JPH0283889A - 磁気記憶素子とその駆動方法 - 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磁気記憶素子に関する。

（従来の技術と発明が解決しようとする問題点）高密度
固体磁気記憶素子を目脂して、磁気バブル素子の開発が
各所で盛んに行われている。しかし、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．
３ｐｍといわれている。したがって、０．３ｐｍ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ずく高密度化限界を大幅
に改善し、かつ情報読み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軟磁性強磁性体（フェリ磁
性体を含む）膜に形成されるストライプドメインの境界
を形成するブロッホ磁壁の中に静的に安定に存在する垂
直ブロッホライン対２個からなるブロッホライン対（以
下、ＶＢＬ対と称する）を記憶単位として用いる素子が
発明された（特願昭５７−１８２３４６）。

本素子においてもっとも重要な部分の一つは情報の担い
手であるＶＢＬ対の転送である。

１ビツトずつ選択転送に関しては原理的にはＶＢＬ対に
対して磁壁に沿って駆動する力を与える手段が必要であ
る。現実的にはＶＢＬ対存在領域に磁壁面に沿う進行波
状の局所面内磁界を与える方法、およびストライプドメ
イン磁壁に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考えられている
が、前者は導体パターンを用いることによってのみ達成
されることから素子の高密度化を狙った場合、実用的で
はない。他方、後者の場合、外部から加えるパルスバイ
アス磁界によって与えられる磁壁駆動力が非常に重要で
ある。この磁壁駆動力をチップ上各部で一定化するため
にはストライプドメイン磁壁上のブロッホライン対をど
のようにして安定化させる、つまりストライプドメイン
磁壁上にブロッホライン対を安定に保持することが重要
になる。この方法についての技術を詳細に説明する。

従来、ブロッホライン対を安定に保持する方法として、
例えばストライプドメイン磁壁転送路上に絶縁層を介し
て、面内かつストライブドメイン磁壁に垂直方向に並ん
だハード磁性膜による細線群を配し、細線群の磁化を上
記ストライブドメイン磁壁の方向に磁化させる方法等が
知られている（テ仁スズキ他アイトリプルイー、　ｌ−
ランザクジョン、オブ、マグネティックス、ＭＡＧ−２
２巻第７８４頁−第７８９頁、１９８６年９月）。その
他ストレス、イオン注入等の方法も提唱されている。

これ等の方法は全て、ブロッホライン対保持のために上
記ストライプドメインが存在する軟磁性強磁性体膜上に
ストライプを有する細線群を配置したり、あるいは細線
状のマスクを配置し上記軟磁性強磁性体膜上からイオン
注入することにより、上記膜表面層の膜特性を空間的に
、選択的に変調させることによりなされている。既に知
られている有力な方法である前記のハード膜細線群を軟
磁性体膜上に配する構成においても、該ハード膜端部の
磁化による磁荷により、主に該軟磁性強磁性体膜表面層
に、空間的に変調された磁界を与え得る構造を持ってい
る。

一方、ブロッホライン対の駆動手段として、空間的には
均一で、時間的に変調されたパルスバイアス磁界による
方法が大容量記憶素子に適用できる手段として提唱され
ている。

このように、以上の従来のブロッホライン対保持のため
の手段は、ブロッホライン対駆動手段であるところの、
空間的には均一で、時間的に変調されたパルスバイアス
磁界によるブロッホライン対の駆動とは相関を持たない
互いに独立した手段となっている。即ち、従来のブロッ
ホライン対の駆動及び保持手段は、互いに時間的にも、
また、空間的には相関を持たない、二つの独立な手段に
よって構成されている。

しかるに、安定なブロッホライン対の駆動と保持の実現
のためには、単に駆動手段であるバイアスパルス磁界に
相関のないブロッホライン対保持機構を設けるだけでは
充分でなく、正常なブロッホライン対駆動を促進し、か
つヒツト位置でのブロッホライン対の安定な保持を実現
する機能を兼ねてそなえることが必要である。しかも、
大容量素子に適用するためには、このような機能を余分
な消費電力を費やすことなく実現する必要がある。

本発明の目的はこのような従来の問題点を除去したもの
で、前記ストライプドメイン磁壁上のブロッホライン対
を安定に保持する手段を有している超高密度磁気記憶素
子を提供するにある。

（問題点を解決するだめの手段） すなわち、本発明は情報読み出し手段、情報書込み手段
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（フェノ磁性体を含む）膜
に存在するストライブドメインの境界のブロッホ磁壁中
につくった相隣る２つの垂直ブロッホラインからなる垂
直ブロッホライン対を記憶情報単位として用い、該垂直
プロツボライン対をバイアスパルス磁界によりブロッホ
磁壁内で転送する手段を備えている磁気記憶素子におい
て、前記ストライブドメインが存在する該軟磁性体の強
磁性体膜上に近接して上記ストライプトメ磁界として立
ち上がり時間、立ち下がり時間が共にＩｏｎ秒以上の第
１のパルス磁界と立ち上がり時間、あるいは立ち下がり
時間のいずれかが０．１ｎ秒以下の第２のパルス磁界を
印加することを特徴とする駆動方法である。

