JPS63108588A - 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
。

（従来の技術） この磁気記憶素子は情報読み出し手段と情報書き込み手
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（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
た相隣合う垂直ブロッホライン（以下、ＶＢＬと称す）
を対としてブロッホ磁壁内で保持、転送する手段を有す
る。例えば、素子構成をメイジャライン、マイナループ
構成とする場合、メイジャラインでは、バブルを情報担
体とし、マイナ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ＶＢＬ対を情報担
体とする。全体の情報の流れを示すと、まず、バブル発
生器で書き込まれた情報（バブルの有Ｗｃ）は書き込み
メイジャラインを移動する。１頁分ずつの情報を順次マ
イナループに記憶させるため、バブルの有無で示された
メイジャライン上の情報をマイナループヘＶＢＬ対の形
でトランスファ出来るように、マイナルーブをＶＢＬ対
を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鍵になってい
る。書き込みライントランスファゲートにより、マイナ
ルーブへトランスファされた情報（ＶＢＬ対）はマイナ
ループを構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。マイナループから読み出し、メイジャ
ラインへの情報トランスファはＶＢＬ対からバブルへの
変換を伴う。

変換されたバブルの有無の列をバブル発生器で読み取る
。このように、マイナ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、マイナループ上での情報担
体としてバブルの代わりにＶＢＬ対を用いることにより
、バブル素子と比較して約２桁の記憶密度の向上を達成
できる。このようなＶＢＬ対を情報担体として用いる磁
気記憶素子（ブロッホラインメモリ素子）のストライプ
ドメイン・マイナループを保持する方法として、前記ス
トライプドメインを安定化したい領域に亘って膜表面を
選択的に溝掘りして、溝の中に前記ストライプドメイン
をリング状ストライプドメインの形で安定化させること
が知られている（特願昭６Ｏ−０７９６５９）。

第７図はマイナループ部のストライプドメイン保持層の
主要部の構成図である。第７図（ａ）に示す基板２の上
にストライプドメイン保持層１をつける。その表面をス
トライプドメインをリング状に保持したい部分だけ選択
的に溝掘りして溝２３をつける。

この幅はストライプドメインの自然幅ｗＯ（ｆｉ磁界状
態での幅）より大きく、がつ２ｗＯ以下以下上する。

この理由は溝境界の膜厚段差部の役割を考えればわかる
。溝の境界の内、境界６は６の境界を持つその内側の凸
部が存在するため、リング状ドメイン１２の内側磁壁を
６に引きつける役目をし、境界２４はリング状ドメイン
１２を初期設定するとき、内側磁壁が６からあまり離れ
た状態にならないようにするためのガイドの役目をして
いる。さらに、６の境界を持つ凸部の幅はＷＯ以上にし
ておく必要がある。

こうしておかないと、ドメイン１２を溝の中にリング状
に保持したとき、境界６を持つ凸部を挟む両側の直線状
ドメイン間の反発相互作用が強くなり、リング状ドメイ
ンの内側磁壁が境界６直下にしっがり固定されなくなる
。以上の条件を満たすように溝２３をつけると、ストラ
イプドメインは第７図（ｂ）のように溝掘り境界６を内
側径とするリング状に固定される。

このようにストライプドメインを保持すると、リング状
ドメインの外側の磁壁（境界６から離れて存在する磁壁
）部１３のポテンシャルウェルの磁壁面法線方向のプロ
フィルは主にストライプドメイン幅から決まる反磁界効
果によって定まり、溝掘り部境界の微細な出来上がりむ
らに影響されなくなる。

このような磁壁に外部印加パルスバイアス磁界を加えた
場合の磁壁駆動は磁壁１３の全体に亘って均一となる。

したがって、この磁壁の中にＶＢＬ対の有無の形で記憶
した情報をドメイン保持用の静バイアス磁界１１と平行
した向きに加えたパルスバイアス磁界印加によってＶＢ
Ｌ対に生じるジャイロ力を利用して移動させる際に、そ
の移動量をパルスバイアス磁界形状によって制御するこ
とが容易になる。図中１８．１９はそれぞれドメイン内
外の磁化の向きである。

