JPH0554630A - 磁気記憶素子及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 情報書き込み・読み出し時、ゲート部のドメ
イン端のストレッチ動作をエラーなく行わせることがで
きる高記録密度の固体磁気記憶素子を提供する。 【構成】 ゲート部において、ドメイン端をゆっくりス
トレッチさせるためにバイアス磁界を徐々に下げる手段
とリングドメイン全体がストレッチするのを防ぐため
の、ゲート部以外のドメインの領域に、バイアス磁界と
同じ向きの磁界を印加し得る導体パタンが設けられてい
る。情報書き込み・読み出し時、誤動作を生じることな
くゲート部のドメイン端をストレッチさせることが可能
になった。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【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。

【０００２】

【従来の技術】高密度固体磁気記憶素子を目指して、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０．３μｍといわれている。したがっ
て、０．３μｍ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づ
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（以下単にブロ
ッホラインと称する）２個からなるブロッホライン対を
記憶単位として用いる素子が発明された。本素子におい
て、情報の入力及び出力をブロッホラインの直接書き込
みあるいは読み出しで行なうことは現在の技術で困難で
あり、そのため、磁気バブル素子において技術上確立し
ている磁気バブル（以下ではバブルと称する）の発生、
転送および検出技術を用いてデータ入力をバブルをバブ
ル発生器で発生させることにより行ない、該バブルをバ
ブル転送路上を転送させ変換ゲートにおいてブロッホラ
インに変換する。また読み出し時はブロッホラインを変
換ゲートにおいてバブルに変換した後、バブルをバブル
転送路上を転送させ、バブル検出器で読み出す構成にな
っている。

【０００３】本記憶素子では通常、アクセス時間を低減
するため、図３のようなメジャー／マイナー構成と呼ば
れる素子構成が採られる。即ち、第１の転送路であるメ
ジャーライン５端に設けられたバブル発生器１１により
次々と書き込まれたバブルによるデータ列はメジャーラ
イン転送路上を転送し、次いで該メジャーライン５に対
し直角に位置し、多数本のブロッホラインを転送させる
第２の転送路であるマイナーループ６と呼ばれるストラ
イプ状の磁気ドメインからなる転送路へデータを移動す
るため、各マイナーループ端に設けられた変換ゲート１
でバブルからブロッホラインにデータが並列的に変換さ
れる。読み出し時はマイナーループ端の変換ゲート１に
位置したブロッホラインは変換ゲート１でバブルに変換
される。変換されたバブルは、メジャーライン５上を転
送し、該メジャーライン５端のバブル検出器１２で検出
され、データ出力される。

【０００４】このメジャーライン５とマイナーループ６
間の変換ゲートではゲートに近接したメジャーライン５
上のビット位置にバブルが存在するときは、バブルとの
反発作用により、図２のようなストレッチ用導体１５に
パルス状の電流を印加しても該変換ゲート１に近接した
マイナーループドメイン端はストレッチしない。一方、
メジャーライン５上の変換ゲート１に近接したビット位
置にバブルが存在しない時は、該ストレッチ用導体１５
にパルス状電流を印加すると、該変換ゲート１に近接し
たマイナーループドメイン端はストレッチする。ストレ
ッチした該変換ゲート１に近接したマイナーループドメ
イン端に対して横断する向きに面内磁界印加用導体とド
メイン切断用ヘアピン導体２が設けられている。

【０００５】従来、該変換ゲート１に近接したマイナー
ループドメイン端をストレッチする方法として、リング
ドメイン方式の場合、該変換ゲート１に近接したマイナ
ーループドメイン端に図２のようなストレッチ用導体１
５を配置してあり、そこに電流を流すことで、該変換ゲ
ート１に近接したマイナーループドメイン端のみ局所的
にバイアス磁界を下げてストレッチしていた。このよう
にしてストレッチしたマイナーループドメイン端に平行
導体３により局所的に面内磁界を印加した上で該ヘアピ
ン導体２にバイアス磁界が増加する向きのパルス磁界を
１発印加することにより、ストレッチしたドメインを切
断し、一対のブロッホラインを書き込んでいた。

