JPH077595B2 - 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、膜面に垂直な方向を磁化容易
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辺のブロッホ磁壁の中に作っ
た相隣合う垂直ブロッホライン（以下、VBLと称す）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ライン・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、マイナループをストライプドメインで構成し、
その周辺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）は書き込みメイ
ジャラインを移動する。１頁分ずつの情報を順次マイナ
ループに記憶させるため、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へVBL対の形でトラ
ンスファ出来るように、マイナループをVBL対を保持で
きるブロッホ磁壁で構成することが本発明の特徴であ
り、記憶容量の飛躍的向上の重要な鍵になっている。書
き込みライントランスファゲートにより、マイナループ
へトランスファされた情報（VBL対）はマイナループを
構成するストライプドメイン磁壁上を移動させることが
できる。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、バブル素子と比較して約２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
溝掘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60−079658）。この理由は溝掘り部およびその
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、溝掘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。したがって、溝掘り境
界段差から磁壁がこの段差に近づけないようにする反磁
界を生じさせるためには、ストライプドメイン磁壁が溝
掘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）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1986年４月の国際応用磁気学会（Intermag′8
6）DD-05において報告されている。しかし、実際してみ
るとこの方法では溝掘り部が平行に並んでいる領域と溝
掘り部がない領域とでは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違いが
あり、溝掘り部領域では他の領域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
ことがわかった。溝掘り部を含む領域で、ドメインを溝
と溝との間の領域を伸張するまでバイアス磁界を下げる
と、溝掘り領域の内のどれか一箇所を伸びてバブル発生
器19がある側と反対側、つまりドメイン結合用の導体パ
ターン20がある領域に出た途端にそのドメインが広がっ
て20がある領域全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おくれて溝掘り領域を
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ーン20の下を横切るところまで伸
び出せない。

いま１つの問題は溝掘り部４の外側を磁壁が取り囲むド
メインを安定化した後、ドメインの先端部が外部からド
メイン安定化用に加えているバイアス磁界10の変動ある
いはチップの温度変化に伴い、任意に伸び出してしまう
確率が高かった。

（本発明が解決しようとする問題点） こ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。本発明で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。

（問題点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於いて、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る方法において、該溝の長手方
向に沿って該溝とは分離して補助用の溝（第２の溝）を
設け、かつストライプドメインを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
用の溝掘り部（第１の溝）を長手方向に沿って、補助用
の第２の溝と相対していない側に、該第１の溝とは分離
した領域を挟んで該第１の溝の中間に相当する位置に第
３の溝掘り部を作ることにより、ストライプドメイン安
定化用溝掘り領域をのび出したドメインに対するポテン
シャルウエルが急激に深くなることを防ぎ、目的とする
溝掘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すことができるようになった。以
下、構成の詳細な説明をする。第１図は本発明に於ける
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
構成図である。第１図（ａ）は本発明の方法を用いたと
きのストライプドメイン保持層の主要部である。第１図
（ｂ）は第１図（ａ）の一点鎖線部のチップ断面であ
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をまたこの溝に沿って分離した領域を挟
んで補助用の溝７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をエッチングすることによっ
て得られる。そして、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で示す形状のドメインを制御
性よく発生できるように第６図に示す形状のドメイン発
生器を用いた。第６図に示した数字は各部の寸法比であ
る。

（作用） 第２図から第５図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に矢印の向きに電流を与
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。このような形状のドメインを作るためにはまず８
の上側のエッジ12に沿ってドメインが発生し、さらに８
の電流を強くするとノッチ13のなかでドメインが発生す
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がある領域まで伸長
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14が形成される。外部印加
電圧磁界を零にし、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持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る。

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
エ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、チップの温度変化等によってドメイ
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で示す溝を新たに設け、
その周辺のポテンシャルウエルを浅くし、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。この溝はプ
ロッホラインメモリに必要なプロッホライン対一バブル
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のポテンシャルウエルは導体電流
磁界によって動作時のみかさ上げすることで充分であ
る。

（実施例） Gd₃Ga₅O₁₂（111）基板上に４μｍバブル材料（YSmLuC
a）_３（FeGe）₅O₁₂ガーネット膜を２μｍの厚さLPE成長
した。第１図の構造の溝は（幅３μｍ、配置周期12μ
ｍ）は溝を掘りたい部分に選択的にイオン注入をした後
リン酸と硫酸との混合液を使い、エッチングして形成し
た。できた溝の深さは2.1μｍであった。その上にSiO2
スペーサー0.5μｍ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を形成できた。

（発明の効果） 本発明により、従来問題になっていたドメイン配置の安
定性、信頼性が格段に改善される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるドメインを保持するための主要
構造の例を示す図、第２〜５図は本発明のドメイン形成
過程を示す図、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図は溝掘り部を取り囲む閉磁壁を持
つドメイン安定化法の従来法の一例を示す図。 図において、 1.ドメイン保持層、2.基板、3.スペーサー、4.ドメイン
保持層くり抜き部、5.くり抜き部エッジ、6.ガード用ド
メイン保持層くり抜き部、7.補助用のドメイン保持層く
り抜き部、8,9.ドメイン発生用導体パターン、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ーンのエッジ、1
3.ドメイン発生用導体パターンのノッチ、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、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、19.バブルドメイン発生器用導体パター
ン、20.ドメイン結合用の導体パターン。

Claims (1)

【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作っ
   た相隣る２つ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
   於いて、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第１の溝が設けられ、かつ
   該第１の溝の長手方向に沿って該第１の溝形成領域とは
   分離した領域に補助用の第２の溝を配置し、また、補助
   用の第２の溝と相対していない側の第１の溝の先端部領
   域に該第１の溝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新たに第３の溝を配置し、第１の溝
   の先端部領域にドメイン発生および局所磁界発生の手段
   を備えていることを特徴とする磁気記憶素子。