JPS5996589A - 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】 本発明は膜面に垂直な方向を磁化容易方向とする強磁性
体膜（フェリ磁性体を含む）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中の垂直プロッホ
ライン対を情報単位として用いる、メジャー・マイナー
構成の磁気記憶素子における磁性体膜の構造に関する。

磁気バブル素子の開発は高密度化を目積して各所でパー
マロイデバイス、イオン注入コンテイギユアスディスク
デバイス、電流駆動テノくイスおよびこれらを組合せた
いわゆる混成型テノくイスについて盛んに行われている
。これらのデノくイスの高密度化の限界は、バブル転送
路を形成するだめのフォトリングラフイー技術にあると
いわれてきプζ。

しかし、近年、その技術が長足に進歩してきた。

その結果、高密度化のだめの材料すなわち、ノくプル径
をどこまで小さくできるかが問題視されるようになって
きた。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。しだが
って、０．３μｍ径以下のバブルを保持するバブル材料
はカ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。

一方、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
と同程度に保つことができる、新たな記憶素子が提案さ
れている。

この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、膜面に垂直な方向を磁化容易方向
とする強磁性体膜（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
相隣合う垂直プロッホライン対を記憶情報単位として用
い、該垂直プロッホラインをプロノボ磁壁内で転送する
手段を有することを特徴とする。

素子構成をメジャーマイナー構成とする場合、メジャー
ラインでは従来通りバブルドメインを情報単位とし、マ
イナー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垂直プロッホライン（以下
ＶＢＬという。）を情報単位とする。第１図はチップの
全体図である。

全体の情報の流れを示すと、まず、発生器１で一＃１＋
込まれた情報（バブルの有無）は書込みメジャーライン
を上から下へ移動する。この情報をマイナーループ２へ
記憶させるだめに、バブル３の有無で示されたメジャー
ライン上の情報をマイナーループへＶＢＬＯ形でトラン
スファーできるように、マイナーループをＶＢＬ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
シ、記憶容量の飛躍的向上の重要なカギになっている。

書込みライントランスファーゲート４により、マイナー
ルーズにトランスファーされた情報（ＶＢＬ）はマイナ
ーループを構成するストライプドメイン磁壁土を移動さ
せることができる。マイナールーズから読出しメジャー
ラインへの情報トランスファーはＶＢＬからバブルへの
変換を伴う。なお、この読出しトランスファーゲート５
はブロックレプリケータ機態も合せ持っている。

この素子の構成例について説明す。。

メジャーラインは書込み、読出しともに越流１駆動方式
を採用している。

４本の平行コンダクタ−からなる書込みトランスファー
ゲートはメジャーライン上のバブルとマイナーループｋ
ｍ成する。ストライプドメインヘッドとの相互作用を用
いている。メジャーライング９上にバブルドメインがあ
ると、それにっ々がるマイナーループを構成しているス
トライプドメインのヘッドはバブルとストライプドメイ
ンとの反発相互作用のため、バブルから遠ざかることを
利用している。書込みメジャーラインにバブルがないと
き、マイナールーズのストライプドメイン磁壁にＶＢＬ
を書込む。ＶＢＬをストライプドメインヘッドに作る手
段として、ストライプドメインへ、ドをそれに接するコ
ンダクタ−パターンにパルス電流を与えることによシ、
ダイナミックに移動させて、ヘッド部磁壁をダイナミッ
クコンバージョンさせることを利用した。この方法で、
ＶＢＬが２つできるが、これらは互いに性質が異なシ、
再結合しやすい。そこで、情報を安冗化できるように、
ストライプドメインンの長手方向に面内磁界を加え、ス
トライプドメイン側の２本のコンダクタ−によってスト
ライプドメインヘッドを切離すことによシ、ストライブ
ドメイン中に２つの同じ性質のＶＢＬを作る。同じ性質
のＶＢＬは互いに近づいても安定に存在する。メジャー
ラインにバブルが存在しているととるに対応するマイナ
ールーズのストライプドメインヘッドはバブルとの反発
作用のため、上記コンダクターバクーンから離れている
だめ、ＶＢＬは形成されない。結果的にメジャーライン
の情報″１”をマイナーループ内にＶＢＬ対がない状態
としてトランスファーしたことになる。

