JPS5996592A - 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】 本発明は膜面垂直方向を磁化容易方向とする強磁性体膜
に形成されるストライプドメインの境界全形成するブロ
ッホ磁壁の中に静的に安定に存在する垂直プロッホライ
ンを記憶単位として用いた磁気記憶素子に関する。

磁気バブル素子の開発は高密度化を１指して各所でパー
マロイデバイス、イオン注入コンテイギーアスディスク
デバイス、電流、駆動デバイスおよびこれらを組合せた
いわゆる混成型デノ（イスについて盛んに行われている
。これらのデバイスの高密度化の限界は、バブル転送路
を形成するためのフォトリソグラフィー技術にあるとい
われてきた。

し％−シ、近年、その技術が長足に進歩してきた。

そあ結果、高密度化のだめの材料すなわち、・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０３μｍといわれている。したがっ
て、（）３μｍ径以下の／（プル全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。

一方、このようなバブル保持層の特性に基く高密度化限
界全太幅に改善し、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、新らたな記憶素子が提案
されている。この磁気記ｊ、Ｌ、ｒ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全仏え、膜面に垂直
な方向全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全ブロ
ッホ磁屋内で転送する手段を有すること全特徴とする。

この素子の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全情報単位と
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。）全情報単位とする。全体の情報
の流れを示すと、まず、発生器で書込まれた情報（バブ
ルの有無）は書込みメジャーライン全移動する。この情
報全マイナーループへ記憶させるために、バブルの有無
で示されたメジャーライン上の情報全マイナーループへ
ＶＢＬの形でトランスファーできるように、マイナール
ーズ１ＶＢＬｉ保持できるブロッホ磁壁で構成すること
が本発明の特徴で必υ、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
により、マイナーループ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４Ｊ’Ｉ上全移動させることができる。マイナールー
プから読出しメジャーラインへの情報トランスファーば
ＶＢＬからバブルへの変挨ヲ伴う。なお、との説出しト
ランスファーゲートはブロックレプリケータ機能も合せ
持っている。

この素子の構成例についてさらに詳しく説明する。メジ
ャーラインは書込み、胱出しともに電流駆動方式を採用
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ノ（プルとマイナーループ
を構成する。ストライプドメインヘッドとの相互作用を
用いている。メジャーラインクーｍ上にバブルドメイン
があると、それにつながるマイナーループ全構成してい
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
と全利用している。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Ｖ
ＢＬｉ書込む。ＶＢＬ　ｆｆｉ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ヘッドをそれ
に接するコンダクタ−パターンにパルス電流全与えるこ
とによシ、ダイナミックに移動させ、ヘッド部磁壁？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
異なり、再結合しやすい。そこで、情報を安定化できる
ようにストライプドメイ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り、ストラ
イプドメイン中に２つの同じ性質のＶＢＬを作る。同じ
性質のＶＢＬはＩｂ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ころに対応するマ
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−パターンから離れて
いるため、ＶＢＬは形成されない。結果的にメジャーラ
インの情報”１”全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ビツト
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。

マイナーケーブル内のピット周期つま、９、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
ープ全構成するストライプドメイン上にストシイブトメ
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。のパーマロイ薄膜で作った平行細
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のマイナーループ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ノくルスノくイアス磁界を
加えてダイナミックに行なった。

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ゲートし、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。ｖＢＬＮ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りとり、バブル
にする。そうすると、バブルを切り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と同じＶＢＬが
可成される。

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シと
られたバブルは、メジャーライン上全検出器に向けて転
送される。ここではストシイブトメインヘッドに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全
部りとるパルス電流値が異なることを利用している。ス
トライプドメインへノドに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ＶＢＬが
ある場合はメジャーラインにバブル全速シ込めるが、Ｖ
ＢＬがない場合はバブルはない。つまり、マイナールー
ズ上のＶＢＬの有無（１，０）は耽出しメジャーライン
上ではバブルの有無に変保されている。

ＶＢＬ対の消去法について述べる。消去したいＶＢＬ対
全対応書込ジャーライン倶ｊのマイナーループのストラ
イプドメインヘッドの最近接位置におく。次に面内磁界
Ｈｉｐｉ加えて、消去したいＶＢＬ対と、そのとなりの
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、十存報書込みの際、プラスのＶＢＬ’（５切りと
るために用いた平行コンダクタ−を１史ってストライプ
ドメインヘッドドを切りとる。バブルドメインを切９と
ったあとのストライプドメインヘッドには、消去したい
ＶＢＬＴ−１と共にもってきたＶＢＬがレプリケートさ
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
イアス磁界を上げて全部のストライプドメインを一旦消
云したあと、Ｓ＝１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り、ＶＢＬが全熱ない全
ビット零の状態を作ることができる。

