JPS6059671B2 - 磁気バブルメモリ素子 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は磁気バブルのメモリ素子に関し、特にイオン
注入法による磁気バブルメモリ素子のトランスファ・ゲ
ート部に関する。

磁気バブルメモリ素子を利用して情報の蓄積・論理演
算等を行なう磁気バブル利用装置は、不揮発性高記憶密
度及び低消費電力等種々の特徴をもち、さらには機械的
要素を全く含まない固体素子であることから非常に高い
信頼性を有している。

このような磁気バブルメモリ装置にも最近の情報量の増
加、装置の小型化要求などにより記憶密度の増加が求め
られている。ところが従来の磁気バブルメモリに用いら
れる素子は、バブルの転送パターンが磁性薄膜上に蒸着
したパーマロイを写真食刻により形成しているため、そ
の寸法精度が可視光による露光の精度に制限され、パタ
ーンを小さくして記憶密度を増加することが困難になつ
てきている。このため最近、イオン注入法による転送パ
ターンの形成法が開発されている。この方法は第１図の
平面図および第２図の断面図に示す如くガドリニウム・
ガリウム・ガーネット（ＧＧＧ）基板１の上にバブル用
結晶となる磁性ガーネットの薄膜２を液相エピタキシャ
ル成長させて形成し、この磁性膜２に対しパターン３以
外の部分４に水素、ネオン、ヘリウム等のイオンを注入
するのである。

このようにパターン３を形成した素子は、イオンを注入
された部分４の磁化容易軸方向が矢印ａの如く面内方向
と一致し、パターン部分３の磁化容易軸方向は失印ｂの
如くもとのままの面内方向と垂直てある。従つてバブル
５は回転磁界によつてパターン３の周縁に沿つて矢印ｃ
の如く転送される。そしてこのパターンは円形や六角形
の一部を重ね連続して並べた形状であり、従来のパーマ
ロイパターンの如くギャップを必要としないため寸法精
度が緩くとも良く、従つてパターンが小さくでき高密度
化が実現される。またこのイオン注入によるパターンは
第３図に示す如く連接ディスクパターン３に回転磁界を
印加するとバブルは当該ディスクパターン３の周辺に沿
つて移動する。またこのような磁性薄膜にはストライプ
●アウトされやすい軸が３方向１，■，■に１２００の
間隔をなして存在し、これら１２０噌の間隔をなす容易
磁化軸に対し上記連接ディスク・パターン３を形成する
ディスク・パターンがいずれの方向に一列に並んでいる
かによつてスーパ・トラックｓと、バッド●トラックｂ
と、グツド・トラックｇの３通りのバブル移動通路がで
きる。ここでスーパ・トラックｓとは磁性薄膜バブルー
結晶のＫ１方向と転送路の進行方向とが第３図に示す関
係であり、該転送路のバイアス・マージンが大きいと一
般に言われている転送路であり、バブルが転送され易い
通路である。バッド・トラックｂは第３図に示す関係で
バイアス・マージンが．最も小さいとされている転送路
でバブルが転送され難い通路である。グツド●トラック
ｇは、バブル転送については中間的動作マージンを有す
る通路である。そして第３図に示す如くスーパ・トラッ
クｓに対して反対側の通路はバッド・トラック．ｂとな
る。また磁性薄膜バブル結晶のＫ１方向の連接ディスク
・パターン３″の通路はいずれの通路もグツド・トラッ
クｇとなる。これらは磁性薄膜バブル結晶の結晶磁気異
方性に起因してバブル転送の特異性が現われるためであ
る。第４図はスーパ●トラックｓとバッド・トラックｂ
とを有する連接ディスク・パターン転送路の基本動作原
理を説明する原理図で、６−１ないし６−８はディスク
・パターン、３は転送路パターンであつて当該転送路パ
ターン３は４個のディスク・パターン６−１ないし６−
４の隣接デイスタ●パターンと４個のディスクパターン
６−５ないし６−８の隣接ディスク・パターンとが、間
隙を隔てて一列に並んだ連接ディスク・パターンを形成
しているものとする。

