JPS6148191A - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は不揮発性の超高密度固体磁気記憶素子に関する
。

（従来技術とその問題点） 高密度固体磁気記憶素子を１指して、磁気パズル素子の
開発が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、
パズ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ふたたび問
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、到達可能な最小パズル径は０．３μｍ
といわれている。したがって、０３μｉｎ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。

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超高密度磁気記憶素子として膜面
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プロッホ磁壁の
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
位として用いる素子が発明された。（特願昭５７−１８
２３４６　）本素子においてもっとも重要な部分の一つ
は情報蓄積部（以下、マイナールーズと称す。）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シ、かつ、膜面に垂直な方向を
磁化容易方向とする強磁性体１１哀（フェリ磁性体ｌＩ
りを含む）に存在するストライプドメインの周辺のプロ
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）対を記憶単位として用い、該垂直プ
ロッホラインをプロッホ磁壁内で転送する手段を有して
いる。

このような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対を安定に保持し
、かつ、１ピツトずつ選択転送できるようにすることが
不可欠である。安定保持の方法としては、特願昭５８−
０６５８２６に述べたように、マイナーループを構成す
るストライプドメイン周辺のプロッホ磁壁に沿って、膜
面内の磁気異方性の向きを局所的に変化させる。そうす
れば、ストライプドメイン磁壁に沿って、ＶＢＬ対が安
定に存在する位置とそうでない位置を作９つけられる。

もう一つの条件であるＶＢＬ対の１ピツトずつの選択転
送に関しては、特願５８−０６５８２６に述べられてい
、るように、ストライプドメイン存在領域全体に一様の
パルスバイアス磁界を加えて、磁壁を動的に移動し、そ
れに伴なってＶＢＬ対の位置に生じる反作用の一つであ
るジャイロ力を利用することが一つの方法である。しか
し、この方法では以下の理由のため、ＶＢＬ対の安定し
た転送特性が得られない。

第６図に、プロッホライン部に働らく、磁壁の動的移動
によって生じる反作用（ジャイロ力および消散力）をま
とめておくつＹｙ、Ｘｖｎｔ、はそれぞれ磁壁およびプ
ロッホラインの移動速度である。

Ｆｇ、Ｆｄ　はそれぞれジャイロ力（ｇｙｒｏｔｒｏｐ
ｉｅ　）　＊消散力（ｄｉｇｓｉｐａｓｉｖｅ　）を表
わしている。Ｆｌ（は外部印加磁界による磁壁駆動力で
ある。

ＶＢＬ対はジャイロ力Ｆ　によって磁壁中を移動する。

プロッホラインが磁壁内を移動すると、ジャイロ力Ｆｆ
２１が発生し、磁壁のＦ’ｕによる運動を妨げる。プロ
ッホライン対を含む磁壁部の定常運動状態では＠６図に
示す力のＸ方向、Ｙ方向成分についてそれぞれが均合っ
ている。

第６図に示すように、ＶＢＬ対が存在する位置近傍の磁
壁の形状は磁壁移動中、直線からずれてくる。この磁壁
変形は第７図に示すように、プロッホライン対の配列の
仕方（素子では、この配列が情報データに対応し、デー
タパターンと呼ばれる。）に依存する。第７図（ａｔの
ように、ＶＢＬ対が高密度につまっている部分では磁壁
の直線からのずれは小さい。但し、ＶＢＬ対の線密度が
高いため、平均のｐ（１が大きく、磁壁移動速度も小さ
い。ＶＢＬ対の線密度が小さくなるにつれて個々のＶＢ
Ｌ対に働ら＜Ｆｌｌが磁壁全体に亘って平均化されない
ため、磁壁面は平面からずれ、第７図（ｂ）　、　（ｃ
）　、　（ｄ）の順にずれが大きくなる。

磁壁面が平面からずれると、磁壁が表面エネルギー密度
ｖｗをもっているため、磁壁の表面張力により、外部印
加磁界Ｈ１に付加される形の余分のバイアス磁界を発生
する。この磁界Ｈ７は２Ｍ、ＨＷ＝σ−電から求まる。