このようにマイナー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・１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’に用いるこ
とにより、従来のバブルドメイン位として用いる磁気記
録素子を実現する上で必須の機能の一つとしてブロッホ
磁壁の中の垂直プロッホライン対（以下ＶＢＬ対と呼ぶ
）を制御性よく転送することが重要である。

本発明はブロッホ磁壁の中のＶＢＬ対金きわめて制御性
よく転送し得る垂直プロッホライン対全情報単位として
用いる磁気記憶素子を提供することを目的とする。

すなわち本発明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１．ば情報単位として用い、該垂直プロッホ
ライン全ブロッホ磁壁内で転送する手段を有する磁気記
憶素子であって、前記強磁性体膜の表面上又は内部にそ
の長手方向がストライプドメインの長手方向と垂直な方
向であり、互いに平行な複数の軟磁性層が形成されてお
り、該軟磁性層に対し、ストライプドメインの長手方向
に磁界を印加し得る手段を係゛Ｊえたことを特徴とする
磁気記憶素子である。

次に図面を用いて本発明の詳細な説明する。

第１図は垂面プロッホライン対を記憶情報単位として用
いる磁気記憶素子の一部分の構造を示す斜視図である。

第１図において強磁性体膜１中にストライプドメイン２
があり、この境界のブロッホ磁壁３の中には第１の垂直
プロッホライン４（以下、第１のＶＢＬと呼ぶ）、第２
の垂直プロッホライン５（以下、第２のＶＢＬと呼ぶ）
がある。

１６はバイアス磁界の向きを表わす矢印、１７はストラ
イプドメイン内の磁化の向きを表わす矢印である。第１
のＶＢＬ４と第２０ＶＢＬ５との間には靜ｔｍ気的相互
作用に起因した吸引力及び文殊相互作用に起因した反発
力かばたら〈。これら２つの力のつり合いから決まる２
つのＶＢＬ間の安定距離はほぼ強磁性体膜の特性長に等
しくなる。第１のＶＢＬ４と第２のＶＢＬ５はこの安定
距離を隔ててプロッホライン対６（以下、ＶＢＬ対と記
す）を形成する。第１のＶＢＬ４０所ではブロッホ磁壁
内の磁化が向き合っておりここには正の出荷が生じてい
る。一方、第２のＶＢＬ５の所ではブロッホ磁壁中の磁
化が逆方向上向いておシ、ここには負の出荷が生じてい
る。

ストライプドメインに幻し、外部より矢印１７で示され
る向きの前述のパルスバイアス磁界全印加するとブロッ
ホ磁壁３は矢印２２の向きに移動する。第１及び第２の
ＶＢＬ４．５はこのブロッホ磁壁３の移動に起因したジ
ャイロフォースを受は矢印２３の向きに転送される。

第２図、第３図は各々本発明の実施の一例全示す斜視図
及び平面図である。第２図、第３図において強磁性体膜
ｌの表面に軟磁性層パターン７が形成されている。８，
９は各々軟磁性層パターン７の第１．第２のエツジ、１
０．１１は外部磁界の向きを表わす矢印、１２．１３は
軟磁性層中の磁化の向き全表わす矢印、１４．１５は各
々第１及び第２のブロッホ磁＆、］、６．１７はパルス
バイアス磁界の向き及びストライプドメイン中の磁化の
向きである。ストライプドメイン及びＶＢＬ対は第３図
の平面図のみに記している。

軟磁性層パターン７が磁気的に充分ソフトであれば、矢
印１０の方向に外部磁界全印加することによって軟磁性
層内の磁化の向きを矢印１２で示される向きにそろえる
ことができる。このとき、軟磁性層７の梁１のエツジ８
には負の出荷が、また、第２のエツジ９には正の出荷が
誘起される。１ず、第１のＶＢＬ４及び第２のＶＢＬ５
がストライプドメインの第１のブロッホ磁壁１４内にあ
る場合全渚える。第１図で説明したように第１のＶＢＬ
４、第２のＶＢＬ５には各々、正及び負の出荷が蓄えら
れている。したがって第１のＶＢＬ４は第１のエツジ８
から１ル゛工引力を、第２のエツジから反発力を受ける
。逆に第２のＶ　Ｂ　Ｌ　５は第１のエツジ８から反発
力を、第２のエツジ９から吸引力上受ける。すなわち、
磁界を矢印１０の同きに印加した場合、第１のＶＢＬ４
に対しては第３図の３０．３２の位置が安定点、３１．
３３の位置が不安定点となり、第２のＶＢＬ５に対して
は３０．３２の位置が不安定点、３１．３３の位置が安
定点となる。軟磁性層の幅１８ｋＶＢＩ、対−６の安定
距離と等しくしておけばＶＢＬＢｅＯ２１のＶＢＬ４及
び第２のＶＢＬ５は３０゜３１の位置もしくは３２．３
３の位置に各々安定に捕捉される。第３図では第１．第
２のＶＢＬが３０゜３１の位置に捕捉されている状態全
示している。