第８図はストライプドメインをリング状に形成していく
過程と、この素子で必要条件とされているストライプド
メイン磁壁内にＶＢＬ対で記憶された情報を読み出しの
際バブルに変換し、あるいは情報の書き込みの際メイジ
ャライン３１にバブル有無の形で表わしたデータをスト
ライプドメイン磁壁内にＶＢＬ対の有無の形で記憶する
機能を果たすためのゲート部３２を含む溝掘りパターン
形状の一例について具体的動作過程を示す。溝掘り部２
３の先端２５に導体パターン２６からなるバブル発生器
を置く。予め、有効チップ面積全体にバイアス磁界１１
と同じ向きの磁界を加えて全体を１１の向きに飽和させ
ておく。そして、適当なバイアス磁界Ｈｚを加えた状態
で、このバブル発生器に図示した形状のパルス電流２７
を与えると、２５にバブルを発生し、そのバブルが溝２
３．２３’に沿って伸びるストライプドメインになり、
その先端がそれぞれ導入ガイド２８．２８’に入ったＵ
字型になる。このようなストライプドメインに対して導
体パターン２９に矢印の向きにパルス電流３０を与えて
２つの導体パターンの間の領域でストライプドメインの
内、２８の中に伸びた部分と２８″の中に伸びた部分と
を接合する。接合されたストライプドメインはバイアス
磁界Ｈｚによるゼーマンエネルギーと磁壁の表面エネル
ギーとの和を最小にしようとする。最終的には第７図（
ｂ）図に示すような溝の境界６を内側の縁とするリング
状ストライプドメインになる。もう一つの方法は、スト
ライプドメイン磁壁を溝掘り部境界膜厚段差部の外側に
もっていくことである（特願昭６Ｏ−０７９６５８）。

この理由は溝掘り部およびその境界の外側を含むように
ストライプドメインを設定すると、溝掘り部境界の膜厚
段差は境界外側にある磁壁が膜厚段差部に近づくのを妨
げる反磁界を生じる。他方、溝掘り部内にストライプド
メインを閉じ込めると、膜厚段差はそのストライプドメ
インが溝掘り境界の外へ出ることを強く抑える反磁界を
生じる。したがって、溝掘り境界段差から磁壁がこの段
差に近づけないようにする反磁界を生じさせるためには
、ストライプドメイン磁壁が溝掘り部境界膜厚段差部の
外側にくるように、ストライプドメインを初期設定する
必要がある。

第９図は本発明に於けるマイナループ部におけるストラ
イプドメイン配置法を示している。１４は溝掘り領域で
、その幅Ｗはストライプドメイン保持層の材料特性で決
まるストライプドメイン自然幅ｗＯ（外部バイアス磁界
１１が零のときのストライプドメイン幅）近傍にしてお
く。この溝掘り部に導体パターンからなるバブル発生器
３３を作りつける。このバブル発生器によって生じるバ
ブルは溝掘り部内だけでなく、その周囲の領域も含むよ
うにする。現実には溝掘り部の幅Ｗとバブル発生器の導
体間隔ｗＧの相対比および発生器の下端と溝掘り部の先
端との距離ｄが重要なパラメータとなる。ｄはｗＯ／２
以上にしておく必要がある。以上のようにして、発生し
たバブルに溝掘り部を取り囲むように配置したストライ
プドメイン伸長用導体パターン３４にパルス電流Ｉｓを
与えてストライプドメイン周囲の磁壁が溝掘り部外側に
来るように配置する。ストライプドメインが一旦このよ
うに配置されると、溝掘り部境界段差１５はストライプ
ドメイン磁壁が境界段差に近づけないような反磁界効果
を生じる。この結果、ストライプドメイン磁壁は溝掘り
部境界段差から離れた位置に安定保持され、磁壁と溝掘
り部境界段差と直接接しない構造がとれる。その様子を
第１０図に示す。ストライプドメイン１６の磁壁１７は
溝掘り部１４の境界の外側に安定化されている。このよ
うな状態が一旦得られると、ストライプドメイン磁壁と
溝掘り部境界との間には反発相互作用が働き、磁壁は溝
掘り境界と直接接することが避けられる。１８はストラ
イプドメイン内の磁化の向きである。