【０００６】ストレッチした該変換ゲート１に近接した
マイナーループドメイン端に１本のブロッホラインも存
在しない状態、図４（ａ）の下で面内磁界を印加する
と、図４（ｂ）のように、ドメイン磁壁内の磁化の向き
が面内磁界と逆向きの部分で水平ブロッホライン７が発
生する。ここでヘアピン導体２によりパルス磁界を印加
すると、図４（ｃ）のように水平ブロッホライン７が下
向きにパンチスルーし、一対の正負の向きのブロッホラ
インが発生する。同時に該パルス磁界によりドメインが
切断される時、正のブロッホライン９はσバブル１０と
してドメインから除去され、かわりに負のブロッホライ
ン８が１本入り、図４（ｄ）のように結局１対の負のブ
ロッホライン８が書き込まれる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この書
き込み過程では該変換ゲート１に近接したマイナールー
プドメイン端をストレッチする際、該変換ゲート１に近
接したマイナーループドメイン端のみ急激な磁界変化を
加えているので、磁壁が局所的に急速に動く。そのた
め、該変換ゲート１に近接したマイナーループドメイン
端のストレッチ時に磁壁の急激な動きによる水平ブロッ
ホライン７のパンチスルーがおこる可能性が大きくな
り、書き込み時の誤動作の原因のひとつになっていた。

【０００８】そのためには、該ストレッチ導体１５にゆ
るやかな磁界変化を生じさせるように電流を印加する必
要があるが、該変換ゲート１に近接したマイナーループ
ドメイン端のみにゆるやかな磁界変化を生じるように長
時間電流を印加することは、該ストレッチ導体１５の構
造が、局所的な磁界を発生させるように幅の小さな導体
パターンで構成されているため、発熱が生じ、不可能で
あった。

【０００９】また、チップ全体のバイアス磁界を下げて
いくと、該変換ゲート１に近接したマイナーループドメ
イン端のみならずリング状ドメイン１６の各所でストレ
ッチしてしまい大きな問題となっていた。本発明はこの
ような点に鑑みてなされたもので、その目的は動作信頼
性が良好なストレッチ動作が可能な変換ゲート１を有す
る磁気記憶素子を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】即ち本発明は情報読み出
し手段、情報書き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、情報担体として相
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
イン対を駆動するストライプ状の磁気ドメインからなる
マイナーループと呼ばれる転送路と、情報担体として相
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
イン対に書き込みかつ読み出す機能を有する変換ゲート
とを有する磁気記憶素子に関して、該変換ゲートにおけ
る情報書き込み及び読み出し時、該変換ゲートに近接し
た転送路をストレッチする際、変換ゲートに近接した部
分以外の転送路がストレッチさせないように、該転送路
の周囲にバイアス磁界と同じ向きの磁界を発生させるよ
うに、該転送路を囲むように導体を設置することを特徴
とする磁気記憶素子であり、該変換ゲートに近接した転
送路をスイッチさせる際、バイアス磁界を徐々に下げて
いき、かつ該転送路を囲むように設置した導体に電流を
流し、バイアス磁界と同じ向きの磁界を発生させ、該変
換ゲートに近接した転送路のみを局所的にストレッチさ
せることを特徴とする磁気記憶素子の駆動方法である。

【００１１】即ち、図１に例示するように、本発明はメ
ジャーラインとマイナーループ間での情報変換動作の
際、変換ゲート１においてマイナーループ６端にブロッ
ホライン対を書き込み及び読み出し動作する時、該変換
ゲート１に近接した転送路をストレッチさせる際、バイ
アス磁界を徐々に下げていき、かつ変換ゲート１に近接
した部分以外の転送路をストレッチさせないように、該
転送路を囲むように導体を設置し、かつ該転送路を囲む
ように設置した導体に電流を流し、バイアス磁界と同じ
向きの磁界を発生させ変換ゲート１に近接した部分以外
の転送路をストレッチさせないようにし、従って信頼性
の高い書き込み及び読み出し動作を行なえる手段を備え
た磁気記憶素子を提供するものである。