（実施例） 本発明は上述の構成をとることにより、安定なブロッホ
ライン対駆動及び、保持手段を有する磁気記憶素子を提
供するにある。以下、本発明の構成例の詳細な説明をす
る。

第１図（ａ）、（１））は本発明におけるブロッホライ
ン対の安定な駆動と保持のための、閉回路導体を含む素
子の構成例を示している。

第１図において、軟磁性の強磁性体膜７内のストライブ
ドメイン４は膜表面を該膜厚と同一の深さにわたって溝
掘りした溝３をその内部に含むように保持されている。

ス］・ライブドメイン保持手段は本実施例の溝掘りによ
るものの他、ハード膜等その他の手段によるものでも本
発明の効果はいささかも変らない。情報は該ス）・ライ
ブドメイン磁壁５上のブロッホライン文４６の有無とし
て記憶する。ブロッホライン対の駆動の安定化、及び安
定保持のための閉回路導体１は該膜面上で、該ストライ
プドメイン磁壁に垂直に交差し、かつ互いに平行に並ぶ
ように配置されている。ブロッホライン対保持手段であ
るハード膜細線群も該閉回路導体列上に、同一周期でス
トライプドメイン磁壁に垂直に交差し、かつ互いに平行
に並ぶように配置されている（図示せず）。

ブロッホライン対を駆動するための２方向のバイアスパ
ルス磁界は第２図のようにパルスの立ち上がりが急峻で
、立ち下がりの緩やかな非対称パルス形状のパルス磁界
である。あるいは立ち上がりが緩やかで、立ち下がりの
急峻なパルス磁界でも基本的に同様な駆動力が生じる。

このバイアスパルス磁界は素子の膜面に対し垂直方向に
、実質的に均一な磁界として印加される。このようなバ
イアスパルス磁界の立ち上がり時間あるいは立ち下がり
時間が急峻すぎるとストライプドメイン磁壁はパルス時
間に追随して移動できず、従ってプロノボラインの移動
も生じがたい。そのため、通常立ち」１がり時間、立ち
下がり時間の急峻なほうの時間としてＩｏｎ秒から５０
ｎ秒程度、ゆるゆかな方は１００ｎ秒からｌｐｍ程度に
なっている。

しかるに、本発明のように、強磁性体膜に接して閉回路
をなす導体の列を設け、ブロッホライン対駆動のための
立ち上がり時間と立ち下がり時間が共にＩｏｎ秒以上の
第１のバイアスパルス磁界の他に、立ち上がり時間、あ
るいは立ち下がり時間のいずれかの時間が０．１ｎ秒以
下の急峻な第２のバイアスパルス磁界を印加すると、閉
回路と鎖交する磁束の時間変化は第１のパルス磁界から
は小さな寄与しかないが、第２のパルス磁界からは大き
な寄与があり、第２のパルス磁界による磁束の時間変化
に比例した起電力が閉回路に生じ、有限の抵抗を持つ閉
回路導体に電流が流れる。

本実施例の場合、第１のバイアスパルス磁界は第２図の
ようにピーク値が５０ｅ、立ち上がりが５０ｎ秒立ち下
がりが９００ｎ秒であり、第２のバイアスパルス磁界は
第３図のように、ピーク値０．５０ｅ、立ち上がり０．
１ｎ秒、立ち下がり１００ｎ秒のパルス波形の駆動パル
スを印加している。第１２、第２のパルス磁界の方向は
同一方向に加えている。閉回路導体列の各々の一つは金
により形成され、第１図のように矩形状をなしており、
導体厚１ｐｍ、導体幅１ｐｍ、ストライプドメイン磁壁
に垂直方向に対向する導体間隔が１２０ｐｍ、ストライ
プドメイン磁壁に平行な方向に対向する導体間隔は２１
１ｍである。本矩形閉回路導体は軟磁性の強磁性体膜上
に厚さ０．０５ｐｍの５ｉ０２による絶縁層を介して形
成されている。立ち上がり５０ｎ秒、立ち下がり９００
ｎ秒の第１のパルスにより、ブロッホライン対は駆動力
を受ける転送するが、閉溝体に生じる誘電電流は非常に
小さい。一方、立ち上がり時間０．１ｎ秒、立ち下がり
時間１００ｎ秒の第２のパルスの立ち上がり時には、該
閉回路を鎖交する磁束変化の大きさは〜１．２　Ｘ　１
Ｏ−３Ｗｂ１秒であり、電磁誘導効果により、起電力が
生じる該閉回路の抵抗は〜６Ωであり、よって〜０．２
ｍＡの電流がパルス立ち上がり時に生じる。第２のパル
ス振幅が最高値を取る時、及び立ち下がり時には該閉回
路上に生じる起電力は立ち上がり時の１／１００以下で
あり、この期間には該閉回路に生じる電流は立ち上がり
時と比べ、殆ど０とみなして良い。第２のパルス磁界の
立ち上がり時間は急峻であり、かつ０．５０ｅと小さい
ため、ブロッホライン対に対する駆動力とはならない。