この状態で外部磁界の向きを矢印１１で示される向きに
変えると軟母性膜７の磁化の向きは矢印１３で示される
向きに変わる。これに伴ない第１のＶＢＬ４は第１のエ
ツジ８から反発力上受け、第２゛のエツジ９から吸引力
を受けるようになり、３０゜３２０位置が不安定点、３
１．３３の位置が安定点となる。一方、第２のＶＢＬ５
は第１のエツジ８から吸引力を、第２のエツジ９から反
発力を受けるようになり、３０．３２の位置が安定点、
３１．３３の位置が不安定点となる。ここで、外部４１
＆界の向きを矢印１０の方向から矢印１１の方向に変え
る直前から矢印１７の方向のバイアス磁界パルス全印加
すれば第１及び第２のＶＢＬには矢印２４の向きのジャ
イロフォースがはたらき、第１０ＶＢＬ４は不安定位置
３０から安定位置３１へ、第２のＶＢＬ５は不安定位置
３１から安定位置３２へ向かって転送される。軟磁性層
間の距離１９全ＶＢＬ対６の安定距離と等しくしておけ
ば第１のＶＢＬ４、第２のＶＢＬ５はバイアスパルス磁
界が切れた後３１．３２の位置に安定に捕捉される。

第１のＶＢＬ４　、第２のＶＢＬ５が第２のブロッホ磁
壁１５の中にあるときも全く同様の原理によって制御性
よく転送を行なうことができる。第２のブロッホ磁壁１
５の中のＶＢＬは矢印１７の向きのノくイアスパルス磁
界によって矢印２５の向きのジャイロフォースを受ける
ため、第１のブロッホ磁壁の中のＶＢＬとは反対の向き
に転送される。したがって有限の長さのストライプドメ
インの場合にはプロッホラインをブロッホ磁壁に沿って
周回させることができる。

以上のような磁界印加手段２有する本発明の磁気記１．
恥素子においてはストライプドメインのブロッホ磁壁の
中のＶＢＬ対全一定の距離だけ安定に転送することがで
きる。

第４崗は本発明の第２の実施例を示す平面図である。本
実施例では軟磁性層７として、外部磁界全矢印１０．１
１の向きに印加したときに、その磁化の向きが矢印４．
０．４１で示されるように軟磁性層７の長手方向から外
部磁界の印加方向に仰ぐようなものを用いている。本実
施ＩＺＩＪにおいても軟磁性層７の磁化のストライプド
メイン長手方向成分によって軟磁性膜パタン７の第１の
エツジ８及び第２のエツジ９に極性の異なる出荷が誘起
され、第３図を用いて説明した原理にもとづいてＶ　Ｂ
　Ｌ対を制御性よく安定に転送することができる。

第５図は本発明の第３の実施例を示す平面図である。本
実施例では軟磁性層７の幅１８及び軟磁性層７の間隔１
９全ＶＢＬ間の安定距離よ勺も長くしている。外部磁界
をたとえば矢印１０の向きに印加している場合には、前
述の原理により、第１ｃｒ）　ＶＢＬ４、第２のＶＢＬ
５は谷＃３０．３１の位置に捕捉される。外部磁界が消
失すると外部磁界によって軟磁性層のエツジ８，９に誘
起されていた出荷も消失するが、ＶＢＬの？ｉ任荷と軟
磁性層エツジ８゜９との間には静磁気的な相互作用が存
在するため第１及び第２のＶＢＬは外部磁界が消失して
も３０゜３１の位置に安定に捕捉される。本実施例にお
いても第３図を用−て説明した原理にもとづきＶＢＬ対
全制御性よく転送できる。本実施例は、軟磁性層の幅及
び間隔をＶＢＬの安定距離よりも大きくできるため、製
造プロセスの負担を軽減することができる。

第６図は本発明の第４の実施例を示す斜視図である。第
６図で強磁性体膜１に選択的にイオン注入音節すことに
よ９軟磁性層５０が形成されている。軟磁性層５０の中
の磁化は、イオン注入に伴なう逆磁歪効果によって膜面
内方向を向いている。

外部磁界を矢印１０，１１の向きに印加すると軟磁性層
５０の磁化は矢印５４．５５の向きを向く。このとき軟
磁性層５０のエツジ５２．５３には外部イ１８界の向き
に応じた極性の異なる出荷が表われ、第３図を用いて説
明した原理にもとづきＶＢＬ対’ｆｌ：　：ｔｉｌＪ御
性よく転送できる。

