JPH01220288A - 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囲のブロッホ磁壁の中に作った
相隣り合う垂直ブロッホライン（以下、ＶＢＬと称する
）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・マイナルーブ構成
とする場合、メイジャラインでは、バブルを情報担体と
し、マイナループはストライプドメインで構成し、その
周囲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（バブルの有無の列）は書き込みメイ
ジャラインを移動する。メイジャライン上に１ペ一ジ分
の情報が書き込まれると、それをマイナループへ記憶さ
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する
。したがって、書き込みトランスファゲートはバブルの
有無をＶＢＬ対の有無に変換する機能を持っている。マ
イナルーブはＶＢＬ対を保持できるブロッホ磁壁で構成
している。また、マイナルーブは構成するストライプド
メイン磁壁土のＶＢＬ対を必要に応じて読み出しトラン
スファゲートへ移動させる機能を持っている。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検出器で読み取る。このように、
マイナルーブをバブル材料に存在するストライプドメイ
ンで構成し、マイナルーブ上での情報担体としてバブル
の代りに、ＶＢＬ対を用いることにより、バブル素子に
比べて、約二桁の記憶密度の向上を達成できる。

この素子においては多数本の磁気ドメインをチップ上の
定められた位置に安定性よく配列することが重要な技術
である。

これに対する一つの方法は、ストライプドメイン磁壁を
溝堀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）。この理由は溝堀り部お
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、溝堀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、磁
壁が外部から加えられるＶＢＬ対駆動用のパルス磁界に
対して、障害を受けず応答でき、しかも磁壁の応答を可
逆的にできるためである。これはＶＢＬ対保持用磁壁安
定化の必要条件である。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。このため、磁壁は外部印加磁界に対して自由
に応答して動くことができない。したがって、ストライ
プドメイン磁壁が溝堀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７図（ａ）、（ｂ）にその構造の主要部を示している
。

基板２上のドメイン保持層１のドメインを配置したい領
域の中心部４をくりぬき、それを取り囲むように閉じた
ドメイン磁壁を配置するための形成技術の例は、アイ・
イー・イー・イー・トランザクション・オン・マグネテ
ィクス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎ、　Ｍａｇｎ、、　ＭＡＧ
−２２，７８４（１９８６））において報告されている
。しかし、実験してみると、この方法では溝掘り部が平
行に並んでいる領域と溝掘り部がない領域とでバブルド
メインがストライプドメインに変化するバイアス磁界の
大きさにかなりの違いがあり、溝堀り部領域では他の領
域に比べてバイアス磁界をもっと低くしないと、ドメイ
ンが伸長しない欠点があることが分かった。溝掘り部を
含む領域でドメインが溝と溝との間の領域を伸長するま
でバイアス磁界を下げると、溝堀り部領域の内のどれか
一箇所を伸びてバブル発生器１９がある側と反対側、つ
まりドメイン結合用の導体パターン２０がある領域に出
た途端にそのドメインが広がって２０がある領域前面に
迷図状ドメインができてしまう。このため、いま伸びた
ドメインに遅れて溝掘り領域を伸びてきたドメインは迷
図状ドメインに邪魔されてドメイン接合用の導体パター
ン２０の下を横切るところまで伸び出せない。そこで、
第８図（ａ）、　（ｂ）に示すように、溝堀り部４の先
端部に溝４の長手方向に沿って相隣合う溝４の中間に相
当する位置に補助用の溝７を設けた（特願６２−２０８
７１２）。しかし、この方法を用いて実験してみると、
溝４の間を伸長してきたドメインが溝で挟まれていない
導体パタン９の前面領域で横に広がってしまいやすく、
複数本のドメインが同時に再び溝（補助用の溝４）に挾
まれた領域に入りこみ伸長することが困難であった。な
お、１６はガイド溝、１７は変換ゲート、１８はメイジ
ャラインである。

（本発明が解決しようとする課題） 上述の方法は多数本の磁気ドメインを安定性よく配列す
るためには問題であった。本発明はこれらの欠点を取り
除き、ストライプドメインを安定性よく配列するための
外部磁界の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。

