JPH0632209B2 - 磁気記憶素子 - Google Patents

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。

（従来技術とその問題点） 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く高密度化限界を大
幅に改善し、かつ、情報読出し時間は従来の素子と同様
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であ
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） 本磁気記憶素子は情報読出し手段と情報書込み手段と情
報蓄積手段を備えてなり、かつ、該VBL対をブロッホ磁
壁内で転送する手段を有している。本素子においてもっ
とも重要な部分の一つは情報蓄積部（以下、マイナール
ーブと称す。）である。

このような磁気記憶素子においては情報として書込まれ
たストライプドメイン磁壁上のＶＢＬ対を安定に保持
し、かつ、１ビットずつ選択転送できるようにすること
が不可欠である。安定保持の方法としては、特願昭５８
−065826に述べたように、マイナールーブを構成するス
トライプドメイン周辺のブロッホ磁壁に沿って、膜面内
の磁気異方性の向きを局所的に変化させる。そうすれ
ば、ストライプドメイン磁壁に沿って、ＶＢＬ対が安定
に存在する位置とそうでない位置を作りつけられる。

もう一つの条件であるＶＢＬ対の１ビットずつの選択転
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ＶＢ
Ｌ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、それに伴なっ
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、前者は現在のとこ
ろ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問題がある。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
ドメインをどのようにして安定化させるか、つまりスト
ライプドメイン磁壁部のボテンシャルウェル形状を適正
化することが重要になる。

この方法として従来は第３図に示すようにストライプド
メイン保持層１中のストライプドメイン６を安定化させ
ようとする領域をくり抜いて、そこに、高飽和磁化をも
ち、かつ高い抗磁力をもつ垂直磁化材料１９を埋込んで
その部分からその外側にもれる磁界を利用してくり抜き
部分の周縁にバイアス磁界１０と逆向きの磁化８をもつ
領域をつくり、その外側周囲の磁壁７をマイナールーブ
ストライプドメイン磁壁として利用した。しかし、この
方法ではくり抜き部に垂直磁化材料１９を埋込むことが
技術的にかなり難しく、製造プロセス上問題となった。
第３図中の２０は磁化の向きを示す。

（発明の目的） 本発明の目的はこのような従来の欠点を除去して、マイ
ナールーブであるストライプドメイン磁壁上にＶＢＬ対
を安定保持し、かつ、１ビットずつ選択転送できるよう
にしたＶＢＬ対を情報単位として用いる超高密度記憶素
子を提供することにある。

（発明の構成） 上記目的を達成するために、本発明は、情報読出し手
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記憶情報単位と
して用い、前記垂直ブロッホライン対をブロッホ磁壁内
で転送する手段を有する磁気記憶素子において、前記強
磁性体膜の表面を前記ストライプドメインの自然幅以上
かつ前記ストライプドメインの自然幅の２倍以内の溝幅
で選択的に溝堀りし、前記ストライプドメインを、リン
グ状ストライプドメインとしたものである。

（構成の詳細な説明） 本発明は上述の構成をとることにより、従来技術の垂直
磁化材料埋込みプロセスをなくし、問題点を解決した。
以下、構成の詳細な説明をする。第１図は本発明におけ
るマイナールーブ部のストライプドメイン保持層の主要
部の構成図である。第１図(a)に示す基板２の上にスト
ライプドメイン保持層１をつける。その表面をストライ
プドメインをリング状に保持したい部分だけ選択的に溝
掘りして溝３をつける。この幅はストライプドメインの
自然幅Ｗ_o（無磁界状態での幅）より大きく、かつ２Ｗ_o
以下程度とする。この理由は溝境界の膜厚段差部の役割
を考えればわかる。

溝の境界の内、境界４は４の境界をもつその内側の凸部
が存在するため、ストライプドメイン６の内側磁壁を４
に引きつける役目をし、境界５はストライプドメイン６
を初期設定するとき、内側磁壁が４からあまり離れた状
態にならないようにするためガイドの役目をしている。
さらに、４の境界をもつ凸部の幅はＷ_o以上にしておく
必要がある。こうしておかないと、ストライプドメイン
６を溝の中にリング状に保持したとき、境界４をもつ凸
部を挾む両側の直線状ドメイン間の反発相互作用が強く
なり、リング状ストライプドメインの内側磁壁が境界４
直下にしっかり固定されなくなる。以上の条件を充すよ
うに溝３をつけると、ストライプドメインは第１図(b)
のように溝掘り境界４を内側径とするリング状に固定さ
れる。

このようにストライプドメインを保持すると、リング状
ドメインの外側の磁壁（境界４から離れて存在する磁
壁）部のポテンシャルウェルの磁壁面法線方向のプロフ
ァイルは主にストライプドメイン幅から決まる反磁界効
果によって定まり、溝掘り部境界の微細なでき上りむら
に影響されなくなる。