即ち、第２のバイアスパルス磁界の立ち上がり時のみ、
閉回路列に電流が流れ、その電流により、第１のバイア
スパルス磁界と逆向きの磁界が該閉回路導体下に発生す
る。第２のパルス磁界により閉回路に誘導された電流に
よる磁界は該閉回路が強磁性体膜に近接して設けられて
いるため、強磁性体膜には比較的大きな磁界となる。こ
のように、第１のパルス磁界と第２のパルスじかいの遅
延時間を固定すれば、該閉回路により発生する磁界は時
間的には第１のバイアスパルス磁界と一定の遅延時間を
保つちつつ同期し、かつ空間的には該閉回路の配列周期
に同期している。そのため、バイアスパルス磁界のパル
ス立ち上がり時、該閉回路導体下の該軟磁性の強磁性体
膜では閉回路導体からの逆向き磁界が重畳されるため、
バイアスパルス磁界は実効的に弱くなる。逆に該閉回路
導体の外側では該回路導体からの磁界はバイアスパルス
磁界と同一方向であるため、バイアスパルス磁界は実効
的に強められる。

従って、第４図（ａ）のように、第１のパルス磁界と第
２のパルス磁界を遅延時間０とし、同期させた場（工１
） 合、バイアスパルス磁界２の急峻な立ち上がり時、該閉
回路導体の下のストライプドメイン磁壁部分であるビッ
ト位置に保持されていたブロッホライン対は、バイアス
パルスの急峻な立ち上がりにより駆動され始めるが、そ
の上、該閉回路導体からの磁界により、元のビット位置
から該閉回路導体外に引出される効果が生じる。即ち、
次のビット位置である隣接した閉回路導体への駆動力が
強化される。ブロッホライン対が隣接ビット位置まで駆
動された後、バイアスパルス磁界用パルスの緩やかな立
ち下がり時には、バイアスパルス磁界によるブロッホラ
イン対を逆向きに駆動する力は小さい上、該閉回路導体
の磁界は無視でき、−旦、隣接ビット位置に達している
ブロッホライン対を元のビット位置に戻らせてしまう余
分な効果は生じず、隣接ビット位置で安定に保持される
。

該閉回路導体は、バイアスパルス磁界の急峻な立ち上が
り時にのみブロッホライン対の隣接ビット位置への駆動
を強化するのに対し、隣接ビット位置に達した後、バイ
アスパルス磁界の緩やかな立ち下がり時には、ブロッホ
ライン対が元に戻る作用を助長する効果は生じない。し
かも、この該閉回路導体の効果は、なんら余分な電力を
消費することなしに達成される。

第２の実施例として第４図（ｂ）のように第１のパルス
磁界と第２のパルス磁界の遅延時間を大きくとり同期さ
せ、かつ磁界方向を逆にしたとき、第２のパルス磁界に
より該閉回路に誘導される電流による磁界は隣接ビット
に転送されたブロッホライン対が元に戻る動きを抑制す
る効果がある。

（発明の効果） 以上のごとく、本発明の磁気記憶素子では、従来問題で
あったバイアスパルス磁界によるブロッホライン対の駆
動及び保持を閉回路導体を配することによって解決する
ことができ、大容量磁気記憶素子の実用化に資すること
犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の主要部を示す図であり
、第２図はバイアスパルス駆動のための第１のパルス波
形を示す図であり、第３図は第２のパルス波形を示す図
であり、第４図（ａ）、（ｂ）は本発明の第１のパルス
と第２のパルスの大きさ、向き、位相関係を示す図であ
る。 １閉回路導体、２バイアスパルス磁界、３ストライプド
メイン保持のための溝、４ストライプドメイン、５スト
ライブドメイン磁壁、６ブロツホライン対、７軟磁性の
強磁性体膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）情報読み出し手段、情報書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
   する軟磁性の強磁性体（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つく
   った相隣る２つの垂直ブロッホラインからなる垂直ブロ
   ッホライン対をブロッホ磁壁内で駆動する手段を有する
   磁気記憶素子において、該ブロッホライン対を保持する
   手段として前記ストライプドメインが存在する該軟磁性
   の強磁性体膜上で該強磁性体膜に近接して、上記ストラ
   イプドメイン磁壁と交差するように閉回路をなす導体の
   列を配したことを特徴とする磁気記憶素子。
2. （２）ブロッホライン対を駆動するための第１のバイア
   スパルス磁界として立ち上がり時間と立ち下がり時間が
   共に１０ｎ秒以上の非対称パルス磁界と立ち上がりある
   いは立ち下がり時間のいずれかが０．１ｎ秒以下の第２
   のパルス磁界を印加することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の磁気記憶素子の駆動方法。