第７図は本発明の第５の実施例を示す斜視図である。第
７図で５１は強磁性体膜（フェリ磁性体膜を含む）１の
表面上に形成した垂＠磁化膜である。

この手直磁化膜５１に選択的にイオン注入を施すことに
より軟磁性層５０が形成されている。軟磁性層５０の中
の磁化はイオン注入に伴なう通磁歪効果によって膜面内
方向全肉いている。外部磁界を矢印１０．１１の回きに
印加するとイオン注入領域５０のイｉＨ化は矢印０４１
５５の向きを向く。したがってイオン注入領域５０のエ
ツジ５２．５３には外部磁界の向きに応じた極性の異な
る’ａＢ　（ｔｒｊが表われ、第３図を用いて説明した
原理にもとつきＶＢＬ対を制御性よく転送できる。

第８図は第３図、第４図、第５図、第６図、第７図の実
施例に対し共通に用いられる周期的に向きが変化する外
部磁界を印加する手段の芙施し１」を示すブロック図で
ある。第８図に寂いて、６０は正極性の電流パルス全発
生するパルス発生部、６１は負惚性の電流パルス全発生
するパルス発生部、６２はパルス発生部６０．６１から
の電流パルス全所定の時間間隔で交互に発生させる制御
部である。

正極性、負極性の電流パルスがコイル６３に印加される
と、コイル６３内の４Ｍ界の向きは、矢印６４゜６５で
示される向きに周期的に変化する。コイル６３内に本発
明の研気記ｔは素子全ストライプドメインの長手方向が
コイル６３の中心軸方向と一致するように挿入すれば、
該磁気記憶素子に対して、ストライプドメインの長手方
向でその向きが周期的に変わる外部磁界を印加すること
ができる。

以上のように本発明の磁気記憶素子はストライプドメイ
ンのブロッホ磁壁内の垂直プロッホライン対を、軟磁性
層バタンの配列周期で定められる一定距離だけ制御性よ
く安定に転送することがｉ」能であり、非常に信頼性の
高い磁気記憶素子を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は垂直プロッホラインを情報記憶単位に用いる磁
気記憶素子の一部の構造全示す斜視図、第２図及び第３
図はそれぞれ本発明の磁気記憶素子の第１の実施例を示
す斜視図と平面図、第４図。 第５図は本発明の第２及び第３の実施例を示す平面図、
第６図、第７図は本発明の第４及び第５の実施例を示す
斜視図、第８図は本発明の実施例の１部を示すブロック
図である。 第１図、第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第
７図、第８図の各図において、１は強磁性体膜、２はス
トライプドメイン、３はブロッホ磁壁、４は第１の垂直
プロッホライン、５は第２の垂直プロッホライン、６は
垂直プロッホライン対、７，５０は軟磁性層、８．９は
第１及び第２のエツジ、１０．１１は外部磁界の向き金
表わす矢印、１２．１３はる■化の向きを表わす矢印、
１４．１５は各々第１及び第２のブロッホ磁壁、１６．
１７は磁化の向き及びパルスバイアス磁界の向き、１８
は軟磁性層バタンの幅、１９は軟磁性層バタンの間隔、
２２はブロッホ磁壁の運動方向、２３は垂直プロッホラ
イン対の運動方向、２４．２５は伸２血プロッホライン
が受けるジャイロフォースの向き、３０，３１゜３２．
３３は垂直プロッホラインの位置、５１は垂直母化膜、
５２．５３は軟磁性層の第１及び第２のエツジ、５４．
５５は磁化の向きを表わす矢印、６０は正極性の電流パ
ルスを発生するパルス発生部、６１は負の電流パルスを
発生するパルス発生部、６２は制御部、６３はコイル、
６４は磁界の向きである。 代理人弁理士　内　原　　晋 鴇１図 第２図 １０ 第３図 ０ 犠４図 ｎ 第Ｓ図 ０ 第４図 １０ 囁７図 ｎ ＝［ ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 情報読出し手段と、情報書込み手段と情報蓄積手段ｋ　
   （Ｉｉｉ＋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る
   ２つの垂直プロッホラインからなる垂１１］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
   ン全ブロッホ１丑虎内で転送する手段を有する磁気記憶
   素子であって、前記強磁性体ｊ腿の表面上又は内部に、
   その長手方向がストライプドメインの長手方向と垂直な
   方向であり、互いに平行な複数の軟磁性層が形成されて
   おり、該軟磁性層に対し、ストライプドメインの長手方
   向に磁界全印加し得る手段を備えたことを特徴とする磁
   気記憶素子。