JPS5998376A - 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新規な磁気記憶素子であ
って、ブロッホ磁壁の中に制御性よく垂直プロッホライ
ンを書き込む手段を有する磁気記憶素子に関するもので
ある。

磁気バブル素子の開発は高密度化を月相して各所でパー
マロイデバイス、イオン注入コンティギーアスディスク
デバイス、電流駆動デバイスおよびこれらを組合せたい
わゆる混成型デバ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ングラフイー技術にあるといわれ
てきた。

しかし、近年、その技術が長足に進歩してきた。

その結果、高密度化のための材料すなわち、バブル径を
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。

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て、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ブロッホ磁壁
内で転送する手段を有することを特徴とする。この素子
構成をメジャーマイナー構成とする場合、メジャーライ
ンでは従来通りノくプ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Ｖ
ＢＬという。）を情報単位とする。

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を上から
下−１移動する。この情報を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
情報をマイナーループへＶＢＬの形でトランスファーで
きるように、マイナーループをＶＨＬ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磁壁土を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はブロックレプ
リケータ機能も合せ持っている。

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りにＶＢＬ　を用いること
により、従来のバブルドメインを用いた素子に比較して
約２桁の記憶密度向上を達成できる。

この素子の構成例をさらに詳しく説明する。

メジャーラインは書込み、読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バブルとマ
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
ープのストライプドメイン磁壁にＶＢＬを書込む。ＶＢ
Ｌ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
ーンにパルス電流を与えることにより、ダイナミックに
移動させ、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ている。

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“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□ＶＢＬ　対を使っている。マイナーループ内のビッ
ト周期つまり、ＶＢＬ間隔を一定に保つように、１ビツ
トずつ逐次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Ｓｏの２倍の周期で、幅Ｓ０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性とＶＢＬとの相互作用を利用
している。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へ、ドにＶＢＬがある場合
はメジャーラインにバブルを送り込めるが、ＶＢＬ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（ｉ、ｏ）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ＶＢＬ
　対を書込みメジャーライン側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３く。次に面内磁
界Ｈｉｐを加えて、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、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りとったあと
のストライプドメインヘッドには、消去したいＶＢＬ対
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去し
たあと、Ｓ二１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。

以上のような磁気記憶素子に於いては、情報を制御性よ
（書き込むことが必須要件である。すなわち、ストライ
プ磁区のブロッホ磁壁内に前記のＶＢＬ対を制御性よく
曹き込むことがＶＢＬを記憶情報単位とする磁気記憶素
子には必要不可欠である。

本発明は、上記の如きＶＨ２，対を記憶情報単位とする
磁気記憶素子において、前述の構成例とは異なり磁気バ
ブルがあるときに対応してストライプドメインのブロッ
ホ磁壁にＶＢＬ対を記憶情報として制御性よく書き込む
手段をもつ磁気記憶素子を与えるものである。

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
相隣合う２つの垂直プロッホラインからなる垂直プロッ
ホライン対を記憶情報単位として用い、該垂直プロッホ
ラインをブロッホ磁壁内で転送する手段を有することを
特徴とする磁気記憶素子において、単一回転磁化の磁壁
構造をもつ磁気バブル情報発生手段と、該情報発生手段
と接続し、しかも該ストライプドメイン近傍に設けられ
た磁気バブル転送路と、該転送路から前記ストライプド
メイン先端部近傍まで磁気バブルを移送する手段と、磁
気バブルを該ストライプドメイン先端部近傍に保持する
手段と、該ストライプドメイン先端部とその近傍の磁気
バフルニハルスバイアス磁界を印加せしめる手段とを有
する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図は本発明の素子の実施例を示す構成図である。磁
気バブルを保持し得る膜面に垂直な磁化容易方向を持つ
強磁性体薄膜１を媒体とし、記憶情報をブロッホ磁壁２
２内の垂直プロッホライン対４５として貯えるストライ
プ状磁区２と、単−回転磁化磁壁構造をもつ磁気バブル
情報発生手段８と、ストライプ状磁区の長手方向にほぼ
垂直に、該ストライプ磁区近傍に設けた前記発生手段に
つながる磁気バブル転送路７と、該磁気バブル転送路か
ら前記ストライプ状磁区の先端部に前記情報磁気バブル
を移送する手段９と、前記ストライプ状磁区先端部冴の
近傍に前記磁気バブルを保持する手段３′と、前記所定
の位置にパルスバイアス磁場を発生する手段３を持つこ
とを特徴とする。

第２図は本発明に係るＶＢＬ対をストライプドメインの
ブロッホ磁壁に書き込む手段を示す図である。本発明の
ＶＢＬ対書き込みは次の通りに行なわれる。

第２図（Ａ）で示すが如（ＶＢＬ対を情報単位として貯
え得るブロッホ磁壁２２をもつストライプドメイン２の
先端部Ｕの磁壁内磁化方向は矢印４０で示す向きである
。このストライプドメイン先端部列の近傍に、磁壁５１
内の磁化方向が矢印４０と逆向きの矢印５０で示される
単一回転磁化の磁壁構造をもつ磁気バブル５を配し、ス
トライプドメイン先端部Ｕと磁気バブル５を囲む様に局
所的パルスバイアス磁場印加手段３１が設けられている
。書き込み手段でのパルスバイアス磁場印加手段３１は
ヘアピン状導体バタンであり、これは又、ストライプド
メイン先端部Ｕと近傍の磁気バブルの位置がずれない様
に設定するチャネルにもなっている。

