JPS5824868B2 - 磁気バブルメモリ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 先の問題に対する解は、隣接した磁気バブル層中のバブ
ルの移動に、開口をもつ二つの導電体層を用いる磁気バ
ブルメモリで実現される。

層はそれらを分離する絶縁材料層を有し、相互に分離さ
れた位置に配置された開口のパターンをもつ。

各導電体層は各層に印加される電流パルスに応答して、
それを横切る電流を流すよう合わされている。

異なるパルスはオフセット開口により規定される連続し
た位置へ移動させる。

各瞬時における移動はパルスに応答するから、バブルは
各時点で任意のオーバドライブを受けることもできる。

さらに、二つの層中の開口の配置誤差は、伝搬周期の１
／４まで許容される。

したがって、１ミクロンの現在可能な線幅では、４ミク
ロン回路が実現できる。

８ミクロン周期では各回６．３ｍｍのチップの片側に、
２５万ビツトのバブルチップが実現できる。

４ミクロン周期の場合、同じ面積に百方ビットのチップ
が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に従う磁気バブルメモリを表す概略図、
第２，６，７及び８図は第１図のメモリの一部分の概略
上面図、第３及び４図は第１図のメモリの一部分の拡大
上面図、第５及び１１図は第１図のメモリの動作のパル
スダイアグラムを表す図、第９，１０，１４，１５，１
６及び１７図は第１図に示された型のメモリの一部の別
の上面図、第１２及び１３図は第１図のメモリの実際の
装置の一部を表す概略図である。 実施例の詳細な説明 第１図及び第２図は磁気バブルが移動可能な材料層１１
を含む磁気バブルメモリ１０を示す。 層１１は典型的な場合、単結晶非磁性ガーネット基板上
にエピタキシャル成長させた磁性ガーネットの単結晶薄
膜から成る。 あるいは、ガラス基板上の無定形材料も、バブルメモリ
用として提案されている。 磁気バブル用の蛇行状の伝搬路が第１図では線１３で示
され、第２，３及び４図ではより詳細に示されている。 一例としての試験回路では、１４で導入されたバブルは
、１５で検出される。 バブルは１４において、第１図中で枠１６で表された発
生パルス源により、よく理解されているパルスの印加さ
れたバブル発生器によって導入される。 ダイアモンド形領域１７により表された拡大検出器は、
バブルが検出器１８に移動するにつれ、バブルを拡大す
るように動作する。 検出器は第１図中に枠２０で示された検出回路に、信号
を与える。 層１１中をバブルがそれに沿って伝搬される伝搬路は、
独得の伝搬構造により規定される。 その構造は導電体材料の第１及び第２の層２５及び２６
から成る。 層は電気的な絶縁層２７により分離されている。 しかし、以下での記述に便利なように、絶縁層２７はデ
バイスの一端で省略されており、それによりこの一端に
おいて層２５及び２６間は直接接触する。 導電体材料の各層は、層中のくぼみから成るかあるいは
層を完全に貫通してもよい穴のパターンを含む。 長方形、長円形、円、正方形等々の形の開口が適当であ
る。 ここでは長円形の開口が示されている。 第３及び４図は各層中の長円形３０（破線）及び長円形
３１を含む層２５及び２６の一部を示す。 バブル用の伝搬路は、図示されたように、パターンが分
離されるように配置された二つの層２５及び２６中の開
ロバターンにより規定されている。 二極性のパルス■１及び■３、■２及び■４が第５図に
示されるように、重なりあうように、それぞれ層２５及
び２６に印加される。 第５図に示されるように、各電流パルスは具体的に特定
されている。 すなわち、層２５に印加される正及び負のパルスはそれ
ぞれ■１．■３と名づけられ、一方層２６に印加される
正及び負のパルスはそれぞれ■２．■。 とされている。また、第５図は具体的なパルス列すなわ
ち名前の順に１１．■２．■３．■４の列を示している
が、以下で述べる理由により、パルス源７０により他の
パルス列も発生できる。 以下で述べるようにして、二つの層２５及び２６に異な