このような磁壁に外部印加パルスバイアス磁界を加えた
場合の磁壁駆動は磁壁７の全体に亘って均一となる。従
って、この磁壁の中にＶＢＬ対の有無の形で記憶した情
報をパルスバイアス磁界１０印加によってＶＢＬ対に生
じるジャイロ力を利用して移動させる際に、その移動量
をパルスバイアス磁界形状によって制御することが容易
になる。図中８，９はそれぞれドメイン内外の磁化の向
きである。

（実施例） 以下実施例を示す。

第２図はストライプドメインをリング状に形成していく
過程と、この素子で必要条件とされているストライプド
メイン磁壁内にＶＢＬ対で記憶された情報を読出しの際
バブルドメイン変換し、あるいは書き込みの際メイジャ
ライン１７にバブルの有無の形で表わしたデータをスト
ライプドメイン磁壁内にＶＢＬ対の形で記憶する機能を
果すためのゲート部１８を含む溝掘りパターン形状の一
例について具体的動作過程を示す。溝掘り部３の尖端１
１に導体パターン１２から成るバブル発生器を置く。予
め、有効チップ面全体にバイアス磁界１０と同じ向きの
磁界を加えて全体を１０の向きに飽和させておく。その
後、適当なバイアス磁界Ｈ_zを加えておく。その後、こ
のバイアス発生器に図示した形状のパルス電流１３を与
えると、１１にバブルを発生し、そのバブルが溝３に沿
って伸びるストライプドメインになり、その尖端がそれ
ぞれ導入ガイド１４，１４′に入ったＵ字型になる。こ
のようなストライプドメインに対して導体パターン１５
に矢印の向きにパルス電流１６を与えて、２つの導体パ
ターンの間の領域でストライプドメインの内、１４の中
に伸びた部分と１４′の中に伸びた部分とを接合する。
接合されたストライプドメインはバイアス磁界Ｈ_zと磁
壁の表面エネルギーを最小にしようとする磁壁表面張力
の作用で収縮して最終的には第１図に示すような溝の境
界４を内側の縁とするリング状ストライプドメインにな
る。このドメイン６の外周磁壁７に情報担体であるＶＢ
Ｌ対を書込む。溝１８，１８′はブロッホラインメモリ
に必要なバブルの有無で情報を表わしたメイジャライン
１７，１７′とＶＢＬ対の有無の形で情報を記憶してい
るリング状ストライプドメイン部とを結ぶゲート用のも
のである。なお、溝の深さはストライプドメイン保持層
の全膜厚の５％から４０％の範囲まで実際に評価した
が、リング状ストライプドメイン形成に関しては問題は
なかった。

（発明の効果） 本発明により、従来問題となっていた垂直磁化材料の埋
込みをすることなく、ストライプドメイン安定化の際の
磁壁部のポテンシャルウェルの不均一性を取除くことが
できるようになり、ブロッホライン対の転送の安定性が
高くなり、したがってブロッホラインメモリの信頼性が
改善された。

【図面の簡単な説明】

第１図(a)，(b)，第２図は本発明のストライプドメイン
保持層の構成例を示す図、第３図は従来例を示す図、 図において、 １：ストライプドメイン保持層、２：基板、３：溝掘り
部、４：溝掘り部内側境界、５：溝掘り部外側境界、
６：リング状ストライプドメイン、７：ストライプドメ
イン外周磁壁、８：ドメイン内磁化向き、９：ドメイン
の外側の磁化向き、１０：バイアス磁界向き、１１：溝
掘り部の尖端（バブル発生部）、１２：バブル発生器導
体パターン、１３：バブル発生電流、１４，１４′：ス
トライプドメイン尖端部導入ガイド、１５：ストライプ
ドメイン融合用導体パターン、１６：ストライプドメイ
ン融合電流、１７，１７′：メイジャライン（バブル転
送路）、１８，１８′：トランスファゲート部（溝掘り
部）、１９：硬磁性垂直磁化材料、２０：硬磁性垂直磁
化材料の磁化向き。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】情報読出し手段、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
   ライン対を記憶情報単位として用い、前記垂直ブロッホ
   ライン対をブロッホ磁壁内で転送する手段を有する磁気
   記憶素子において、前記強磁性体膜の表面を前記ストラ
   イプドメインの自然幅以上かつ前記ストライプドメイン
   の自然幅の２倍以内の溝幅で選択的に溝掘りし、前記ス
   トライプドメインを、リング状ストライプドメインとす
   ることを特徴とする磁気記憶素子。