ストライプドメインのブロッホ磁壁２２にＶＢＬ対を書
き込むには次の様に行なう。パルスバイアス磁場印加手
段であるヘアピン導体３１に第２図（Ｂ）に示す矢印３
２の方向に電流を印加する。ヘアピン導体に囲まれる部
分６には矢印２１で示す方向のバイアス磁場が発生し、
磁気バブル及びストライプドメインは拡がろうとする。

しかし、導体３１は又位置固定チャネルでもあるので、
夫々の磁区はヘアピン外へは拡がれずストライプドメイ
ンの先端部分２４及び磁気バブルはヘアピン部分６内で
互に近づき５２で示す様に互の磁壁５１　、２２が接す
る。磁壁の接した接合部分５２では夫々の磁壁に対して
ストライプドメイン先端部列の磁区内外での磁化の回転
と、磁気バブル５の内外での磁化回転とは互に逆方向の
回転であるため、磁化の回転が容易に解け、接合部分５
２の磁壁は第２図（Ｃ）に示す様に消滅し、一つのスト
ライプドメインに融合する。

しかし、磁壁の構造は、始めの各磁壁中心の磁化方向４
０及び５１を反映して、接合部分５２に対応するブロッ
ホ磁壁２２に、磁壁中心の磁化方向が４１゜４２．４０
’と回転した正値性をもつＶＢＬ　４２と、４１゜４３
．４０“と回転した負磁性をもつＶＢＬ４３が生じる。

パルスバイアス磁場印加用の電流３２を停止するとｊｉ
ｇ　２　図（Ｊ）Ｈニ示ス様ＶＢＬ　４２　、　ＶＢＬ
　４３　（Ｄ異ナル磁性が吸引し合い安定なＶＢＬ対４
対陽５成される。

即ち、ストライプ状磁区２のブロッホ磁壁２２に記憶情
報単位のＶＢＬ対が書き込まれる。

磁気記憶素子としては、複数のストライプドメインの磁
壁に記憶情報に応じて制御性よ（ＶＢＬ対を書き込むこ
とが必要となる。このためには、ストライプドメイン先
端部に、単一回転磁化磁壁構造の磁気バブルを記憶情報
に応じて発生、転送する手段が必須となる。次に実施例
を用いて発生転送手段を説明する。

第３図は本発明に係る磁気バブル発生転送手段の第１の
実施例である。本実施例では、磁気バブル転送手段とし
て面内磁場Ｈｎ７０の回転により順次磁化する軟磁性体
バタン列７３を用いている。軟磁性体バタン列としては
、すでに公知である１゛−ｂａ　ｒｌ　　シェブロン、
非対称シェブロン、ハーフディスク、Ｙ−Ｙ型等のいづ
れを用いても磁気バブル転送路７を形成することが出来
る。情報としての磁気バブルは、前記転送路中に設けた
ニー−クリニーシロン（核化）型磁気バブル発生手段８
１によって選択的に発生させる。本実施例ではバブル発
生手段８１はヘアピン状導体バタンで構成する。

核化発生した磁気バブル５の磁壁構造は必ずしも単一回
転磁化磁壁構造であるとは限らない。本発明のＶＢＬ対
注入方法を適用するには磁気バブル５の磁壁構造を単一
回転磁化構造に整える必要がある。このために、転送路
７の途中に磁壁調整手段８０を設けておく。磁壁調整手
段８０は、次の様に構成される。局部的面内磁場発生手
段８０ａ（これは軟磁性体バタン７３からの漏洩磁場若
しくは面内回転磁場を用いる）及びパルスバイアス磁場
発生手段８０ｃ（ヘアピン導体バタンを用いる）並びに
、イオン注入若しくは交換相互作用で軟磁性材料表面で
結合した面内磁化膜部分８０ｂから構成されている。

磁壁構造を単一回転磁化に調整するには次の様に行なう
。まず任意の磁壁構造の磁気バブル５′を磁壁調整手段
（資）に転送する。次に書き込み制御部１２の制御によ
り面内磁場印加の下でパルスバイアス磁場を該磁気バブ
ルに印加する。すると該磁気バブルの磁壁構造はすでに
公知の様にＶＢＬを２本もつσヤ若しくはσ−に変換す
る。次に面内磁場をＯにしてパルスバイアス磁場を印加
するとσヤもしくはσ−状態の磁気バブルは単一回転磁
化磁壁構造のχ十若しくはχ−バブルになるχ＋とχ−
は磁壁内磁化方向が異っている。次に短かいパルスバイ
アス磁場を更に印加すると、磁場の極性によって面内磁
化膜のためにその反対側の底面より発生した水平プロッ
ホラインのパンチスルーにより、χや又はχ−のどちら
かの磁壁°内磁化は反転し、磁壁状態は一つの状態に揃
う。この最終状態はパルスバイアス磁場の極性で制御出
来ることはすでに知られている。

