JPH03116482A - 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、マイナループはそれを構成するストラ
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の
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強磁性体に溝を
形成し、磁気ドメイン磁壁を溝掘り部境界の段差部の外
側にもっていくことである（特願昭６Ｏ−０７９６５８
）。この理由は、溝掘り部及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
段差は境界外側にある磁壁が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
、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
。従って、ストライプドメイン磁壁が溝掘り部境界の段
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。

第５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ための形成
技術の例は、特願昭６３−０４７７２１において報告さ
れている。しかし、実験してみると、ガート用ドメイン
保持層くり抜き部６、補助用ドメイン保持層くり抜き部
７、ドメイン（マイナルーブ）のゲート部へのガイド用
溝１６の各々の境界線の一部が直線的に折れ曲がってい
る尖端箇所３１では有効磁界がかなり高いことがわかっ
た。ストライプドメイン初期設定過程において、この尖
端箇所３１を結ぶ磁壁が一旦形成されてしまうと、バイ
アス磁界をかなり高くしないと消去されなＩ／）０この
磁壁が消去されるまでバイアス磁界を高くすると、初期
設定されたマイナループを消失する欠点がある。

また、この素子において、重要な部分の一つに情報の書
き込み部及び情報読み出し部がある。この書き込みｌ読
み出しゲート（以下、Ｒ／Ｗゲートとｌ、％う）の構成
の一例は、アイ・イー・イー・イー・トランザクション
ズ・オン・マグネティクス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ。

Ｍａｇｎ、）　Ｖｏｌ、　ＭＡＧ−２２，Ｎｏ、　５．
　（１９８６）　ｐｐ、　７８４−７８９に示されてい
る。ＶＢＬ対の書き込み時は、ストライプドメイン（マ
イナループ）先端にあるダミーのＶＢＬを側壁に移動さ
せ、ドメイン先端を切断する。ＶＢＬ対の読み出し時は
、ストライプドメイン先端に局所的面内磁界をかけ、先
端のダミーのＶＢＬを移動させ、ビットとしてのＶＢＬ
対の有無をドメイン先端の切断のしやすさに換えて読み
出す。このように、＆Ｗアゲート作は、マイナループの
切断動作を伴うことから、ＶＢＬ対を蓄積しているマイ
ナルーブの中央部での〜Ｗ動作は難しい。従って、実際
のデバイスでは、書き込み、読み出し動作を行なおうと
するストライプドメイン先端を引き伸ばし、論ゲート領
域に導入する。このＷゲート動作を行なうときにも、第
５図（ａ）、　（ｂ）に示すような前記尖端箇所３１を
結ぶ磁壁が存在していると余分なドメインが伸びてきて
マイナループとしてのドメイン先端の伸びが妨げられ、
結果的に正常な書き込みｌ読みだし動作が邪魔される欠
点がある。

以上述べてきたように、マイナループとなるストライプ
ドメインの配列、および、＆Ｗアゲート作を制御性よく
安定に行うためには、デバイス能動領域への他のドメイ
ンを侵入を防ぎ、また、デバイス能動領域内の不必要な
ドメインを完全に消去する必要がある。

（本発明が解決しようとする課題） 上述の素子では、多数本の磁気ドメインを安定性よく配
列したり、ドメイン磁壁（マイナループ）に保持された
ＶＢＬ対の読み出し、もしくは書き込み動作を安定性よ
く行なうには問題であった。本発明はこれらの欠点を取
り除き、マイナループの形成条件ならびにＶＢＬ対の読
出し、もしくは書き込みを擦るための外部印加磁界条件
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、選択的に保
持層を削って溝を作り、その溝とストライプドメイン保
持層の境界を滑らかな曲線で結び、余分な磁壁の発生を
防ぐことにより、溝の周囲にドメイン磁壁を安定化させ
たり、溝に固定されたストライプドメイン磁壁に存在す
るＶＢＬ対の読み出し、もしくは書き込み動作を安定性
よく行うことができる。

（実施例） 以下、構成の詳細な説明をする。

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明におけるストライプドメ
イン保持層１のマイナルーブ部の主要部の構成例である
。基板２上のストライプドメイン保持層１のドメインを
保持したい領域に溝４（第１の溝）を、この溝に沿って
分離した領域をはさんで補助用の溝７（第２の溝）を形
成する。また前記ドメイン（マイナループ）を引き伸ば
して、ＶＢＬ対を読み出しもしくは書き込みする領域１
７にこの溝４と分離した領域を挟んで溝１６（第３の溝
）を形成する。前記第１の溝、第２の溝、第３の溝を配
置した領域に溝６（第４の溝）を形成する。これらは例
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Ｈｅなと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。