【００１２】

【作用】本発明者等はブロッホラインの書き込み及び読
み出し過程に於ける該変換ゲート１に近接した転送路の
ストレッチ動作の磁壁の運動速度を詳細に検討した結
果、従来の方法では、該変換ゲート１に近接した転送路
のみに局所的にバイアス磁界を下げることによりストレ
ッチさせていたので、該変換ゲート１に近接した転送路
がストレッチする際の磁壁の運動が急速になり、そのた
め磁壁の急速な動きによる水平ブロッホラインが発生
し、それがパンチスルーしてしまうことで、書き込み及
び読み出し時の誤動作の原因となっていることを見い出
した。

【００１３】そこで、書き込み及び読み出し時該変換ゲ
ート１に近接した転送路をストレッチさせる方法とし
て、バイアス磁界を徐々に下げていく。しかしバイアス
磁界を下げていくと該変換ゲート１に近接した部分以外
の転送路もストレッチしてしまい、リング状ドメイン１
６全体がストレッチしてしまう。そこで、バイアス磁界
を徐々に下げていく際、該変換ゲート１に近接した部分
以外の転送路をストレッチさせないように、転送路の周
囲を囲むような導体１４を設置し、かつ該導体１４に電
流を流し、バイアス磁界と同じ向きの磁界を発生させ
る。これによって該変換ゲート１に近接した部分以外の
転送路はストレッチせず、かつ該変換ゲート１に近接し
た転送路のみをバイアス磁界の変化のみで徐々にストレ
ッチさせることが可能である。本発明では、該変換ゲー
ト１に近接した転送路をストレッチする際、従来のスト
レッチ導体にパルスを印加し、該変換ゲート１に近接し
た転送路のみを強制的にかつ急激にストレッチさせてい
た場合に比べて、該変換ゲート１に近接した転送路の磁
壁の運動を緩やかにすることができる。その結果、書き
込み及び読み出し時におけるストレッチ動作による水平
ブロッホラインの発生およびパンチスルーを防ぐことが
でき、書き込み及び読み出し過程でのストレッチ動作に
よる誤動作は解消され、したがって一連の書き込み及び
読み出し動作信頼性を有する磁気記憶素子が実現した。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の磁気記憶素子のストレッチ動
作について、実施例により詳細に説明する。図１は本発
明による磁気記憶素子の変換ゲート１の構成の一例を示
したものである。本実施例では、組成（ＹＳｍＬｕＣ
ａ）₃ （ＦｅＧｅ）₅ Ｏ_{1 2} 、膜厚：４．４μｍ、特性
長：０．６１μｍ、４πＭｓ：１８３Ｇの磁性ガーネッ
ト膜４を用い、該膜中に幅２μｍ、厚さ０．５μｍの２
層の金によるジグザグ状導体パタンによりメジャーライ
ン５を構成している。この２層の導体に９０度位相がず
れた高周波電流を印加することによりバブルを転送させ
る。変換ゲート１はマイナーループである多数本のスト
ライプドメインがメジャーライン転送に接する位置に有
り、ドメイン切断用のパターン幅２μｍ、パターン間ギ
ャップ３μｍの１本のヘアピン状導体２と局所的に面内
磁界を印加するための３本の平行導体３から構成されて
おり、これ等の２種類の導体パタンは全てのマイナール
ープ６の端にわたってマイナーループと直角の方向に配
置されている。

【００１５】該変換ゲート１に近接したマイナーループ
と呼ばれる転送路をストレッチさせる際、バイアス磁界
を徐々に下げていく。この際、該変換ゲート１に近接し
た部分以外の転送路をストレッチさせないように、バイ
アス磁界と同じ向きに磁界を印加できるように、かつ該
変換ゲート１に近接した転送路はストレッチを誘導する
ようにバイアス磁界と反対向きの磁界を発生させること
ができるように、図１の導体１４を設置した。該導体１
４は、幅４μｍ、厚さ０．５μｍの金パターンで構成さ
れており、リングドメイン１６のエッジから２．５μｍ
をおいてリングドメイン１６を囲むように設置されてい
る。該導体１４に電流を流すことにより、該変換ゲート
１に近接した部分以外の転送路にバイアス磁界と同じ向
きに磁界を印加し、変換ゲート１に近接した部分以外の
転送路をストレッチさせないようにし、該変換ゲート１
に近接した転送路のストレッチを促す。