Ｍ、は材料の磁化の大きさ、Ｒはプロッホライン部の磁
壁彎曲部の曲率半径である。Ｉ（７は磁壁の変形の度合
、言換えると、ＶＢＬ対の線密度に依存して変化する。

したがって、ＹＢＬ対が存在する部分の磁壁移動に対す
る有効駆動磁界は一定パルスバイアス磁界Ｈ１を加えた
場合でも、Ｈ７が存在するため、プロッホライン線密度
に応じて変化する。このため、磁を移動速度Ｙｗがプロ
ッホライン線密度に応じて変化することになる。プロッ
ホライン対の磁壁に沿っての移動速度ＸＶＢＬは磁壁移
動速度１’ｒに比例するから、プロッホライン対を一発
のパルスバイアス磁界（振幅Ｈ１１幅Ｔｗ　）で移動さ
せると、その移動距離Ｘｖｎｒ、＝ｆ”Ｘｖｎｂ　ｄＴ
ｏｃ　ｆＴ″’　％　ｄ、ｒとなり、ＯＯ ＹｗがＶＢＬ対線密度によって異なると、ＸｖｌｌＩ。

もまちまちになることになる。結局、ＶＢＬ対の配列で
作ったデータパターンがＶＢＬ対をストライプドメイン
磁壁に沿って移動させる過程でくずれてしまうことにな
る。これはＨｐ　とＴＶだけでＶＢＬ対の安定転送を得
るのは難しいことを意味している。この問題を解決する
一つの手段として、ＸｖＢｒ、Ｏ’　ｆ６　Ｙｄτ＝Ｙ
、の関係から、磁壁が移動できる距離Ｙ０　を一定値に
制御し、ＶＢＬ対の移動距離Ｘ、Ｂ、を一定にすること
ができればよい。ＶＢＬ対の移動距離ｘｖＢＬと磁壁の
移動距離Ｙ。との間にはｎ ＸｖＢｒ、＝　ｎじ２１Ｍ５　　）”　　の関係がある
から、ＶＢＬ。

対の移動距離を指定すれば、それに対応する磁壁の移動
距離も決まってｈる。ここで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密度、αはギルバー
トのダンピング定数で、通常〜１．６７であるから、Ｘ
ｖＢＩ、はＹ００３５倍程度になる。例えば、ＶＢＬを
０５μｍ（ビット間隔）移動させるに必要な磁壁移動距
離はわずか３０ｎｍである。３０ｎｍの磁壁移動距離を
制御できれば、ＶＢＬ対の移動距離Ｘｖ＋ｕ、を０．５
μｍと一定（ビット間隔）にできる。コンピュータシミ
ュレーションでは、磁壁が一定距離移動すると、急激に
磁壁部に働く反磁界が増加するような障壁を仮定してこ
のモデルの妥当性を示している。しかし、実際に素子を
作シ上げる場合、この障壁をいかにして作シつけるかが
問題である。ストライプドメインはこれを安定化するバ
イアス磁界の大きさが変ったシ、素子の温度が変ったシ
すると、たちまちその幅が変る。一方、障壁を膜上に位
置決めしてつくシつけた場合、障壁寸法は温度変化に対
してもほとんど依存しない。これらのことから、ストラ
イプドメインと障壁との整合は、ある定められた一つの
条件（ビンポイントに近い）で充されるのみであシ、許
容度ははとんど零である。

このことは凡用素子にとりては非常に大きな問題である
。

（発明の目的） 本発明の目的は、このような従来の欠点を除去して、マ
イナールー　ズでおるストライプドメイン磁壁土のＶＢ
Ｌ対を安定に保持し、かつ、１ビツトずつ選択転送でき
るようにしたＶＢＬ対を情報単位として用いる超高密度
磁気記憶素子を提供することにある。