そして、これらのディスク・パターン６−１ないし６−
８と磁性薄膜との関係は当該ディスク・パターン６−１
ないし６一８の下側のバブルの通路がスーパ●トラック
Ｓｊに、上側のバブルの通路がバッド・トラックｂとな
るように構成されている。５はバブルであつて回転磁界
を印加する以前には転送路パターン３のスーパ・トラッ
クｓに存在するが回転磁界が印加されてゆくにつれて５
″の如く転送されるバブル、７はバブルであつて回転磁
界を印加する以前には転送路パターン３のバッド●トラ
ックｂに存在するが回転磁界が印加されてゆくにつれて
７″の如くスーパ●トラックＳに転送されるバブルを表
わす。

なお同図ｋ１は磁性薄膜バブル結晶例えばガーネット膜
のディスク・パターンに対する磁化容易軸方向を表わし
ている。第４図図示の如く、バブル５が転送路パターン
３のディスク・パターン６−１の下側の通路即ちスーパ
・トラックｓに存在するとき反時計方向に回転磁界が印
加されると、該バブル５は回転磁界が１回転する毎に１
ビットづつ隣接するディスク・パターン６−２，６−３
の如く転送され、これを繰返すことによつてバブル５は
ディスク・パターン６−３まで転送される。

ディスク・パターン６−３に転送されたバブル５は次の
周期の回転磁界と共にディスク・パターン６−４の周辺
に沿つて移動するが、該バブル５は１回転してディスク
・パターン６−４の上側の通路即ちバッド・トラックｂ
へ回転することはなく、次の回転磁界の印加によつて間
隙を渡り次のディスク・パターン６−５へと転送される
。このようにしてスーパ・トラックＳにあるバブルはデ
ィスク●パターン間に間隙が存在していてもその間隙が
所定の間隙以内の幅であればバブルは該間隔を渡りスー
パ・トラックＳ上を転送されて行く性質がある。そして
回転磁界の印加とともにバブル５は移動して行きバブル
５″へと転送される。これに対しディスク●パターン６
−６の上側の通路即ちバッド・トラックｂに存在するバ
ブル７は反時計方向に回転磁界が印加されると、該バブ
ル７は隣接するディスク・パターン６−５に転送される
。

そして次の周期の回転磁界の印加が与えられると該バブ
ルは間隙を渡ることができず、第４図破線図示の如くデ
ィスク・パターン６−５の周辺に沿つて回転を行ないス
ーパ・トラックｓに導入される。そして回転磁界の印加
とともにバブル７はスーパ●トラックｓ上を転送され、
バブル７″へと移動して行く。このように転送路パター
ン３においてディスク●パターン間に所定の間隙がある
場合スーパ・トラックｓ上にあるバブル５は該間隙を渡
つて転送されるのに対し、バッド・トラックｂ上にある
バブル７は該間隙を渡ることができずディスク・パター
ンの周辺に沿つて移動しスーパ・トラックｓに導入され
る性質を有する。従来から知られている連接ディスク・
パターン転送路を有する磁気バブル装置のメジヤ・ルー
プからマイナ●ループへの書込み或はマイナ●ループか
らメジヤ●ループへの読出しのトランスファ・ゲートは
大別して次の２種類に分けることができる。

その第１番目は第５図においてメジヤ・ループの転送路
８の下側転送路即ちスーパ・トラックｓを情報バブル５
が同図図示の如く左から右へ転送されているものとする
と、該バブル５が所定の位置にきたときメジヤ・ループ
の転送路８と情報を記憶するマイナ・ループの転送パタ
ーン（転送路）９との間をトランスファさせるヘアピン
状コンダクタ●パターン１０にパルス電流が印加され、
バブル５は該ヘアピン状コンダクタ・パターン１０に引
つ張られてマイナ・ループの転送パターン９にトランス
ファされる。即ち情報がマイナ・ループに書込まれる。
このときバブル５はメジヤ・ループの転送路８を、換言
するとメジヤ・ループのパターンを横切つて伸長しマイ
ナ●ループの転送路９にトランスファされるのでヘアピ
ン状コンダクタ◆パターン１０の導体ループでバブルの
ニユークリエシヨンが起こり易く、またバイアスマージ
ンが小さい欠点がある。トランスファ・ゲートの第２番
目は第６図に示した構成で、メジヤ・ループの転送路１
１とマイナ●ループの転送パターン１２との間にストラ
イプ状のコンダクタ１３をもうけ、情報のバブル５が所
定の位置にきたとき上記ストライプ状のコンダクタ１３
にパルス電流を流し、その磁界勾配によりバブル５をメ
ジヤ・ループの転送路１１の上側の通路即ちスーパ●ト
ラックｓからマイナ●ループの転送パターン１２にトラ
ンスファさせて書込むようにしたものである。このトラ
ンスファ・ゲートにおいては、バブル５はメジヤ・ルー
プの転送路１１のバッド●トラックｂを横切る必要はな
いが、読出しのときマイナ・ループの転送パターン１２
からメジヤ●ループの転送路１４にトランスファされる
バブルの位置はメジヤ・ループの転送路１４の下側の通
路即ちバッド・トラックｂにコンダクタ１５を介して読
出され、書込みと読出しとの時系列が逆転する欠点があ
る。これに対して次の如きトランスファ・ゲートが提案
されている。