マイナーループ内では性質が同じＶＢＬの対を１ピツト
として情報が記憶される。

レプリケータ作用の安定性を考えてｅＶＢＬ対を使って
いる。

マイナーループ内のビット周期つまｐ、ＶＢＬ間隔全一
定に保つように、１ビツトずつ選択転送できるように転
送パターンをつける。−例として、上記マイナーループ
を構成するストライプドメイン上にストライプドメイン
の長手方向に直角方向にＶＢＬ間の安定間隔Ｓ。の２倍
の周期で、幅Ｓ。のパーマロイ薄刃莫で作った平行細線
パターンを形成し、平行細線の両側に誘起される磁極と
ＶＢＬとの相互作用を利用した。

ＶＢＬのマイナールーズに沿っての転送は一つの方法と
して、ストライプドメインにパルスバイアス磁界を加え
てグイデミツクに行った。

３本の平行コンダクタ−からなる読出しトランスファー
ゲートはマイナーループを形成しているストライプドメ
イン磁壁にＶＢＬとして記憶されている情報をバブルに
変換してメジャーラインにトランスファーアウトし、か
つ、マイナーループ上の情報が破壊されないようにする
レプリケータ−の働きも兼備えている。動作原理を説明
する。

ＶＢＬ対で形成される１ビツトの片割れを例えば、面内
磁界を加えてストライプドメインヘッドに固定する。そ
の後コンダクタ−パターンを用いて、このストライプド
メインヘッドを切シとシ、バブルにする。そうすると、
バブルを切シとった後のストライプドメインヘッドには
切りとったＶＢＬが構成される。このようなＶＢＬのレ
プリケート作用はマイナス符号のＶＢＬに対してのみ生
じる。

マイナーループのストライプドメインヘッドから切りと
られたバブルはメジャーライン上を検出器に向けて転送
される。ここではストライプドメインヘッドにＶＢＬが
ある場合とない場合とでストライプドメインヘッドを切
υとるパルス電流値が異なることを利用している。スト
ライプドメインヘッドにＶＢＬがない場合は切れにくい
。したがって、ストライプドメインヘッドにＶＩ３Ｌが
ある場合はメジャーラインにバブルを送り込めるが、Ｖ
ＢＬがない場合はバブルはない。つまり、マイナールー
プ上のＶＢＬの有無（ＬＯ）は読出しメジャーライン上
ではバブルの有無に変換されている。

ＶＢＬ対の消去法について述べる。消去したいＶｆ３Ｊ
Ｌ対を書込みメジャーライン側のマ・ｒナールレープの
ストライプドメインヘッドの最近接位↑ｄにおく。次に
面内磁界Ｈｉｐを加えて、消去したいＶ’Ｂ　Ｌ対と、
そのとなシのＶＢＬ対の片割れをストライプドメインヘ
ッドにもってきて、情報書込みの際、プラスのＶＢＬを
切りとるために用いた平行コンダクタ−を使ってストラ
イプドメインヘッドを切りとる。バブルドメインを切シ
とつたあとのストライプドメインヘッドには、消去した
いＶＢＬ対と共にもってきたＶＢＬがレプリケータされ
る。結局、消去したいＶＢＬ対のみが消去されることに
なる。

なお、マイナーループ全体をクリアする場合は予め、バ
イアス磁界を上けて全部のストライプドメインを一且消
去したあと、Ｓ−４バブルからマイナーループスドライ
ブドメインを形成することによｆｉ、ＶＢＬが全熱ない
全ピッド零の状態を作ることができる。

このようにマイナールーズをバブル材料に存在するスト
ライプトメ−「ンで構成し、マイナーループ上での情報
単位としてバブルドメインの代シにＶＢＬを用いること
によシ、従来のバブルドメインを用いた素子に比較して
約２桁の記憶密度１ム」上を達成できる。

以上、説明したようにこの磁気記憶素子ではマイナール
ープはｊ膜面に対し垂直な方向が磁化容易軸であるよう
な磁性体に存在するストライプドメインで構成し、−万
昏き込み、読み出しのだめのメジャーラインはバブルの
有無で構成される。

しかしながら、膜面に垂直な方向が磁化容易軸であるよ
うな単一の磁性体膜で、しかも一定のバイアス磁界（膜
面に垂直な磁界）でＶよストライプドメインとバブルは
弱い相互作用を保った１ま共存させることは困難である
。本発明はメジャーライン領域にはバブルを、マイツー
−ループ領域にはストライプドメインを安定に共存させ
９る磁性体膜の構造を提供することを目的とする。