るパルスを印加すると、たとえば第６図中の二方向性の
矢印で示されるように、各層中の軸に沿ってこれらの層
を流れる電流が発生する。 開口のある導電体層を流れる電流パルスに応答したバブ
ルの移動については、先に述べた米国特許第４１４３４
１９号及び第４１４３４２０号に十分詳細に述べられて
いる。 一般に、層中に開口又はそれと類似の構造が存在すると
、そうでない場合には一様である層中の電流に乱れが生
じ、局部的な電流の乱れは開口端近くにバブルを引きつ
げる磁界を発生する。 先に述べた二つの米国特許に記載されているように、電
流の流れはバブルの伝搬軸に平行又は直角にすることが
できる。 本発明においては、二つの米国特許で示された単一層の
代りに、二つの開口層が使用されている。 しかし、二つの層２５及び２６のそれぞれの中の開口は
、二つの層を流れる電流パルスに応答してバブルを移動
させるため、ずらしである。 たとえば、第５図に示された形の重畳パルスの単一周期
に応答して、開ロバターンの各周期（すなわち、オフセ
ット開口の対）中の四つの位置が占有される。 第７図は一周期に対する四つの位置ＰＨ、Ｐ’２゜Ｐ３
．Ｐ４を示す。 実線及び破線は説明のためにのみ、相互に端部をずらし
て示しである。 実線は層２６中の開口に対応した位置を示し、破線は層
２５中の開口位置を示す。 したがって、電流パルス■１ に応答して層２５中に
電流が流れると、先に述べた米国特許に述べられたよう
な層を貫く開口により規定された層２５中の点Ｐ１ に
、′バブル吸引〃位置が発生する。 そのため、バブルは位置Ｐ１に移動する。 層２６中にパルス■２が発生すると、層２６を貫く開口
により規定されたＰ２へ、バブル吸引位置は移動し、バ
ブルは新しい位置Ｐ２へ移動する。 二つの層に残りのパルスを印加するのに応答して、バブ
ルは位置Ｐ３及びＰ４へ連続して移動する。 パルス列を（り返し印加すると、オフセット開口の連続
した周期を経て、バブルは連続して移動する。 先に述べたように、ここで述べる装置においては、はる
かに速い動作が実現される。 その場合、バブルの各移動は単−開口層を用いる従来技
術と異り、電流パルスに応答して起る。 従来技術においてはバブルの移動は、たとえばバブル層
中のイオン注入領域である恒久的におかれた静止位置へ
のバブルの吸引により行われる。 第１図及び第２図に示された直線路とともに回転伝搬路
及び閉ループ伝搬路は、単に層２５及び２６中の開口の
適切な配置により実現される。 第８図は角を含む閉ループ用の連続した位置の拡大した
図である。 各周期の位置は、やはりＰｌ。Ｐ２．Ｐ３及びＰ４と印
されている。 第８図中で、長円３０，３１，３２及び３３で示された
開口は、相互に横に置かれ、長円３５，３６，３７及び
３８により示された開口は、バブルの伝搬軸に配置され
ているが、この軸に沿って相互にずらしであることに注
意されたい。 残りの開口のそれぞれは付随した開口に対し、横方向に
ずらして配置されている。 バブルは第８図に印された連続した位置により規定され
た一般に長円の伝搬路に従う。 図かられかるように、バブルの移動は時計方向である。 しかし、パルス列を逆にすると、反時計方向の移動にな
る。 隣接した導電体層中の付随した開口に対する開口の位置
は、磁界勾配の連続性と各時点でのバブルの正確な移動
を決定する。 相対的な配置は一対の開口がバブル移動の軸に沿って、
相互にずらしたように、すなわち相互に又は両方が横方
向にずらしたようにすることができる。 第９図は第８図に示された形の閉ループからの転送動作
を可能にする開ロバターンの配置を示す。 （各垂直線すなわち実線及び破線はそれぞれ層２６及び
２５を貫く長円形開口を表す）通常の伝搬パルス列（す
なわち、第５図に示されるように、パルス■１．■２．
■３．■４のその順での列）は位置４０においてバブル
の移動を始め、位置Ｐ２゜Ｐ３．Ｐ４４５．Ｐ、ａ、Ｐ
２４１．Ｐ３．Ｐ４４６゜ＰＩ ５ Ｐ２ 、Ｐ３ 、
Ｐ４を順次経て、位置４３で終る。 しかし、もしバブルの１転送出力〃動作を望むなら、す