（課題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
に作った相隣り合う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おいて、前記ストラ
イプドメインを安定化したい領域に亘って選択的に保持
層を削って溝（第１の溝）を作り、溝を中心にしてその
周囲にドメイン磁、壁を安定化させる構造において、政
情の一方の先端部領域に政情の長手方向に沿って該溝形
成領域とは分離した領域に補助用の溝（第２の溝）を設
け、かつストライプドメイン安定化用の溝の両端にドメ
イン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。該補助用の溝掘り部を作るこ
とにより、ストライプドメイン安定化用溝掘り領域を伸
び出したドメインに対するポテンシャルウェルが急激に
深くなることを防ぎ、該第２の溝の幅を該第１の溝の幅
より小さくすることによって、目的とする溝掘り部長手
方向に沿って所定の位置までストライプドメインを安定
性よく伸ばすことができるようになった。

（実施例） 以下、構成例の詳細な説明をする。

第１図は本発明におけるストライプドメイン保持層のマ
イナループ部の主要部の構成である。第１図（ａ）、（
ｂ）は本発明の方法を用いた時のストライプドメイン保
持層の主要部である。ストライプドメイン保持層１上の
ドメインを保持したい領域に溝４（第１の溝）を、また
この溝に沿って分離した領域を挾んで補助用の溝７（第
２の溝）を形成する。これは例えば、ストライプドメイ
ン保持層の溝掘り部に相当する領域に選択的にＨ２＋な
どのイオンを注入した後、ホットリン酸でエツチングす
ることによって得られる。その溝４の両端部にドメイン
発生器および局所面内磁界発生用手段８，９を配置して
いる。なお、８．９には第２図の１１で示す櫛形状の櫛
のめが溝部４の各溝の間の領域の入り口に来るように、
ドメインを制御性よく発生でき、また、溝部４から伸び
出した互いに隣り合うドメインを縫い合わせることがで
きるように、第６図に示す形状のドメイン発生器を用い
た。第１図９に示す縫い合わせ用導体パターンの配置の
特徴は補助溝が導体パターン９のノツチ部にあり、かつ
補助溝の先端がノツチの出口に比べてノツチ内に引っ込
んでいることである。この構造にすることで、ドメイン
を縫い合わせた時、縫い合わされてできたドメインの一
部が補助溝にひっかかってしまうという欠点を取り除く
ことができた。

第２図（ａ入（ｂ）から第５図（ａ）、　（ｂ）までを
使ってストライプドメイン安定化の動作を説明する。ま
ず、ストライプドメイン保持層の磁化をバイアス磁界を
加えることによって４の周囲に安定化するドメイン内の
磁化と同じ向きに飽和させておく。その後、ドメイン発
生器８に矢印の向きの電流を与えてその磁界によって第
２図に１１で示すドメインを発生する。この様な形状の
ドメインを作るためには、まず８の上側のエツジ１２に
沿ってドメインが発生するように発生器８の形状を設計
する必要がある。その具体的形状の一例が第６図である
。その後、バイアス磁界の絶対値を小さぐしていき、ド
メインが第３図に示すように溝掘り部を通り越して補助
溝７がある領域まで伸張する。その後、ドメイン発生器
９に第４図に示す矢印の向きの電流を与え、第４図（ａ
）に示すようなドメインを形成する。これらの磁界によ
って、ドメイン１１は溝掘り部の両方の端部で互いに接
合し、逆に溝堀部を取り囲む閉磁壁に囲まれたドメイン
１２が形成される。外部印加磁界を零にし、さらにその
向きを逆にし、１０で示す向きにして磁界の強さを増加
していくと、第５図に示すように溝を取り囲む磁壁をも
つドメインが形成される。このドメインがＶＢＬ対保持
用に使われる。他方、補助溝にくっついていたドメイン
はこのバイアス磁界変化によって完全に消去される。