すなわち本発明はメジャーライン領域内に情報、読出し
、どき込み手段を有し、マ・（ナーループ領域内に情報
蓄積手段を備え、かつ膜面に垂直な方向を磁化容易方向
とする強磁性体膜（フェリ磁性棒を含む）に存在するス
トライプドメインの境界のプｌコツホ磁壁中に作った相
隣る２つの垂直プロッホラインからなる垂直プロッホラ
イン対を記憶単位として用い、該垂直プロッホライン対
を該ブロッホ磁壁内で転送する手段を有するメジャー・
マイナー構成の磁気記憶素子において、メジャーライン
領域の膜厚はマ・ｒナーループ領域の膜厚より薄く、か
つ該磁性体膜のメジャー・ライン領域の５値（ここに１
１は磁性体の膜厚、εは特性長を示す。）か該磁性体膜
のマイナー・ループ領域のし値より小さいことを特徴と
する磁気記憶素子である。

磁気バブルの安定理論に基くと、力莫面に垂直な方向が
磁化容易軸である磁性体の膜厚がｈｌ−軸磁気異方性工
坏ルギ一定数がＫｕ、飽和磁化が４／ＴＭｓ　。

交換定数がＡであると”き、膜面に垂直な方向にバイア
ス磁界ＨＢを印加したとき、バブルの存在領域は紀２図
の２１で示ちれる斜線領域内に限られ、このバブル存在
領域の下限以下の領域２２ではストライプドメインにな
ってしまう。ここに横軸は滅であり、！は及＝Ｊ７ｒ７
πＭｓ２で定義される長さの単位をもつ量であり、特性
長と呼はれる。縦軸はバイアス磁界（ＨＢ）と飽和磁化
（４πＭｓ）の比で表わしである。メジャーライン領域
ではバブルが存在でき、転送させられなければならない
から第２図の２１の領域にくるようなバイアス磁界と磁
性体の特性（４πＭｓ、！、ｈ）の関係が成立していな
ければならず、一方マイナーループ領域では安定にスト
ライプドメインが整列できなければならない。

メジャーライン領域内ではバブルが転送路に沿って適当
な方法、例えば二層導体を用いた電流駆動方式、で転送
でき、かつマイナーループ領域では多数のストライプド
メインが平行に整列し、その磁壁内に蓄えられた垂直プ
ロッホライン対としての情報を磁壁に沿って、適当な方
法、例えばパルスバイアス磁界で転送できなければなら
ない。

すなわち磁気記憶素子としては、従来の磁気バブル素子
の動作原理に基き、磁性体膜の膜厚と磁気！１η性で決
められる、ある範囲内のバイアス磁界が加えられた状態
でバブルの転送の可能なメジャーライン領域と、同じバ
イアス磁界のもとで整列したストライプドメインが安定
に存在できていムけれはねらない。しかもこの整列した
ストライプドメインはバイアスパルスの印加や、メジャ
ーラインでのバブルの発生転送、検出などのしよう乱に
よって真直に整列したストライプドメインが波打つなど
の変形が生じてはならない。従来、バブルラティスメモ
リとして知られる記憶素子において、情報蓄積領域と、
情報読み出し領域で磁性膜の膜厚を変える試みは既に知
られる。例えばアイ・イー・イー・トランザクションズ
・オン・マグネティクス（ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ、ｏｎ
　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ　）第ＭＡＧ−１５巻１３２６ペ
ージ（１９７９年）には情報蓄積領域を読み出し領域の
膜厚をそれぞれ４−３８μｍに使いわケチいるし、壕だ
同雑誌第へ快Ｇ−１５巻１５０１ページ（１９７９年）
には膜厚をそれぞれ２．７μｍと１６μｍに使いわけて
いる例が知ら扛る。ジャーナル・オン・アプライド・フ
ィジックス（Ｔ、ｏｆ　Ａｐｐｌ　。

Ｐｈｙｓｉｃｓ　）第４９巻１９１３ページ（１９７８
年）も同様にそれぞれ３．６４μｍと２．０μｍを用い
ている。しかしながら前述の如くストライプドメインの
境界を形成するブロッホ磁壁内に存在する垂直ボロッホ
ライン対の有無を情報単位とする磁気記憶素子では、香
き込みメジャーラインはバブルの存在の■無に対応させ
るため、メジャーライン上のバブルの転送によってマイ
ナーループ（ストライプドメイン）内の情報が破壊され
ないのみならず、ストライプドメイン内の垂直プロッホ
ラインを転送させるために加えるバイアスパルス磁界の
影響によってストライプドメインの整列している状態が
変形してしまわないことが心太である。