第１１図はストライプドメイン保持層におけるストライ
プドメイン磁壁１７と溝掘り部１４との相対的関係を立
体的に示している。

（発明が解決しようとする問題点） これらの方法は多数本の磁気ドメインを安定性よく配列
するためには操作が複雑で外部印加条件を制御すること
がかなり難しく、実用上問題であった。本発明の目的は
このような従来法の欠点を除去してマイナループである
ストライプドメインを安定性よく配列するための外部印
加条件を単純化できるようにした超高密度固体磁気記憶
素子を提供することにある。

（間趙点を解決するための手段） 本発明は膜面に垂直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境界のブロッホ磁壁中
に作った相隣合う２本のＶＢＬからなるＶＢＬ対を記憶
担体として用いる磁気記憶素子に於いて、（１）前記ス
トライプドメイン保持層表面に前記ストライプドメイン
を安定化したい領域に亘って選択的にプラト一部を残し
、その周囲にリング状ドメインを安定化させる構成、お
よび（２）その部分だけ保持層を削ってくり抜き部を作
り、くり抜き部を中心にしてその周囲にドメイン磁壁を
安定化させる方法において、相隣るプラト一部または溝
の中間の領域のストライプドメイン保持層上にプラトー
または溝の長手方向に平行に内部応力をもつ非磁性で形
成した細線状パターンを配置し、かつその両端にバブル
発生器および局所磁界印加手段を与えて所要ドメインの
形成を容易にした。以下、構成の詳細な説明をする。細
線状パターンとその直下のドメインとの関係を第５図、
第６図に示している。１はドメイン保持層、２は基板、
５は内部応力を持つ非磁性材料で形成した細線パターン
、１８はドメイン外側の磁化、１９はドメイン内の磁化
である。第１図は本発明に於けるストライプドメイン保
持層のマイナルーブ部の主要部の構成例を示す図である
。第１図（ａ）は本発明の第１の発明を用いたときのス
トライプドメイン保持層の主要部である。第１図（ｂ）
は第１図（ａ）の一点鎖線部のチップ断面である。基板
２上のストライプドメイン保持層１の表面にドメインを
保持したい領域にプラトー４を形成する。これは例えば
ストライプドメイン保持層表面をプラト一部を残して他
の領域をエツチングすることによって得られる。相隣る
プラトーとプラトーの間の領域に内部応力をもつ非磁性
膜で形成した細線パターン５を配置する。そして、その
細線パターンの一端にバブル発生器および局所面内磁界
発生用手段７を他の端にも局所磁界発生用手段８を配置
している。また必要に応じて両端の中間部にバブル発生
用導体パターン９を配置する。

（作用） 第１図により第１の発明を説明する。細線パターン５の
磁化を４の周囲に安定化するドメイン内の磁化と逆向き
に飽和させておく。次に、ストライプドメイン保持層内
の磁化を４の周囲に安定化しようとするドメイン内の磁
化と同じ向きに飽和させるように外部磁界を加える。そ
の後、バブル発生器７によって各細線パターンの端部に
バブルを発生し、外部磁界の絶対値を小さくしていくと
、細線に沿って磁壁エネルギー密度が小さくなるので、
各バブルは細線パターン５に沿って他の端まで伸長し、
ストライプドメインを形成する。その後、導体線７，８
に互いに反平行電流を与え、第１図（ａ）の７の上側お
よび８の下側にストライプドメイン内の磁化と同じ向き
の磁界が発生するようにする。これらの磁界によって、
各ストライプドメインは細線パターンの両方の端部で互
いに接合し、逆に各プラトーを中心に持つ単一ドメイン
が形成される。さらに外部印加磁界の絶対値を小さくす
ると、単一ドメインは縮み、その回りのドメインが広が
る。

外部印加磁界が零近傍になったとき、バブル発生器９を
働かせて、各プラト一部４にバブルを発生する。そうす
ると、このバブルはプラトー内を端から端まで広がる。

外部印加磁界の向きを逆にし、絶対値を増加していくと
、プラトー内部のドメイン磁壁がプラトー外周６に密着
し、その外側にリング状ドメイン１２が第２図に示すよ
うに安定化される。第１図（ｂ）は第１図（ａ）の一点
鎖線部の断面である。