これを第７図により説明すると、１６−１，１６−２は
メジヤ・ループ１７一１ないし１７−Ｎはマイナ●ルー
プ、１８，１９はコンダクタ・パターンをそれぞれ表わ
す。メジヤ・ループ１６−１の下側がバブルの転送され
やすいスーパ・トラックｓであり、上側がバッド・トラ
ックｂに形成されている。メジヤ・ループ１６−２の下
側がスーパ・トラックｓであり、上側がバッド・トラッ
クｂである。そしてマイナ●ループ１７−１ないし１７
−Ｎの両側はグツド・トラックｇとなつている。今図示
されていないバブル発生器からアドレス情報に対応する
バブル例を発生させ、該バブル列はメジヤ◆ループ１６
−１のスーパ●トラックＳ上を反時計方向の回転磁界の
印加とともに転送さｌれてくる。

そして該バブル列がマイナ・ループ１７−１ないし１７
−Ｎに対応する位置に転送されてきたとき、コンダクタ
◆パターン１８の導体ループにパルス電流を流すと該バ
ブル列はマイナ・ループ１７−１ないし１７−Ｎのディ
スク・パタ・−ンの各々に導入される。つまり情報のバ
ブルはメジヤ・ループ１６−１からマイナ・ループ１７
一１ないし１７−Ｎに書込まれることになる。また読出
しはマイナ・ループ１７−１ないし１７一Ｎの適切な位
置に情報のバブルがきたとき、コンノダクタ●パターン
１９の導体ループにパルス電流が印加されるとマイナ・
ループ１７−１ないし１７−Ｎのバブルはそれぞれに対
応するメジヤ・ループ１６−２のディスク・パターンに
吸引されてバブル列がメジヤ●ループ１６−２のスーパ
●トラックｓに導入される。そしてこれらのバブルは回
転磁界とともにメジヤ・ループ１６−２のスーパ・トラ
ックｓ上を転送されてゆく。第８図はこのトランスファ
・ゲートの動作を説明する原理図で第７図の書込みにお
ける際の部分拡大図である。図の符号１６−１，１７−
１〜１７−３，１８は第７図のものに対応する。２０は
バブル、２１はディスク・パターン、２２，２３は長円
ディスク・パターンであつて所定の間隙を隔てて転送路
を形成しているもの、２４はマイナ・ループ１７−２の
トランスファ・ディスク・パターンを表わす。