本発明者はかかる目的を考慮し、本磁気記憶素子の形成
に必要なバブルとストライプドメインの共存法を詳細に
検討するため、第２図の２１と２２の領域にあるように
メジャーラインとマイナールーズをそれぞれの条件にあ
てはまるようにするだけでは不十分であシ、さらにきび
しい要件が必要であるを見出し、本発明をなすに至った
。本発明者はストライプドメインを平行に整列させた状
態でバイアス静磁界とバイアスパルス磁界の値を変える
ことでストライプドメインンの整列が波打つなどの変形
を生じない限界を調べ、メジャーライン領域とマイナー
ループ領域の胚の関係を調べた。

例えばり、ｉ−ｓ、ｏの（ＹＳｍＬｕＣａ　）３　（Ｆ
ｅ（）ｅ　）５０１２ガーネツト膜（４πＭｓ＝３６０
ガウス）にバイアス磁界ＨＢを１３００ｅ〜７００ｅの
範囲即ち、ＨＢ／４πＭｓ−〇、３６〜０．１９の範囲
で変化さぜ、振幅２５０ｅのバイアスパルス磁界を印加
したときストライプドメインの整列はｌ（Ｂ≦１０００
ｅのとき変形しないことを確認した。すなわぢソー８の
材料では振幅２５０ｅのバイアスパルスでストライプド
メイン列が安定であるためにはＨＢ　／４πＭｓ≦０２
８であることが必要である。バイアスパルスはメジャー
ラインにも同時に印加されてしまうことを考慮するとメ
ジャーラインのバブルを転送させるバイアス磁界は、そ
の材料のバブル存在範囲（第２図の斜線領域）の上下限
のはソ中夫になければならない。このことからストライ
プトメ・イン領域でグー８のとき、バブル領域の隘≦４
でなければ外らないことが導かれる。ストライプドメイ
ン領域の鷺の値が８」二３程度のときバブル存在バイア
ス！：ｌ）囲の下限（第２図のＨｓｏ　／　４πＭの曲
線）よｐ　■−■Ｂ値はさらに３０饅以上小さいことが
必要であり、これらのことからメジャーライン領域のｎ
値はストライプドメインとして存在するマイナーループ
領域のυ値の捗以下とするととが望ましいことが判った
。

以下に本発明の構成、形成方法をさらに具体的に説明す
る。

災ｊ’、’４例１ （ＹＳｍＬｕＣａ　）３　（ＦｅＧｅ）５０＋２なる糸
且成のＬＰ　Ｅガーネット膜を磁性体膜として用いた。

第３図に示すごとく、マイナーループ領域３１の膜厚は
成長上シのままとし、一方メジャーライン領域３２とす
べき箇所のみ膜厚をイオンミリング等の手段で薄くする
。このときマイナーループ領域に比ベメジャーライン領
域の膜厚が匙以下になると、マイナーループ領域からメ
ジャーライン領域への遷移領域３３（膜厚が徐々に変化
する）が長くなりすぎるため、メジャーマイナー間の情
報のやシとシ（ｌ・シンスファ）が困難となる。従って
マイナー領域に比ベメジャー佃域の膜厚は６０〜８０係
程度とし、さらにメジャー領域の表面にイオン注入を行
い、イオン注入部３４のイオン注入深さがその部分、７
）よ＊ｏ約％にしたところ、適当なバイアス磁界のもと
で、マイナーループ領域ではストライプドメインが平行
に整列し、パルスバイアス磁界を印加しても平行性か崩
れ、波型になってしまうことはないのに対し一方同じバ
イアス磁界でメジャーライン領域ではｎとＨＢ　／４π
Ｍｓの関係は十分安定なバブル存在領域とすることがで
さた。

