＬの両側のブロッホ
磁壁部磁化とのゼーマンエネルギーを最小にする位置に
もどる。ここで、Ｍはストライプドメイン保持層の磁化
の大きさを表わしている。このことはニー・アイ・ピー
・コンファレンス令プロシーディンゲス墓３４．１３８
頁〜１４３頁（１９７７）に述べられている。つまシ、
この場合、Ｈｉｐによシ、ＶＢＬの動きを制御できるこ
とを示している。

この現象の中身をさらに詳細に検討することによシ、以
下のことが考え出される。

この素子では第２図に示すように、７，８のθのプロッ
ホライン対を情報記憶単位として用いる。

このプロッホライン対は第２図に示す向きのパルスバイ
アス磁界Ｈｐを加えると、ジャイロ効果により、磁壁内
磁化Ｈｐの向きに右ねじを進めたときの回転方向に回転
し、結果として、プロッホライン７．８は磁壁６に沿っ
て左方に移動する。

次に面内磁界Ｈｉｐを第３図に示すように加えると、Ｈ
ｐ印加による上記磁壁磁化の回転が抑えられる。

その結果、プロッホラインはｆ（ｉｐ＝ｏの場合に比べ
て極端に移動しにくくなる。この関係は次の式からまる
。プロッホラインを左方に移動しようとする力はプロッ
ホライン対に対してμＭＪ’ｗｔ−μγ となる。Ｙｕｎｘｕは磁壁移動速度である。プロッホラ
インが存在しているところではんａｆ！Ａ　＝　（ｔ　
γｌＨｐとなる。αはギルバートのダンピング定数、ｄ
は磁壁幅パラメータである。他方、面内磁界Ｈｉｐによ
るプロンホライン移動を妨げる力は２πΔＭＨｉｐとな
る。Ｈｉｐを加えた状態で、プロッホラインが移動し始
めに駆動磁界Ｈｐｃｒｉｔは ４！！Ｍんに２πΔＭＨｉ　ｐ γ のＹｕｗ−ｕにαγΔＨｐを代入して 、　Ｉ Ｈｐ　ｃｒ　Ｉｔ　＝　−；　Ｈｉ　ｐとなる。もし、
Ｈｉｐ＝Ｏのときは、磁壁抗磁力を無視すれば、Ｈｐｃ
ｒｉｔ　＝　Ｏとなる。つまり、ブロッホライ／はＨｐ
印加によって磁壁に沿って容易に移動できる。Ｈｉｐを
印加すると、プロッホライン移動に対する影響は最小駆
動磁界をＨｉｐの一倍にα 引上げる形で現われる。αは１にくらべて小さいから、
Ｈｉｐはプロッホライン移動制御には非常によく効くこ
とがわかる。このことを利用して、マイナーループであ
るストライプドメイン磁壁に沿ってプロッホラインを１
ビット間隔に相当する微小距離ずつ移動させる方法を述
べる。

まず、プロッホラインをストライプドメイン磁壁に沿っ
て移動させるため、パルスバイアス磁界Ｈｐを加える。

その後、一定時間を経たところでストライプドメイン長
手方向に特願で述べているプロッホライン対安定用面内
磁界の向きと同じ向きのパルス状面内磁界を加えてプロ
ッホラインの移動を抑制する。この状態で、プロッホラ
イン駆動用パルスバイアス磁界Ｈｐをオフにする。

従来、プロッホライン駆動用パルスバイアス磁界の形状
をコントロールすることにより、プロッホラインのスト
ライプドメイン磁壁に沿っての一方向移動を行なわせて
いた。この方法では、パルス形状、つまりパルス幅、立
上り時間、降下時間などを正確に制御する必要があった
。

本発明では第４図９に示すプロッホライン駆動用パルス
バイアス磁界形状を決めると、それによって、ブロンホ
ライン対の移動の仕方も決まる。この移動の仕方に基づ
いてプロッホライン対を決められたビット周期だけ移動
させるに要する時間τＯも決まる。そこで、プロッホラ
イン駆動用パルスバイアス磁界Ｈｐを印加後τＧ経たと
き、第４図１０に示すパルス状面内磁界Ｈｉｐを印加し
、プロ、ホラインにブレーキをかける。こうすれば、プ
ロッホライン対は定められたビット間隔だけ進むことに
なる。Ｈ１ｐ印加後、パルスバイアス磁界を切り、プロ
ッホラインがその位置に静止した後、Ｈ４，を切シ、次
のＨｐを加えるという手順を繰返す。こうすることによ
り、プロッホライン対駆動用パルスバイアス磁界の形状
に関して、立上り時間と振幅だけを制御すればよいこと
になり、いままでのように立上シ時間と降下時間とに差
をつけたり、パルス幅を厳密にコントロールする必要が
なくなり、大型チップ面にパルスバイアス磁界を加える
周辺回路の構成に対する負担を軽減できる。

第５図には振幅３００ｅ、立上り時間３０ｎｓｅｃ　１
降下時間１００ｎｓｅｃ、底辺の幅３００ｎｓｅｃのノ
：ルス／＜イアス磁界を加えたときのブ、ロノホライン
対のノ（ルスー発あたりの移動距離のＨｉｐ依存を示し
ている。Ｈｉｐが１００ｅ程度になるとプロッホライン
はほとんど動かなくなる。

したがって、プロッホライン駆動時のＨｉ　ｐの大きさ
をプロッホライン対を安定保持できる１０ｅにし、プロ
ッホライン移動に制動をかけるとき、Ｈｉｐを１００ｅ
に増加することにより、プロッホライン対を１ビット間
隔ずつ安定して転送することができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は垂直プロッホラインを用いた磁気記憶素子のチ
ップ全体構成図である。第２図はストライプドメイン内
のｅプロッホライン対を表わす図。 ６：ストライプドメイン磁壁、７，８：θプロッホライ
ン。７と８：ブロンホライン対。第３図は第２図にパル
スバイアス磁界Ｈｐを加えてプロッホライン対７，８を
左方に一定距離移動させた後面内磁界Ｈｉｐによって移
動を阻止している状態を示す図。第４図はプロッホライ
ン移動用パルスバイアス磁界とプロッホライン対の移動
をとめる面内磁界Ｈｉｐとの時系列を表わす図。９：パ
ルスバイアス磁界Ｈｐ、１０：面内磁界Ｈｉｐ０第５図
はプロッホラインの移動距離の面内磁界振幅Ｈｉｐに対
する依存性を示すグラフ。 第　１　図 第２図 １−ＩＰ 第３図 りＭ ＠４０ 第５図 Ｈｉｐ　（Ｏｅ）

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におりて、前記膜面内方向に矩形
   波状磁界（パルス磁界）を印加する手段を備えているこ
   とを特徴とする磁気記憶素子。