なわち、位置４０でバブルの転送を始め、位置４３では
なく位置４４へ転送させることを望むなら、異なる駆動
パルス列すなわち■２．■３゜■４，１１ａ、■２．■
１ｂ、■４．■１ｃ、■２．Ｉ３゜■４ が用いられる
。 （以下の記述を著しく容易にするため、添字たとえばパ
ルス■１ａの場合のゝａ〃は、伝搬路が記述されている
バブルに対する電流パルスにより生じる特定のバブル吸
引位置を示すのに、用いられる。 ）したがって、位置４０から始まるバブルは、位置Ｐ２
、Ｐ３ 、Ｐ４４５ 。 Ｐｌａ、Ｐ２４１ ｊＰｌｂ ｔＰ４ ４２ｔＰ１ｃ、
Ｐ２＋Ｐ３．Ｐ４の列に進む。 位置４１はＰｌａ までよりＰｌｂに近く、したがって
パルス列’ｌｂ、■４は４１からＰｌａ 、４５へと逆
方向ではなく、位置４１からＰｌｂ 、４２へとバブル
を移動させる。 同様の理由により、パルス列■１ｃ、■２は４２がら逆
向きのＰｌｂではなく、Ｐ１ｃヘパプルを移動させる。 したがって、パルス列■１ｂ、■４゜■、。 、■２を通常の列■３．■４．■１．■２０代りにする
と、位置４３ではなく位置４４へのバブルの転送が起る
。 通常の電流パルス列の代りに、′転送パルス“列が印加
されている間、転送用の位置にないメモリ中の他のバブ
ルは、転送パルス列により単に最初そのはじめの位置か
ら離れ、その後そこに戻るだけである。 したがって、バブルの通常の動きは、。通常のパルス列
を再開すると再開される。 第１０図はバブルの移動をさらに柔軟にできるように配
置された開口（垂直の線で示された）のパターンを示す
。 具体的にはパターンは９０度の回転とともに、Ｘ及びｙ
軸に同時にバブルを移動。 させる。 第５図の正規のパルス列に応答して、通常の位置Ｐ１．
Ｐ２．Ｐ３の列に続き、異なるバブルは第１０図中のｙ
軸に沿って底部から最上部へ、ｙ軸に沿って左から右へ
同時に移動する。 開口５０．５１．５２，５３及び５４はバブルを９０度
回転を経て移動させる位置の列を規定し、Ｐ２５３はＰ
３５２よりもＰ３５４により近いため、バブルは開口５
３のＰ２から開口５２のＰ３ではなく、開口５４のＰ３
へ移動する。 ここで用いた形の電流パルス列の発生源及び制御源は周
知のものである。 第１図中の枠７０は層に対しそのようなパルスを発生す
る源を表す。 源７０は第１図中の枠７１により表される制御回路の制
御下で、動作する。 バブルを所望の動作直径に維持するためのバイアス磁界
源は、第１図の枠７２で表されている。 伝搬パルス源７０は第１１図に示された形の電流波形を
出す矩形波電圧駆動から成ってもよい。 電圧波形ＶＴは第１２図中の点８０において供給される
。 図示されているように、層２５及び２６は相互に電気的
には平行であるが、容量８１及びインダクタンス８２と
はそれぞれ直列になっている。 この構成はバブルを伝搬するのに必要な方式で、層２５
及び２６に本質的に第５図の波形を印加するように、イ
ンダクタンスと容量の間でエネルギーをスイッチするよ
うに動作する。 本発明のこの実施例において、各層２５及び２６中に本
質的に均一な電流全体の流れを実現することが重要であ
る。 第１３図は導電体被膜８７を有するファイバ板８６を示
す。 被膜８７は第１３図の底部に示すように接地されている
。 被膜８７は外部との電気的接続用に適したその中に規定
された導電体の島８８，８９，９０，９Ｌ９２．９３に
分割されている。 磁気バブルメモリチップ９５が層２５及び２６を上部に
伴い板の上に置かれている。 活性領域ＡＲは２００Ｘ６００個の８ミクロン周期のｏ
ｏｏｏｏビットメモリを含む。 接地導電体被膜８７と二つの導電体層２５及び２６の間
を接続部９６を経て多数の接続がされており、また先に
述べたように、二つの層２５及び２６が相互に接触して
いるチップ端を接続している。 伝搬パルス源７０と各層２５及び２６間の電気的接続は
、それぞれ島８８及び８９と接続部１００及び１０１を
経て行われている。 チップ９５のこの端部において、二つの層２５及び２６
は相互に電気的に分離されており、（島１０３における
）層２５への接続は、層２６を貫く窓を通してされてい