ここでバブル２０がマイナ●ループ１７−２に格納され
る場合を考える。

回転磁界ＨＲがＣの方向に向いているとき着目している
バブル２０は第８図の図示の如くメジヤ●ループ１６−
１のディスク・パターン２１下側のスーパ●トラックｓ
上にあるとすると、回転磁界ＨＲが反時計方向に回転す
るにつれてバブル２０もディスク●パターン２１の周辺
に沿つて移動し、回転磁界ＨＲがほぼＤの方向を向いた
ときバブル２０は２『の位置に転送される。回転磁界Ｈ
Ｒは更に回転してその方向がＡ，Ｂを向いている間該バ
ブル２０は前記第４図で説明した如くディスク・パター
ン２１の周辺に沿つて移動することはなく２『の位置に
停留している。回転磁界ＨＲが回転しＢからＣの方向に
向くとバブル２０は長円ディスク・パターン２２の周辺
に沿つて転送され２『の位置にくる。更に回転磁界ＨＲ
が１回転を開始しＤの方向に向くとそれにつれバブル２
０は長円ディスク・パターン２２と２３の間の１イョの
位置に転送される。長円ディスク・パターン２２と２３
との間にはヘアピン状コンダクタ・パターン１８の導体
ループが形成されていて、該コンダクタ・パターン１８
はマイナ●ループ１７−２のトランスフ．ア●ディスク
●パターン２４に重なつてトランスファ・ゲートを構成
している。バブル２０が第８図の１イョの位置に転送さ
れてきたとき上記ヘアピン状コンダクタ●パターン１８
の導体ループにパルス電流を印加し局部的にバイアス磁
界を弱め・るとバブル２０はストライプアウトする。そ
してストライプ磁区の他端はマイナ●ループ１７−２の
トランスファ・ディスク・パターン２４に到達する。や
がて回転磁界ＨＲの方向がＢの方向を経てＣの方向に向
くと該トランスファ・ディスク・パターン２４にバブル
２０を吸引する磁極が形成されるから上記ヘアピン状コ
ンダクタ・パターン１８の導体ループに流しているパル
ス電流をオフとしてもバブル２０はトランスファ・ディ
スク●パターン２４の周辺部の１ロョ位置にトランスフ
ァされている。次いで回転磁界ＨＲがＤの方向に回転す
るにつれてマイナ・ループ１７−２にトランスファされ
たバブル２０はトランスファ・デイ・スク・パターン２
４の周辺１ハＪｒ：ョの位置に移動してゆく。このよう
にメジヤ・ループ１６−１を構成するディスク・パター
ンに所定の間隔を隔てて転送路を構成すると、メジヤ・
ループ１６−１からマイナ・ループ１７−１ないし１７
−Ｎへトランスファするに当つて、第５図図示の場合の
ようにメジヤ・ループのパターン自体を横切ることがな
くて済み、そのために上記トランスファ・ゲート部での
バブルのニュークリエーションが起こりにくい。

そして読出しのときは第７図で説明したようにマイナ・
ループ１７−１ないし１７−Ｎからの読出しバブルはメ
ジヤ●ループ１６−２の下側のスーパ・トラックｓに進
むので書込みと読出しの時系列は一致する。

このような結晶磁気異方性を利用したトランスファ・ゲ
ートにおいては第８図に示した如くコンダクタ・パター
ン１８はマイナ・ループ１７−１〜１７−Ｎを横切つて
いる。

そのためマイナ・ループ１７−１〜１７−Ｎを構成して
いる連続ディスクパターン周期が８μｍ程度ではバイア
スマージンは十分大きな値を有しているが、４μｍ程度
の周期となるとトランスファ・ゲートによる電流からの
磁界により安定にトランスファせず、あるいはトランス
ファ後マイナ●ループ周回時にコンダクタ・パターン１
８のストレスによりコーナー部で誤動作する欠点がある
。本発明はこの欠点を改良するために案出されたもので
ある。このため本発明においては、磁気バブル用結晶基
板に対して複数の連接ディスクパターン領域を除く該結
晶基板の全面にイオン注入層を形成して該連接ディスク
パターン領域をバブル転送路とし、該バブル転送路によ
り情報のバブルを転送するメジヤ・ループと該バブルを
記憶する複数個のマイナ・ループを構成し、且つこれら
のバブルを該マイナ●ループに書込むためのコンダクタ
パターンと該マイナ・ループに書込まれているバブルを
上記メジヤ・ループに読出すコンダクタパターンが該メ
ジヤ●ループのカスプと該マイナ●ループのテイツプと
を結ぶ線上にヘアピン状に形成されて成る磁気バブルメ
モリ素子において、前記バブルの書き込み読み出し用の
少なくとも一方の前記ヘアピン状コンダクタパターンの
開口部を前記マイナ・ループのバブル転送路とは重なら
ないようにして設けたことを特徴とするものである。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施例につき詳細に
説明する。第９図に第１の実施例を示す。

図はトランスファ・ゲート部分を拡大して示したもので
あり、符号２５はメジヤ・ループ、２６はマイナ・ルー
プであつて共にハンチングを入れて示している。このメ
ジヤ・ループ２５及びマイナ・ループ２６は角形又は三
角形を連接した連接ディスクパターンであるが、これは
円形を連接したものでも良い。２７はコンダクタ●パタ
ーンでありメジヤ●ループ２５のカスプとマイナ●ルー
プ２６のテイツプとを結ぶ線上に、これらと絶縁層を介
してヘアピンループ形状に形成され、かつこのコンダク
タ●パターン２７はマイナ・ループ２６と重ならないよ
うに形成されている。