本発明の磁気バブル発生転送手段８の第２の実施例を第
４図を用いて説明する。本実施例では磁気バブル転送路
７としてすでに公知である穴あき２層導体パタン７４よ
りなる電流駆動方式の転送路を用いている。この駆動方
式は２層導体パタンに駆動電流７１　、７２を交幡印加
し導体穴のまわりに発生する磁場により磁気バブルを転
送する方式で烏速駆動に適したものである。本実施例で
は単一回転磁化磁壁構造の磁気バブル情報を次の様に発
生する。まず前実施例と同様ヘアピン状導体バタン等で
構成された磁気バブル発生手段８１で連続的に磁気バブ
ルを発生する。次に、前述の様な磁壁構造調整手段８０
で単一回転磁化磁壁構造の磁気バブルに全て変換する。

最后に磁気バブル消去手段８２の部分に磁気バブルを転
送し、必要でない情報に対応する磁気バブルを消去する
。この消去手段８２は通例ヘアピン状導体バタンとこれ
に電流を印加する手段よりなる。これら各手段は全て書
き込み制御部１２に接続され、制御されている。

次に本発明の、磁気バブル転送路からストライ単一磁化
回転磁壁構造の磁気バブルが情報に応じて転送路７を転
送し、ストライプドメイン２の先端部２４に対応する転
送バタン７３′に来たとき、その近傍に設けた例えばヘ
アピン導体よりなる磁気バブル移送手段９に第５図（ロ
）の工Ｔで示す電流を印加する。移送手段９は、磁気バ
ブル位置保持手段３′と共通部分をもっているため、そ
の保持手段３′に磁気バブルは移送される。その位置保
持手段３′は、パルスバイアス磁場印加手段３と共通で
あるため、次いで第５図（均の工ｓで示す電流を印加す
ると、第２図に示した原理に基き、ストライプドメイン
２のブロッホ磁壁２２にＶＢＬ対が書き込まれる。

以上の様に本発明を用いれば、ストライプドメインのブ
ロッホ磁壁にＶＢＬ対を容易に書き込むことが出来る。

従ってＶＢＬ対を情報単位として用いる高密度磁気記憶
素子として本発明は優れたものである。更に本発明を用
いれば、ＶＢＬ対は、１個の磁気バブルに対応している
ため、磁気バブル情報をそのまま対応よ（ＶＢＬ対情報
に変換することが可能となる。以上の説明に於いて磁気
バブルの発生手段はヘアピン導体にかぎるものではなく
、軟磁性体パタンを用いた分割型でも良い。

また、磁気バブル転送路としては、イオン注入法による
コンティギーアスディスクバタンでも良いことは勿論で
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の構成図、第２図は垂直プロッ
ホライン対の書き込み手段の実施例を示す図、第３図は
本発明に係る磁気バブル発生手段の第１の実施例を示す
図、第４図は同じく磁気バブル発生手段の第２の実施例
を示す図、第５図は磁気バブル移送及び固定並びにパル
スバイアス磁場発生手段の実施例を示す図。 １は強磁性体薄膜、２はストライプドメイン、３．３′
はそれぞれパルスバイアス印加手段及び磁気バブル固定
手段、５．５’は磁気バブル、６は導体パタン内部、７
は磁気バブル転送手段、８は単一回転磁化磁壁構造磁気
バブル発生手段、９は磁気バブル移送手段である。１１
は磁区外部の磁化方向、１２は書き込み制御部、２１は
磁区内の畿内の向き、２４はストライプドメイン先端部
、３１はヘアピン導体、３２は電流方向、４０　、４０
’　、　４０“は磁壁内磁化方向、４２　、４３は垂直
プロッホライン、４５は垂直プロッホライン対、５０は
磁気バブルの磁化方向、５１は磁壁、５２は磁壁接合部
、７０は回転磁場、７１゜７２は駆動電流、７３は転送
バタン、７４は二層導体転送バタン、８ｏａは面内磁場
発生手段、８０ｂは面内磁化層、８０ｃはパルスバイア
ス印加手段である。 第２図

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情
   報単位として用い、該垂直プロッホラインをブロッホ磁
   壁内で転送する手段を有することを特徴とする磁気記憶
   素子において、単一回転磁化の磁壁構造をもつ磁気バブ
   ル情報発生手段と、該情報発生手段と接続し、しかも該
   ストライプドメイン近傍に設けられた磁気バブル転送路
   と、該転送路から前記ストライプドメイン先端部近傍ま
   で磁気バブルを移送する手段と、磁気バブルを該ストラ
   イプドメイン先端部近傍に保持する手段と、該ストライ
   プドメイン先端部とその近傍の磁気バブルにパルスバイ
   アス磁界を印加せしめる手段とを有することを特徴とす
   る磁気記憶素子。