上記溝４の両端部にドメイン発生器８およびドメイン接
合器９を配置している。ドメイン発生器８にパルス状電
流を与えて、第２図（ａ）、　（ｂ）の１１で示すドメ
インを発生する。ドメイン１１の先端は、ドメイン接合
器よの領域を横切って補助溝７ではさまれた領域２８も
しくは、２９に達している。このとき、第４の溝６と第
２の溝７とのつなぎ部分を丸めておくと、ドメイン１１
の先端の磁壁は溝境界からの反磁界を各方向よりほぼ均
一に受けるので安定性よく領域２８もしくは２９に存在
することができる。よって、こののち、ドメイン接合器
９にパルス状電流を与えて、第３図（ａ）、　（ｂ）の
ごとく溝４を取り囲む磁壁１５をもつドメイン１４に容
易に形成できる。このとき、溝６と溝７のつなぎ部分に
尖端部が存在しないことから、従来法で発生しやすかっ
た消去しにくい磁壁を形成する危険性がない。

第４図（ａ）、　（ｂ）に示すように、溝４の周囲に安
定化したストライプドメイン１４の周囲磁壁１５にＶＢ
Ｌ対を書き込み、もしくは、磁壁１５からＶＢＬ対を読
み出すためには、バイアス磁界１０を減少させ、〜Ｗア
ゲート域１７の中にまっすぐに伸長する。従来例では、
尖端部３１にトラップされ残された余分な磁壁が伸びだ
してドメイン１４がゲート領域１７にまっすぐ伸びるこ
とを妨げる可能性が高かったが、本方法では、ドメイン
１４を確実にまっすぐに伸ばすことができる。伸びたド
メイン１４のヘッドはＲ／Ｗゲート１７の定められた位
置で、導体電流磁界によって止める。この後、ドメイン
１４の先端を切断することによってＶＢＬ対の読み出し
、書き込み動作を行う。また、この溝１６は、周囲のポ
テンシャルウェルを浅くし、溝４に一旦安定化されたド
メイン先端部の任意の伸び出しを防止する。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
Ｒ／Ｗゲート動作時のみ、かさ上げすることで十分であ
る。

Ｇｄ３Ｇａ、０１□（１１１ン基板上に４ｐｍバブル材
料（ＹＳｍＬｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）５０□２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３ｐｍ、溝７および溝１６の幅２ｐｍ、配置
周期１２ｐｍ、溝６の幅１０ｐｍ）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。できた溝の深さは２．１ｐｍであった。

その上に、ＳｉＯ。スペーサ０．５ｐｍを介して、第３
図（ａ）、　（ｂ）に示す溝掘り部４を取り囲む閉磁壁
を持つドメイン１４を形成し、上述の方法によって、ド
メイン磁壁１５に対してＶＢＬ対の書き込み、読み出し
動作を確実に行えた。

ここでは、マイナループを保持する溝４と対向する位置
に補助用の溝７を設けた例を示したが、溝４の長手方向
に沿って隣合う各溝４の中間の位置に溝７を配置した場
合でも同様の効果が得られる。また、リング状ドメイン
をマイナループとする素子であっても同様の結果が得ら
れることはいうまでもない。

（発明の効果） 以上述べたように、本発明によればストライプドメイン
を安定性よく配置でき、ＶＢＬ対の読みだし、書き込み
動作を安定性よく行える。

【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
）は、本発明においてドメインを発生した状態を示す図
、第３図（ａ）、（ｂ）は、本発明におけるドメインが
保持された状態を示す図、第４図（ａ）、　（ｂ）は、
本発明によりドメインからＶＢＬ対を読み出し、もしく
は書き込みをするためにドメインヘッドをＲ／Ｗゲート
領域に導き入れた状態を示す図である。第５図（ａ）、
　（ｂ）は、従来の磁気記憶素子の動作を示す図である
。 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・・べりぬき部エツジ、６・・・ガー
ド用ドメイン保持層くり抜き部（第４の溝）、７・・・
補助用ドメイン保持層くり抜き部（第２の溝）、８・・
・ドメイン発生用導体、９・・・ドメイン接合用導体、
１０・・・バイアス磁界、１１・・・バイアス磁界、１
４・・・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、２８・・・溝６と溝７にはさまれ
た領域、２９・・・溝７どうしではさまれた領域、３１
・・・溝とドメイン保持領域の境界線の尖端部箇所であ
る。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）情報書き込み手段、情報読み出し手段および情報蓄
   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
   つの垂直ブロッホラインからなる対を垂直ブロッホ磁壁
   内で保持転送する手段を有し、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溝を
   配置した磁気記憶素子において、該溝のコーナー部が曲
   線状になっていることを特徴とする磁気記憶素子。