JPS6076079A - 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の境界のブロッホ
磁壁の中に作った相隣る垂直ブロッホツイン対を記憶情
報単位として用い、該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（プロッホラインメモリ素
子）において、各マイナールーズ部にストライプドメイ
ン全形成する方法に関するものである。

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晶アスディスク
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ノー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ンの周辺のプロ、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プロ、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全情報単位とし、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。）ｔ−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全移動する。

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’２ｖｎｒ、ｉ保持できるプロ、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
れん情報（ＶＢＬ）はマイナーループを構成するストラ
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Ｖ　Ｂ　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はプロ。

フレプリケータ機能も合せ持っている。

この素子の構成例について説明する。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Ｌ　９ンスフアー
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Ｎ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全構成しているスト
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ノくプルがないと
き、マイナールーズのストシイブトメイン磁壁にＶＢＬ
ｉ書込む。ＶＢＩ、ｉストライブ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、へ、ド部磁壁をダイナミッ
クコンノ（−ジ四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
イプドメインへ、ドを切離すことによってストライプド
メイン中に２つの同じ性質のＶＢＬ’ｉ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’１”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。レズリケーター作用の安定性を考えてｅＶＢ
Ｌ対を使っている。

マイナーループ内のビット周期つまシ、ＶＢＬ間隔を一
定に保つように、１ピツトずつ逐次転送で−プを構成す
るストライプドメイン上にストライブドメイン側長手方
向に直角方向にＶＢＬ間の安定間隔Ｓ。の２倍の周期で
、その中の幅Ｓ０の部分にイオン注入して作った平行細
線パターンを形成し、平行細線の両側ＫＩＮ起される磁
極平行細線パターン下とで面内磁気異方性に差をつけ、
それぞれの領域とＶＢＬとの相互作用のちがいを利用し
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、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が構成され
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シイブトメインヘッドから切シと
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
シとる、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ＫＶ８Ｌ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
ＩＩＬがない場合はバブルはない。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対を読出しメジャーライン側のマイナーループの
ストライプドメインへ、ドにおく。そして、ＶＢＬ’ｉ
バブルに変換する平行コンダクタ−ｔ−使ってストライ
プドメインへ、ドを切シとる。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へ、ドには、消去したい
ＶＢＬ対と共にもりてきた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。

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、マイナールーズ上での情報単
位としてバブルドメインの代シにＶ’Ｂ　Ｌ　ｉ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桁の記憶密度向上を達成できる。

このようなプロ、ホラインを情報単位として用いる磁気
記憶素子（プロッホラインメモリ素子）バブルからスト
ライプドメインを形成する方法が知られている。

一方、ストライプドメインマイナーループを形成する方
法としてはすでに特願昭５７−２０５７３８において一
つの方法が提示されている。第１図（ａ）に示すように
特願昭５７−２０５７３８ではストライプ状強磁性垂直
磁化膜５，６のパターンエツジ直下にマイナールーズヲ
宿成するストライプドメインの磁壁を沿わせる構造全提
示している。

この方法では、第１図（ａ）　、　（ｂ）Ｋ示すよ−う
に、ストライプドメイン磁壁部１で有効バイアス磁界２
がストライプドメインの幅の方向３に対して急激かつ、
非＃！型に変化している。磁壁部における有効バイアス
磁界のこのような変化は、本素子で、プロ、ホラインを
ストライプドメインに沿って転送されるために加えるパ
ルスバイアス磁界の磁壁駆動力への変換に非常に敏感に
反映する。例えば、ストライプ状強磁性体膜のでき具合
に非常に敏感になる。また、温度が変ったシして、有効
バイアス磁界のレベルが変って、有効バイアス磁界のス
トライプドメイン幅方向に対する依存性が変ってくると
、パルスバイアス磁界の磁壁駆動への効き方が変化し、
プロ、ホラインをスト２イブドメイン磁壁に沿って移動
させる場合、パルスバイアス磁界の磁壁駆動力がストラ
イプドメイン磁壁に沿って不均一となシ、したがってプ
ロ、ホラインの移動は不均一となる。

本発明はこのような欠点のない磁気記憶素子全提供する
ことを目的とする。すなわち本発明は情報読み出し手段
、情報書き込み手段及び情報蓄積手段を有し、かつ膜面
に垂直な方向を磁化容易方向とする強磁性体（フェリ磁
性体を含む）膜に存在するストライプドメインの境界の
プロ、ホ磁壁中につくった相隣る２つの垂直プロッホラ
インからなる垂直ブロッホ２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・手段を有する磁気記憶素子において前記強磁性体
膜上に直接又は非磁性層を介して、該膜面に垂直に加え
るバイアス磁界の向きと逆向きの磁化を持つ強磁性体膜
（以下垂直磁化膜■という）がストライプ状に形成され
ておシ、該各ストライプ状強磁性体膜の幅は前記強磁性
体膜中に形成されるマイナーループ用ストライプドメイ
ンの幅よシ小さいことを特徴とする磁気記憶素子である
。

本発明の磁気記憶素子では強磁性体膜主に外部バイアス
磁界と逆向きに磁化が飽和しているハードなストライプ
状強磁性体膜全形成することによシ、第２図（ｂ）の１
５に示す領域、すなわち相隣るストライプ状強Ｍ性体膜
（垂直磁化膜ＩＩ）（第２図（ａ）の８．９）の中間の
領域にストライプドメインを配置できる。