る。 島９１及び９２は、拡大されたバブルの伝搬路の伝搬路
の拡大−検出部中における典型的な場合く−マロイ磁気
抵抗検出帯を相互接続している。 外部接続は第１図の検出回路２０及び制御回路７１にさ
れており、後者は検出器に質問パルスを印加する。 島９３は第１図の源１６に接続されている。 第１図の位置１４におけるバブル発生器及び消滅器への
内部電気接続は、導電体１０６を通して島９３と島１０
５０間で作られている。 島１０５は電気的には層２５の一部である。 磁気抵抗検出器；拡大−検出器、バブル発生器及び消滅
器は、周知の形のものでよい。 一実施例において、第１図及び第２図に示された形の磁
気バブルメモリは、１．７ミクロンの厚さのＹＳｍＣａ
Ｇｆ）磁性薄膜で形成された。 薄膜は単結晶非磁性ガドリニウムガーネットの基板上に
、エピタキシャル成長させた。 重量が９６％のＡＩ、４％のＣｕから成る導電体層が、
ガーネット層の表面上に形成された。 導電体層２５は０．２５ミクロンの厚さを有した。 ０．１５ミクロンの厚さの５ｉ０２層が第１の導電体層
上に形成され、第２の導電体層２６が酸化膜上に形成さ
れた。 第２の導電体層は０．３８ミクロンの厚さと、層２５と
同様の組成を有した。 ４ミクロン×３ミクロンの長円形の開口がスオトエッチ
ング技術により形成された。 第１層中の開口は、５ｉ０２層の形成前に作られた。 伝搬パルス源はパルス間にゼロ電流の分離をせず、シー
ト導電体の１ミクロン幅当り２ミリアンペアの密度で、
電流パルスを供給した。 １メガヘルツの高周波動作が実現された。 バブル伝搬路をまたぎ、次第に増大する溝を用いた拡大
−検出器は、名目１．７ミクロンの直径から３０ミクロ
ンの長さの帯状ドメインまで、バブルを拡大した。 たとえば、第１の導電体層下にありそれから絶縁された
薄膜（３００人）磁気抵抗検出器は、２ミリボルトの出
力を示した。 第１３図に示された全体の構成を用いた。 活性領域（第１３図のＡＲ）は１０００００ピツトを含
んだ。 第１４図は１９７１年６月のＳ ｃｉｅｎｔｉｆ ｉｃ
Ａｍｅｒｉｃａｎの８９ページに示された形の論理デバ
イス用に適したバブル交換器の概略的な上面図を示す。 第１４図は一対の導電体層１２４及び１２５中の開口に
よって規定されたバブル伝搬チャネル１２Ｌ１２２及び
１２３を示し、それらはバブルのパターンを開口１３０
及び１３１に移動させるように動作する。 これらの開口のそれぞれは、３本のすべてのチャネルと
相互作用をさせるのに十分な横方向の長さを有する。 １ないし複数のチャネルに沿って進められるバブルは、
開口１３０及び１３１において発生する磁気勾配の影響
で進められる。 開口１３２及び１３３゜１３４及び１３５は図示された
ような形状にされ、そのためもし単一のバブルのみが特
定の動作周期中３本のチャネルに沿って進む場合には、
そのバブルはそれが進むにつれ、軸１３６の方におし進
められる。 そのバブルは開口１３７における磁界により、電流パル
ス■２．■３、及び■４ の間に、位置１４０まで最終
的に進められる。 一方、特定の周期中二つのチャネル１２１゜１２２又は
１２３のそれぞれにバブルが存在すると、両方のバブル
はバブル間の反撥力により、位置１４０に到達できない
。 その結果、この例ではバブルは最終的には位置１４１及
び１４２に現れる。 第１５図、第１６図及び第１７図は３本すべてのチャネ
ル中のバブルは、いずれかの２本のチ□ャネル中のバブ
ル及びいずれか１本のチャネル中のバブルのそれぞれの
各種機能を表す。 第１４図の装置の動作は横方向に延びた開口１３０及び
１３１において発生する横方向に延びた磁界勾配の影響
下で、バブルの物理的な拡大を防止するため、比較的高
い磁気バイアスの使用を必要とする。 逆に、より小さな磁気バイアスを用いると、バブルの横
方向の拡大が起り、第１４図の装置はそのような例では
拡大−検出器として使用できる。 □ バブルメモリの一部分のみがここで述べた技術に従
い作製する必要があることを理解すべきである。 他の部分はここで用いた方式と両立するように、たとえ
ば単一開口導電体とオフセット磁界で動作するように作