【００１６】即ち、図１のようにリング状に固定された
ドメイン１６の状態からバイアス磁界を徐々に下げてい
くと、リングドメイン幅は広がり、バイアス磁界が５５
エールステッド以下になると該ドメイン１６がリングか
らはずれてしまう。そこで、図１のようにリングドメイ
ンを囲むように設置された導体１４に電流を流しバイア
ス磁界と同じ向きの磁界を発生させることで、リングか
らはずれるのを防ぐようにする。具体的には、１００〜
１５０ｍＡ流すことでリングドメイン１６にバイアス磁
界と同じ向きに１０〜１５エールステッドの磁界を発生
させ、該ドメイン１６のはずれを防ぐことができた。さ
らに図１の導体１４のような配置であると、該変換ゲー
ト１に近接した転送路にはバイアス磁界を下げる向きに
磁界が発生するので、ストレッチを誘導する効果が現れ
る。これによって、該変換ゲート１に近接した転送路の
ストレッチ動作が制御しやすくなり、その結果、書き込
み動作時のエラーがなくなった。バイアス磁界は、５エ
ールステッド／ｍｓｅｃの割合で下げることで、ストレ
ッチ動作時の磁壁の運動で水平ブロッホラインの発生を
抑えることが可能であった。

【００１７】

【発明の効果】以上の実施例のように、本発明は従来の
ストレッチ動作を該変換ゲート１に近接した転送路のみ
にストレッチ導体にパルス状の電流を印加することで、
バイアス磁界と反対向きに磁界を発生させて、強制的に
ストレッチさせていた方法と比較して、磁壁の運動を緩
やかに制御することができ、ストレッチ動作時のエラー
をなくすことが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の磁気記憶素子の構成例を示す図であ
る。

【図２】従来の磁気記憶素子の構成を示す図である。

【図３】磁気記憶素子の基本構成図である。

【図４】磁気記憶素子の書き込み過程を示す図である。

【符号の説明】

１ 変換ゲート ２ ヘアピン状導体 ３ 平行導体 ４ 磁性ガーネット膜 ５ メジャーライン ６ マイナーループ ７ 水平ブロッホライン ８ 負のブロッホライン ９ 正のブロッホライン １０ σバブル １１ 発生器 １２ 検出器 １３ バイアス磁界 １４ 導体パターン形状 １５ 従来のストレッチ用導体パターン形状 １６ リング状のドメイン

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報読み出し手段、情報書き込み手段及
   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、情報担体として相隣る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駆動する磁気ドメ
   インからなる転送路と、情報担体として相隣る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書き
   込みかつ読み出す機能を有する変換ゲートとを有する磁
   気記憶素子に関して、該変換ゲートにおける情報書き込
   み及び情報読み出し時、該変換ゲートに近接した転送路
   をストレッチさせる際に、該変換ゲートに近接した部分
   以外の転送路がストレッチしないように、該転送路の周
   囲にバイアス磁界と同じ向きの磁界を発生させる電流を
   流す導体が該転送路を囲むように設置されていることを
   特徴とする磁気記憶素子。
2. 【請求項２】 情報読み出し手段、情報書き込み手段及
   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、情報担体として相隣る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駆動する磁気ドメ
   インからなる転送路と、情報担体として相隣る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書き
   込みかつ読み出す機能を有する変換ゲートとを有する磁
   気記憶素子に関して、該変換ゲートにおける情報書き込
   み及び読み出し時、該変換ゲートに近接した転送路をス
   トレッチさせるために、バイアス磁界を下げ、該変換ゲ
   ートに近接した部分以外の転送路がストレッチしないよ
   うに、バイアス磁界と同じ向きの磁界を発生させるよう
   に、該転送路の周囲に設置した導体に電流を流すことを
   特徴とする磁気記憶素子の駆動方法。