ここで、第２図（ｂ）の１２に示す垂直磁化膜１【（第
２図（ａＪの８．９）の下の有効バイアス磁界が低い領
域を小ごくするため、垂面磁化膜ｌのストライプ状パタ
ーンは本素子におけるマイナーループのストライプトメ
・イン幅に比べてＱ’Ｊｒ　ｆ小さくし、かつ、必要な
らばストライプドメイン保持層と垂直磁化膜■との間に
非磁性材料のスペーサー１０を入れておく。ストライプ
状パターン間隔は該ストライブドメイン幅に比べて大き
くしておく。第２図に示すストライプドメインはストラ
イプ状パターン直下またはストライプ状パターンから離
れた領域で安定化される。ストライプ状パターンの幅を
ストライプトメ・ｆンの幅に比べて小さくすることによ
υ、ストライプドメインがストライプ状パターン直下で
安定化しにくくなる。このような状態にしておいて、ス
トライプドメインを互いに平行に配列しているストライ
プ状パターンの間の領域（第３図の１８）に配置すると
、このストライプドメイン（第３図の１６）はストライ
プ状ノ（ターンエツジ外側に沿ってガーネット膜上に複
写された有効バイアス磁界が高い領域（障壁）（第２図
の１３）に挾まれているのでａＩｉｉＩるストライプ状
パターンの間の領域内（第３図の１５）で、ストライプ
状パターン（第３図の１７）に沿って伸びる。この構造
では垂直磁化膜■のストライプ状パターンとストライプ
ドメインとの直接相互作用が急激に変化するパターンエ
ツジ直下の領域全避けて、マイナールーズストライプド
メインを固定している。このため、マイナーループスド
ライブドメインを横切る方向に沿っての有効バイアス磁
界依存はゆるやかであり、かつ、直線的である。

このため、プロ、ホラインをストライプドメイン磁壁に
沿って転送させるために加えるパルスバイアス磁界の磁
壁駆動力はストライプ状パターンのでき具合に対して許
容性をもち、かつ、温度変化などにより、バイアス磁界
レベルが変ってもパルスバイアス磁界のストライプドメ
イン磁壁駆動力に大きな変化をもたらさないため、ブロ
ッホライｙ　ｔ　ｉｔ　ｉｔ　一定のパルスバイアス磁
界で一定の温度範囲に亘って安定に転送することができ
るｎまた、ストライプ状パターン幅はストライプドメイ
ン幅Ｋ〈らべて小さいから、マイナーループ用ストライ
ブドメインの配列周期はストライブドメイン幅の４倍以
下にすることができるため、情報記１υ密度を向上でき
る。

実施例Ｉ Ｇｄ＠Ｇａ１０１１基板上援、Ｙ２，６５Ｉｎ６．１　
Ｌｕ６．Ｉ　ＣＪＩｏ８ＦＱ４４Ｇｏｏ、１１０１２組
成のガーネット膜を４μｍＬＰＥ成長した。その上に８
ｉ０．スペーサーｖｚｏｏｏＸおき、その上にハード磁
性膜である非晶質ＧｄＦｅ膜をスノく、ター法で２００
０Ｘ形成し酸化を防ぐため、その表面をＳｔＯ，でカバ
ーした。しかる後、ＧｄＦｅ膜を２．５μｍ幅のストラ
イプ状に成形した。相隣るストライブ状パターン中心間
間隔’ｔ１２．５μｍ周期にした。こうすることにより
、プロッホライン金安定に転送することができ、またス
トライプドメイン幅の２，５倍周期で配列することがで
きた。

実施例２ 実施例１においてＳ１０！スペーサーを１０００ＯＡと
したときも実施例１と同様、本発明の効果を得ることが
できた。

実施例３ 実施例１と同様にしてスペーサーを除いた構造にしても
本発明の効果を得ることができた。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）　、　（ｂ）はガーネット膜上のバイアス
磁界と同じ向きの磁化をもつ垂直磁化膜のストライプ状
パターンの配置およびストライプ状パターンの間の領域
の有効バイアス磁界を示す図。１ニスドライブドメイン
磁壁、２；パターンエツジ下の有効バイアス磁界、３ニ
スドライブドメイン幅方向。 ５．６：垂直磁化膜ストライプ状パターン。第２図（ａ
）　、　（ｂ）はガーネット膜上のバイアス磁界と逆向
きの磁化をもつ垂直磁化膜のストライブ状パターンの配
置およびストライブ状パターン間領域の有効バイアス磁
界を示す図。７：ストライプドメイン磁壁、８．９：垂
直磁化膜ストライプ状パターン、１０ニスペーサ−９１
１：パターンエツジ下の有効バイアス磁界、１２：パタ
ーン下の有効バイアス磁界、１３：パターンエツジ外側
の有効バイアス磁界障壁、１４ニスドライブドメイン幅
方向、１５：本発明でマイナーループスドライブドメイ
ンを安定化させる領域。第３図は実際のパターン配置図
である。１６：マイナールーズ用ストライプドメイン、
１７：ストライプ状パターン、１８：パターン間領域。 第１図 第ｚ図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 情報読み出し手段、情報書き込み手段及び情報蓄積手段
   を有し、かつ膜面に垂直な方向を磁化容易方向とする強
   磁性体（７工リ磁性体を含む）膜に存在するストライプ
   ドメインの境界のプロ、ホ磁壁中につくった相隣る２つ
   の垂直プロッホラインからなる垂直プロ、ホライン対を
   記憶情報単位として用い、該垂直プロ、ホライン會プロ
   、ホ磁壁内で転送する手段を有する磁気記憶素子におい
   て前記強磁性体膜上に直接又は非磁性層を介して；該膜
   面に垂直に加えるバイアス磁界の向きと逆向きの磁化を
   持つ強磁性体膜がストライプ状に形成されており、該各
   ストライプ状強磁性体膜の幅は前記強磁性体膜中に形成
   される１イナーループ用ストライプドメインの幅よシ小
   さいことを特徴とする磁気記憶素子。