第２の発明は第３図（ａ）、（ｂ）にその構造の主要部
を示すドメインを配置したい領域の中心部１３をくり抜
き、それを取り囲むように閉じたドメイン磁壁を配置す
る。その動作方法は第１の構造とほぼ同じである。異な
る点はくり抜いた領域にバブルを発生する必要がないの
で、バブル発生Ｓ９を必要としない。内部応力をもつ非
磁性膜で形成した細線パターンの代わりにストライプド
メイン保持層表面を溝掘りすることもアイデアとして出
て来る。しかし、実験してみると、溝掘り法はドメイン
を溝のエツジにトラップする力が強いため、ドメインが
そこから外れに（く、ストライプドメイン側壁部片側の
磁壁をエツジにトラップされたまま、もう一方の側の側
壁部のみがエツジを乗り越えて移動し、ドメイン幅を広
げていくことが屡々あった。この状態に対して外部磁界
を小さくし、さらに向きを逆転したとき、くり抜き部１
４のエツジ１５から反転ドメイン（最初に表面溝掘り部
に形成したドメインの磁化と同じ向きの磁化をもつドメ
イン）が瞬間的に不規則形状に広がってしまうことがあ
り、必ずしも、４を取り囲む閉じた磁壁をもつドメイン
が安定性よく形成されない欠点があった。

これに似た技術が昭和６１年度電子通信学会総合全国大
会（１９８６，３，２６講演番号：２２９）において報
告されている。そこでは、上記溝掘り部を第３図の７，
８に近い部分だけに限定する方法であるが、ストライプ
ドメイン長手方向に沿ってＶＢＬ対のビット位置作りつ
けの際細工をいろいろするので、前記のようなガイド用
溝がない場合ドメインが直線的に７の側がら８の側まで
くり抜き部の間の領域をまっすぐのびていかず、途中で
ビット位置作り付は用パターンに引っ掛かり、最後はド
メインヘッドが１５にぶつかってしまうこうがあった。

一旦、ぶつかってしまうと、それ以上はどうしようもな
く、１４を取り囲む閉磁壁をもつドメインを安定性よく
形成することが難しかった。

本発明ではこれらの欠点を取り除ける。上記溝掘り法の
第１の点については内部応力をもつ非磁性材料で形成し
た細線パターンではストライプドメイン保持層との間に
非磁性層をスペーサーとしていれることによって細線の
エツジ部の磁壁トラップ用障壁の急峻さを随意に変える
ことができる。

第２の問題は本発明では生じない。以上、この方法を用
いることにより制御性よく所定の位置にリング状ドメイ
ン、またはくり抜き部を取り囲む閉磁壁を持つドメイン
を形成できる。

（実施例１） Ｇｄ３Ｇａ５０１２（１１１）基板上に（ＶＳｍＬｕＣ
ａ）３（ＦｅＧｅ）５０１２組成のガーネット膜を４μ
ｍの厚さＬＰＥ成長した。第１図、第２図の構造のプラ
トー４の高さを０．４ｐｍ、　　＜り抜き部１３の深さ
を４１１ｍ、幅はどちらも６１１ｍである。その上に５
ｉ０２スペーサー０．２ｐｍを介して、ハード垂直磁化
膜であるＣｒ膜をスパッタ法で０．１１Ｘｍ厚さだけ付
け、酸化を防ぐため、その表面をＳｉＯ□でカバーした
。しかる後、このＣｒ膜を２ｐｍ幅のストライプドメイ
ン状に形成した。この構造の両端に２ｐｍ幅の導体パタ
ーンを配置し、前述のバブル発生から始まる一連の動作
により、第１図の構造ではプラトー４を取り囲むリング
状ドメインを、第２図の構造ではくり抜き部を取り囲む
閉磁壁を持つドメインを形成できた（第４図）。

（実施例２） 実施例１において、Ｃｒ膜とガーネット膜との間に５ｉ
０２を０．１ｐｍスペーサーとして配置した構造を持つ
場合も実施例１と同様の効果を得ることができたが、予
想通り、パターンエツジのストライプドメイン磁壁トラ
ップ力は実施例１に比べて増加し、外部磁界を小さくし
ていったとき、そこからの離れ方に場所毎の不均一さが
目立った。