（発明の構成） 本発明はＩＩＬＡ而に垂直方向を磁化容易方向とする強
磁性体膜（フェリ磁性体膜も含む）に存在するストライ
プドメインの周辺のプロッホ磁壁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
を記憶単位として用い、前記ストライプドメイン磁壁に
沿って面内異方性磁界を周期的に変化させ、かつ、該膜
面上に前記面内異方性磁界の変化の周期と一致した周期
で前記ストライプドメイン磁壁に直交する方向に導体線
を配置してあることを特徴とする磁気記憶素子であるつ （構成の詳細な説明） 本発明は上述の構成をとることによシ、従来技術のマイ
ナーループでのＶＢ・Ｌ対の安定保持および１ビツトず
つの選択転送に関する問題点を解決した。以下、構成の
詳細な説明する。本発明では、ＶＢＬ対に働くジャイロ
力の向きが磁壁の移動方向に依存することを利用して従
来技術の問題点を解決した。ビット周期に配列した導体
パターンに電流向きを制御したパルス電流を与えること
によシ、ストライプドメイン磁壁にパルスバイアス磁界
を与え、ビット周期と、同じ繰返しで、磁壁の移動方向
が互いに逆向きになる部分をもつようにする。こうする
ことにより、ビット周期毎にＶＢＬ対が動きやすい部分
と、動かない部分とをストライプドメイン磁壁に沿って
作ることができる。このため、ＶＢＬ対がピット飛越し
エラーすることがテキなくなり、１ビツトずつの選択転
送の安定化を大幅に増加できる。他方、ジャイロ力の向
きは磁壁の移動向きに依存する。したがって、磁壁がも
との位置に戻ると、ＶＢｌ対もそれにつれてもとに戻る
はずである。この戻シを防ぐため、特願５８−０６５８
２６に示した機構を利用する。つまシ、導体パターン間
の領域のストライプドメイン保持層に選択イオン注入す
ることで、面内異方性磁界をストライプドメイン磁壁に
沿って変化させ、導体パターン下の領域にＶＢｌ対の移
動に対する障壁をつくる。

（実施例） 以下本発明の実施例について図面を参照して詳細に説明
する。従来は第６図に示すように導体パターンは配して
いなかったため、ＶＢｌ対の１ビツトずつの選択転送が
不安定になる欠点があった。

本発明では、との欠点を取除くため、第６図非注入部膜
而上に沿って導体パターンを配置して、これにパルス電
流を与えてＶＢｌ対を転送するようにしている。

第１図は本発明のマイナーループ部の構成図である。ス
トライプドメイン保持層１に配置したストライプドメイ
ン２の磁壁３の中のプロッホライン対安定位置（ビット
位置）にあるプロッホライン対５を桁体パターン４にパ
ルス電流を与えることにより、ビット周期と同じ周期を
もつ正弦波状ののパルスバイアス磁界Ｈｐｃを磁壁に与
える。磁壁はＨ，ｃの向きに応じて移動する。これに伴
なって、ＶＢｌ対にジャイロ力が働き、ＶＢｌ対は磁壁
に沿って移動する。この機構を利用したＶＢＬ対転退転
送動作下に説明する。第２図は導体パターンによるパル
スバイアス磁界のみを利用した場合である。なお、第２
図、第３図、第４図、第５図。

第６図および第７図は膜面上をみた図である。第２図ｆ
ａｔに示すように、ビット安定位置８にＶＢＬ対５が存
在している。この状態に対して、第２図（ｂｌの矢印の
向きにパルス電流を流し、ストライブドメイン肖壁を移
動させる。そうすると、８の領域の上下のｍ壁は互いに
近づく向きに、ビット位置と次のビット位置との中間領
域である９の領域では互いに遠ざかる向きに移動する。

ビット位置に存在するＶＢｌ対は上側の磁壁では左向き
に、下側の磁壁では右向きに移動して第２図１ｂ）の位
置にくる。ＶＢｌ対がこの位置で止ってしまう理由は第
３図に示すように、導体パターンの中心線上で磁壁移動
は零となシ、その左右では磁壁の移動向きが逆になるか
らである。パルス電流を切ると、第２図（ｃ）に示すよ
うにＶＢＩ、対はもとの位７置に戻る。これは導体パタ
ーン下の非注入部がＶＢｌ対の移動に対する障壁になっ
ていることと、８の領域の磁壁移動向きがＨｐｅ印加時
と逆になっていることに原因がある。したがって、第２
図に示したように、導体パターンにのみパルス電流を与
えたのでは、ＶＢｌ対は１つのビット位置８を中心に振
動するのみで全く移動しない。