実施例２ （ＹＳｍＬｕＢｉＣｉ）３　（ＦｅＧｃ　）５０１２な
る組成のＬＰＥガー坏ット膜くｒ磁性体膜として用いた
実施例を第４し１に従って次に述べる。一定の膜厚のＬ
ＰＥ膜を成長したのち、メジャーライン領域４２のみの
膜厚をマイナー領域部４１の６０〜８０係程度の大きさ
にまでミリングして薄くした。しかるのちメジャーライ
ン領域部の表面にＳｉＯ□膜４３全４３ズマＣＮＤ法で
成膜したのち、９００℃で４分間熱処理（アニール）し
たところ、マイナー領域部は一軸磁気異方性エネルギー
Ｋｕが減少し、このためＩが減少した。一方５ｉ０２で
カバーされたメジャ一部の磁気特性は不変であシ、この
手順により、実施例１と同様バブルとストライプドメイ
ンを共存させることができる。４πＭｓの値は両方の領
域ではソ一定である。

実施例３ （ＹＥｕＹｂ　）３　（ＦｅＧａ　）５０１２なる組成
のＬＰＢガーネット膜を磁性体膜に用いた。メジャ一部
の膜厚をマイナ一部の６０〜８０係程度の大きさにまで
ミリングで薄くするのは実施例１，２と同４−Ａ’＜で
ある。しかるのちマイナー領域部のみをレーザビームで
均一に走査することにより、その部分のみ４πｈｉｓが
犬きくなシ、同時にＫｕが減少した。粱はｉ（ｕ／Ｍｓ
２に比例するためレーザアニールによりマイナ一部の２
は低下する。この磁気特性の変化によシマイナ一部の勃
が小さくなるが、同一バイアス磁界で１〜■Ｂ／４π〜
ｉｓ値はメジャ一部の方が大きくできる。これによシメ
ジャ一部ではバブルが、マイナ一部ではストライプドメ
インが安定に存在できる。レーザアニールとしては例え
は出力２Ｗのアルゴンレーザをレンズ系で絞り、はソ１
００μｍのスポットとして５０μｍステップで走査させ
た。（実際には試料をマニーピレータに載せて走査させ
た。）以上の引例から明らかな通９、メジャ一部とマイ
ナ一部の膜厚を変えると同時に、メジャ一部かマイナ一
部のどちらかにイオン注入、熱処理、レーザアニールを
施すことによシ両方の領域でのｒを変えると共に場合に
よりＨＢ／４πＭｓの値を変えることによシ一方の領域
ではバブルが安定に存在できるバイアス磁界を加えたと
き、他方の領域ではストライプドメインが安定に平行に
整列できる条件を満たすことができる。言う丑でもな〈
実施例１〜３の３つの方法の２組以上を組み合わせた方
法を採用することもでき、この場合よシ容易にバブルと
ストライプの共存が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図はストライプドメインの磁壁上のプロッホライン
対を情報担体とする磁気６己ｔｍ素子の構成の概略図。 第１図で１は発生器、２はマイナーループ、３はバブル
、４は沓き込みトランスファゲート、５は読み出しトラ
ンスファゲートである。 第２図は磁気バブルの安定性理論に基く、バブル領域の
バイアス磁場アージンとｒ（ここにｈは磁性体膜厚、！
は特性長）の関係をあられす図。第３．４図は本発明の
一実施例を示す磁性体膜の断面図。第３，４図において
３１と４１はマイナーループ領域、３２と４２はメジャ
ーライン領域、３３は遷移領域、３４はイオン注入部、
４３Ｉ′１ＳｊＯ□膜を示す。 第１図 第２図 −）々ｌ夕 纂３ゾ 築４図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）メジャーライン領域内に情報読出し、書き込み手
   段を有し、マイナーループ領域内に情報蓄積手段を備え
   、かつ膜面に垂直な方向を磁化容易方向とする強磁性体
   膜（フェリ磁性体を含む）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つの垂直プ
   ロッホラインからなる垂直プロッホライン対を記憶単位
   として用い、該垂直プロッホライン対を該ブロッホ磁壁
   内で転送する手段を有するメジャー・マイナー構成の磁
   気記憶素子において、メジャーライン領域の膜厚はマイ
   ナーループ領域の膜厚よシ薄く、かつ該磁性体膜のメジ
   ャー・ライン領域の臀値（ここにｈは磁性体の膜厚、１
   は特性長を示す。）が該磁性体膜のマイナー・ループ領
   域の％値より小さいことを特徴とする磁気記憶素子。
2. （２）磁性体膜のメジャー・ライン領域の７値が該磁性
   体膜のマイナー・ループ領域のソ値の最以下である特許
   請求の範囲第１項記載の磁気記憶素子。