（発明の効果） 本発明により、従来問題になっていたドメイン配置の安
定性、信頼性が格段に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図はリング状ドメインを保持するための主要構造図
、第２図は第１図に示す方法によって形成したリング状
ドメインを示す図、第３図は中抜きストライプドメイン
を保持するための主要構造図、第４図は第３図に示す方
法で形成したストライプドメイン図、第５図は本発明に
使用する内部応力をもつ非磁性材料で形成した細線パタ
ーンがドメインをトラップする機構を示す図、第６図は
内部応力をもつ非磁性材料で形成した細線パターンの下
に安定化されるドメインの磁化を示す図、第７図はリン
グ状ドメインを保持するための従来法の一例を示す図、
第８図は従来法に於けるリング状ドメイン形成のための
導体パターンは一例を示す図、第９図は中抜きドメイン
安定化法の従来法の一例を示す図、第１０図は中抜きス
トライプドメインを上からみた図、第１１図はドメイン
を立体的に見た図である。 図において、 １、ドメイン保持層、２．基板、３．ドメイン保持層の
表面エッチ部、４．プラト一部、５．内部応力をもつ非
磁性材料で形成した細線パターン、６．プラト一部エツ
ジ、７．バブル発生器および局所面内磁界発生用導体パ
ターン、８０局所面内磁界発生用導体パターン、９．バ
ブル発生用導体パターン、１０．スペーサー、１１．バ
イアス磁界、１２．リング状ドメイン、１３゜リング状
ドメイン磁壁、１４．ドメイン保持層くり抜き部、１５
バリ抜き部エツジ、１６．中抜きドメイン、１７、ドメ
イン外周磁壁、１８６内部応力をもつ非磁性材料で形成
した細線パターン下のドメインの外側の磁化、１９．ド
メイン内の磁化、２０．内部応力をもつ非磁性材料で形
成した細線パターンの縁に引き寄せられるドメイン、２
１．ドメイン磁壁、２２．内部応力をもつ非磁性材料で
形成した細線パターンの側壁、２３．２３’、プラトー
周囲の溝掘り部、２４．リング状ドメイン保持用溝掘り
部の外側のエツジ、２５．バブル発生器、２６．バブル
発生器用導体パターン、２７．バブル発生用パルス電流
、２８．２８’、ストライプドメイン先端部のがし用溝
、２９．ストライプドメイン縫い合わせ用導体パターン
、３０．ストライプドメイン縫い合わせ用パルス電流、
３１．３１’、メイジャライン、３２．３２’。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報読み出し手段、情報書き込み手段および情報
   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ブロッホ磁壁中に作った相隣
   る２つの垂直ブロッホラインの対をブロッホ磁壁内で保
   持、転送する手段を有する磁気記憶素子に於いて、ドメ
   インを配置したい領域に亘って前記強磁性体膜表面の一
   部を選択的に残して他の領域を削り、かつ削った領域に
   対応する部分に削り残し部に平行に内部応力をもつ非磁
   性材料で形成した細線を配置してその先端部を含む位置
   にバブル発生、および局所磁界発生の手段を、もう一方
   の端部に局所磁界を発生させる手段を設けていることを
   特徴とする磁気記憶素子。
2. （２）情報読み出し手段、情報書き込み手段および情報
   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ブロッホ磁壁中に作った相隣
   る２つの垂直ブロッホラインの対をブロッホ磁壁内で保
   持、転送する手段を有する磁気記憶素子に於いて、前記
   強磁性体膜中の前記ストライプドメインを配置したい領
   域に亘ってストライプドメイン保持層にくり抜き部が設
   けられ、かつ該くり抜き部と相隣るくり抜き部との間の
   領域にこれらくり抜き部に平行に内部応力をもつ非磁性
   材料で形成した細線を配置してその先端部を含む位置に
   バブル発生および局所磁界発生の手段を、もう一方の細
   線端部に局所磁界を発生させる手段を設けていることを
   特徴とする磁気記憶素子。