本発明ではこの問題を解決する手段を与えている。第４
図を使って、その動作を説明する。特徴は第４図（ａｔ
に示すビット位置８に存在するＶＢＩ。

対を９の位置に移動させる際に、パルス電流８と共にマ
イナーループ部全体ＶＣ８の領域と同じ向きのパルスバ
イアス磁界を与えることである。こうすると、８と９の
領域との中間の領域で磁壁移動速度が零になる点、つま
りＨ，ｅ＝Ｏとなる点を第２図に示した導体パターンの
中心線上からずっと右にずらせることができる。この様
子の詳細は第６図に示している。この結果、ビット位置
８にあったＶＢｌ対は８の領域と９の領域との間の障壁
のピーク位置を越えさせた位置まで移動させることがで
きる。ここで、パルス電流を切ると、ＶＢｌ対は上側の
磁壁では障壁を１つ乗越えて左に移動し、下側の磁壁で
は障壁を１つ乗越えて右に移動する。仁の移動は障壁の
影響と、９の領域の磁壁移動向きに助けられて生じる。

この状態が第４図ｆａ）である。次に、第４図（ｄ）に
示すように、パルス電流９（パルス電流８と逆向き）を
与える。マイナーループ部全体には第４図（ｂｌのとき
と同じ向きにパルスバイアス磁界を加える。そうすると
、９の領域に存在するＶＢｌ対は前述の８から９へのＶ
Ｂｌ対の移動と同じ後槽で領域９から次のビット位ｆｉ
２８へ、具体的には上側の磁壁では左方へ、下側の磁壁
では右方に移動し、第４図ｔｅｌに示す状態になる。つ
まり、第４図（ａ）の状態からＶＢｌ、対が１ビツト移
動した状態になっている。

（発明の効果） 本発明によシ、この磁気記憶素子の最大の課題の一つで
あったマイナーループであるストライプドメイン磁壁土
にＶＢＬ対を安定化し、かつ、ＶＢＬ対を１ビツトずつ
選択転送することが充分な安定余裕度をもって行なえる
ようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のマイナールーズの基本構成図、第２図
は本発明のＶＢＬ対転退転送機構確にするための説明図
、第３図はＶＢＬ対転送時の磁壁変形と導体電流向きと
の相対関係の説明図、第４図は本発明のＶＢＬ対転退転
送機構説明図５図はＶＢＬ転送時ゐ磁壁変形と導体電流
向きとの相対関係の説明図、第６図は動的に移動中の磁
壁のＶＢＬ対存在部に働く作用１反作用の説明図、第７
図は動的に移動中の磁壁の平面からの変形とｖＢＬ対線
密度との相関の定性的説明図、第８図はマイナールーズ
の従来の基本構成図。 図において、 １はストライブドメイン保持層、２はストライブドメイ
ン、３は磁壁、４は導体パターン、５はプロッホライン
対、６はイオン注入部、７は基板である。 又」、− １：　ストライブドメイン保持層 ２：　ストライブドメイン ３：磁壁 ４：　導体パターン ５：　プロッホライン対（ＶＢＬ対） ６：　イオン注入部 ７：基板 第２図 第３図 第４図 第５図 第６図 Ｆ）ｌ 第７図 −１１１１１１１１・・ ５、ｆ” 一Δト ロ０１−

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 情報の読出し、書込み、蓄積の機能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（フェリ磁性体膜も含む）に存在するスト
   ライプドメインの周辺のプロッホ磁壁中に作った相隣合
   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
   ン対を記憶単位として用い、前記ストライプドメイン磁
   壁に沿って面内異方性磁界を周期的に変化させ、かつ、
   該膜面上に前記面内異方性磁界の変化の周期と一致した
   周期で、前記ストライプドメイン磁壁に直交する方向に
   導体線を配置してあることを特徴とする磁気記憶素子。