製すればよい。 また、ここで述べた二方向の電流の代りに、導電体層の
平面内で回転する電流ベクトルをそれにそって生ずるよ
うに、層には異なる位置でパルスが印加できる。 本発明の応用について、ここではパーマロイ要素システ
ムの典型的な通常のバブル間隙を用いた動作のみを述べ
たが、ここで述べた伝搬手段は、１９７７年１０月４日
に特許された米国特許第４０５２７１’１号に示された
形のバブル格子構造にも応用できる。 たとえば、バブル格子全体はここで述べたような二つの
導電体レベルのそれぞれの中のオフセット環状開口のア
レイを用いて変形できる。 さらに、単一の入力と一対の出力を有する相互作用構造
は、これらのバブル状態にデータ蓄積がコード化されて
いる時必要な検出プロセスの一部として、Ｓ＝０及びＳ
−１バブルを分離するのに使用できる。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ その中を磁気バブルが移動可能な磁性層１１と該磁
   性層上にありそれを貫く開ロバターンを含む導電体の第
   １層２５とから成る磁気バブルメモリにおいて、該第１
   層２５上にあり中間の絶縁層２７により全体的に該第１
   層から絶縁された導電体の第２層２６を含み、該第２層
   ２６は、該第１層を貫（開口のパターンと共働し該第１
   層及び第２層を電流が流れるのに応答して該磁性層中で
   バブルを移動させるための開口のパターンを含むことを
   特徴とする磁気バブルメモリ。 ２ 請求の範囲第１項に記載された磁気バブルメモリに
   おいて、 該第１及び第２層は相互にわずかにずれた同様の開口の
   パターンを含むことを特徴とする磁気バブルメモリ。 ３ 請求の範囲第１項に記載された磁気バブルメモリに
   おいて、 該開口は本質的に長円形であることを特徴とする磁気バ
   ブルメモリ。 発明の背景 磁気バブルメモリは当業者には周知である。 バブル移動の一様式は、導電体を用いるもので、１９６
   ９年８月５日に特許されたＡ、Ｈ６Ｂｏｂｅｃｋらの米
   国特許第３４６０１１６号に記載されている。 最近、新しい型のバブルメモリが発明されたがその場合
   、開口のある導電体層が、それを横切って本質的に全体
   として均一な電流が流れるように構成されている。 開口は電流の局部的な乱れを起し、それによりバブル移
   動のための磁界勾配のパターンができる。 電流により発生した磁界勾配が停止した時、バブルが移
   動していく静止位置から離れた位置に、開口が配置され
   る。 したがって、二相動作が一方向性のバブル移動を起す。 この型のバブルメモリはともに１９７９年３月６日に特
   許されたＡ、 Ｈ，Ｂｏｂｅｃｋの米国特許第４１４３
   ４１９号及び第４１４３４２０号に記載されている。 この最近の型のメモリには、二つの問題のあることが特
   徴である。 一つは導電体層中の開口に対する静止位置の配置である
   。 静止位置は典型的な場合、イオン注入により規定され、
   それにより生ずる領域は伝搬パターンの１／８周期（−
   ゝ周期“は伝搬パターンがくり返しをする距離である。 ）の許容度内で配置されなげればならない。 現在産業的に使用可能なフォトリングラフィ技術の場合
   、１ミクロンの線幅により、８ミクロンの最小伝搬周期
   を可能にする。 もちろん、より小さな周期が望ましい。 これらメモリに付随したもう一つの問題は、バブルの静
   止位置への移動が、静止位置からの移動より低速度で行
   われることである。 この理由は、バブルを静止位置からバブルを移動するの
   に、大きな振幅の駆動パルスでオーバドライブできるこ
   とである。 しかし、静止位置への移動が引きかえになる。 たとえば、もしオフセット位置と静止位置間のエネルギ
   ー差があまり太きいと、補償のため駆動パルスを増大せ
   ねばならない。 これにより、大きなパワが必要になる。 一方、エネルギー差が小さいと、静止位置への比較的遅
   いバブルの移動が行われることになる。