JPH01220289A - 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
イナループは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
ーブ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対駆動駆動用ルス磁界に
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
。

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、特願昭６２−２３３８４４において報
告されている。しかし、実験してみると、この構造では
溝堀り部４とガード用ドメイン保持層くり抜き部６には
さまれた領域２１．２２と、溝４どうしではさまれた領
域２３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、領域
２３では領域２１．２２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。ドメインが溝４と溝６との間の領域２１．２
２を伸長するまでバイアス磁界を下げると、溝堀り部領
域２３のうちのどれか一箇所を伸びてバブル発生器８が
ある側と反対側、つまりドメイン結合用の導体パタン９
がある領域に出た途端にそのドメインが広がって９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堀り領域２１゜２２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ン９の下を横切るところまで伸び
出せない。したがって、溝６に隣合う溝２４．２５を囲
むドメインを発生させることができない欠点があった。

（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、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。ストライプドメイン安定化領域の周囲に第４の
溝を形成し、第４の溝と第１の溝にはさまれた強磁性体
膜の幅を第１の溝どうしではさまれた強磁性体膜の幅よ
り大きくし、第４の溝と第２の溝にはさまれた強磁性体
膜の幅を第２の溝どうしではさまれた強磁性体膜の幅よ
り大きくすることにより、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
く伸ばし多数本のストライプドメインを安定化すること
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バタンの配置の
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）、（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くしていき、
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、逆に溝掘り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名
。

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。

Ｇｄ５Ｇａ５０１□（１１１）基板上に４１１ｍバブル
材料（ＹＳｍＬｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）５０１□ガーネ
ツト膜を２１１ｍの厚さＬＰＥ成長した。第１図の構造
に溝（溝４の幅３ｐｍ、溝７の幅２ｐｍ、配置周期１２
ｐｍ）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、５ｔｏ２ス
ペーサ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
ンを安定性よく配列できる。

【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）、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（第４の溝）、７．補助用のドメイン保持層くす
抜き部（第２の溝）、８，９．ドメイン発生用導体パタ
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パタンのノ
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、２１．２２．溝４と溝６にはさまれた領域、２
３．溝４どうしではさまれた領域、２４．２５．溝６に
隣合う溝である。

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亘ってストライプ
   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
   方向に沿って補助用の第２の溝を配置し、また第１の溝
   の他方の先端部領域と対向する領域に該第１の溝の長手
   方向に沿って相隣る該第１の溝の中間に相当する位置に
   第３の溝を配置し、前記第１の溝、第２の溝、第３の溝
   を配置した領域の周囲に第４の溝を配置し、前記第４の
   溝と隣合う第１の溝にはさまれた強磁性体膜の幅が該第
   １の溝どうしではさまれる強磁性体膜の幅より大きいか
   もしくは等しく、前記第４の溝と隣合う第２の溝にはさ
   まれた強磁性体膜の幅が該第２溝どうしではさまれる強
   磁性体膜の幅より大きいかもしくは等しいことを特徴と
   する磁気記憶素子。