このようにして、４の周囲を取り囲む磁壁によって囲ま
れたドメインを安定化できたが、８の側のポテンシャル
ウェルは依然として深いまま残されており、導体電流に
よる局所バイアス磁界をドメイン先端部に付加できるよ
うにしておかないと、チップの温度変化などによってド
メイン先端部が伸び出してしまう危険性が取り除かれて
いない。そこで、本発明では第１図に１６で示す溝（第
３の溝）を新たに設け、その周辺のポテンシャルウェル
を浅くし、ドメイン先端部の任意の伸び出しを防止する
ようにした。この溝はブロッホラインメモリに必要なＶ
ＢＬ対−バブル変換ゲート部１７の動作時に、ドメイン
が４の長手方向に一致した向きで、ゲート１７の中へ伸
び出していくことも助ける。メイジャ°ライン１８のポ
テンシャルウェルは導体電流磁界によって動作時のみ、
かさ上げすることで十分である。

Ｇｄ５Ｇａ５００２（１１１）基板上に４１１ｍバブル
材料（Ｙ？ＳｍＬｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）５０１□ガー
ネツト膜を２ｐｍの厚さＬＰＥ成長した。第１図の構造
に溝（溝４の幅３μｍ、溝７の幅２１１ｍ、配置周期１
２ｐｍ）は溝を掘りたい部分に選択的にイオン注入をし
た後、リン酸を使い、エツチングして形成した。出来た
溝の深さは２．１１１ｍであった。その上に、５１０２
スペーサー０．５ｐｍを介して、第６図に示す形状のド
メイン発生器を配置して上述のドメイン発生から始まる
一連の動作により、第５図（ａ）、　（ｂ）に示す溝堀
り部４を取り囲む閉磁壁を持つドメイン１４を形成でき
た。

（発明の効果） 以上のように本発明によれば多数本のストライプドメイ
ンを安定に配列できる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂ）は本発明におけるドメイン保持
するための主要構造の例を示す図、第２図（ａ）、（ｂ
）から第５図（ａ）、　（ｂ）は本発明のドメイン形成
過程を示す図である。第６図は本発明に用いたドメイン
発生器の例を示す図、第７図（ａ）、　（ｂ）第８図（
ａ）、　（ｂ）は、各々、溝掘り部を取り囲む閉磁壁を
もつドメイン安定化法の従来法の例を示す図である。 図において、１．ドメイン保持層、２．基板、３．スペ
ーサ、４．ドメイン保持層くり抜き部（第１の溝）、５
、くりぬき部エツジ、６．ガード用ドメイン保持層くり
抜き部、７．補助用のドメイン保持層くり抜き部（第２
の溝）、８，９．ドメイン発生用導体バタン、１０゜バ
イアス磁界、１１．ドメイン発生器８により発生した磁
気ドメイン、１２．ドメイン発生器用導体パタンのエツ
ジ、１３．ドメイン発生用導体バタンのノツチ、１４．
中抜きドメイン、１５．ドメイン外周磁壁、１６、ドメ
イン１４の伸び出し防止およびドメインのゲート部への
ガイド用溝（第３の溝）、１７．ブロッホライン対とバ
ブルとの間の変換ゲート、１８．メイジャライン、１９
．バブル発生器用導体パターン、２０．ドメイン結合用
導体パターンである。

Claims (1)

【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本の垂直ブロッホラインからなる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おいて、ス
   トライプドメインを配置すべき領域にストライプドメイ
   ン保持層に第１の溝が設けられ、かつ該第１の溝の一方
   の先端部領域と対向する領域に該第１の溝の長手方向に
   沿ってとなり合う各第１の溝の中間に相当する位置に補
   助用の第２の溝を配置し、第１の溝の他方の先端部領域
   と対向する領域に第１の溝の長手方向に沿ってとなり合
   う第１の溝の中間に相当する位置に第３の溝を配置し、
   第２の溝の幅は第１の溝の幅より小さいことを特徴とす
   る磁気記憶素子。