なお基板結晶の磁化容易軸方向Ｋ１との関係位置は図に
示す如くである。第１０図は第２の実施例のトランスフ
ァ・ゲート部分を拡大して示したものであり前実施例と
同一部分には同一符号を付して示した。本実施例が前実
施例と異なるところはマイナ・ループ２６とコンダクタ
●パターン２７との間にギャップ２８を設けたことであ
る。このギャップ２８の寸法はバブルの直径の１〜４倍
が適当である。以上の如く形成された第１および第２の
実施例はコンダクタパターン２７がマイナ・ループ２６
を横切つていないためメジヤ●ループ２５よりのバブル
はマイナ・ループ２６のａ部に正しく書き込まれる。

（従来はｂ部に書込まれる場合があつた）またコンダク
タ●パターン２７のエッジに沿つてバブルが伸びて生ず
る誤動作、あるいはマイナ●ループ２６とコンダクタ●
パターンとの相互作用で生ずる誤動作等も防止される。
このため位相電流特性及び位相バイアスマージンが改善
される。第１１図はａ図に示す従来品とｂ図に示す第１
の実施例との特性を示したものであり、ｃ図はバイアス
磁界ＨＢを３３８０ｅに一定にしたときの位相電流特性
を、ｄ図はコンダクタ・パターンの電流を一定にしたと
きの位相バイアスマージンを示し、曲線Ａ（点線）によ
り従来品を、曲線Ｂ（実線）により本実施例を示した。

なお試験条件はコンダクタ・パターンの電流１のパルス
幅を０．２μＳ１回転磁界の周波数を従来品は５０ｋ圧
、本実施例は３００ｋＨＺ１回転磁界の強さは５００ｅ
とした。ｃ図及びｄ図より本実施例は従来品より改善さ
れていることがわかる。またｅ図は位相０を９００に固
定したときの電流バイアスマージンを示したものである
。第１２図はａ図の如くマイナ・ループ２６とコンダク
タ●パターン２７とのギャップＤをバブル径の２倍（２
ｐｍ）とした第２の実施例の特性を示したものでｂ図は
バイアス磁界を３４００ｅに一定にしたときの位相電流
特性を、ｃ図はコンダクタ・パターン電流１を１００Ｔ
ｒ１，Ａに一定にしたときの位相バイアスマージンを、
ｄ図は位相θを１６２０に固定したときの電流バイアス
マージンを示したものである。

（但し試験条件は前実施例と同じ）このｂ−ｄ図より本
実施例が第１の実施例より更に安定した特性であること
がわかる。特に第１の実施例の特性に示されたｃ図及び
ｄ図の虫喰状の傾向が除かれている。以上説明した如く
本発明の磁気バブルメモリ素゜子は、そのトランスファ
・ゲートのコンダクタ・パターンをマイナ●ループと重
ならないように形成することによりメジヤ●ループより
マイナ●ループへのバブル●トランスファ時の誤動作を
防止したものでありイオン注入法による磁気バブルメモ
リデバイスの信頼性を向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】 第１図はイオン注入法により形成される磁気バブルメモ
リ素子の平面図、第２図は第１図の■−・■線における
断面図、第３図は磁性薄膜バブル結晶方向と転送路との
関係を説明する説明図、第４図はスーパ●トラックｓと
バッド●トラックｂとを有する連接ディスク・パターン
転送路の基本動作原理を説明する説明図、第５図および
第６図は連接ディスクパターン転送路における従来の書
込み読出しのトランスファ・ゲートの説明図、第７図は
メジヤ●ループとマイナ●ループのバブルのトラックを
説明する説明図、第８図は従来のトランスファ・ゲート
の動作を説明する動作原理図、第９図は本発明にかかる
第１の実施例のトランスファ・ゲートの平面図、第１０
図は第２の実施例の平面図、第１１図は第１の実施例と
従来例の特性を比較して示した線図、第１２図は第２の
実施例の特性を示した線図である。 ２５・・・・・・メジヤ●ループ、２６・・・・・・マ
イナ●ループ、２７・・・・コンダクタ・パターン、２
８・・ギャップ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 磁気バブル用結晶基板に対して複数の連接ディスク
   パターン領域を除く該結晶基板の全面にイオン注入層を
   形成して該連接ディスクパターン領域をバブル転送路と
   し、該バブル転送路により情報のバブルを転送するメジ
   ヤ・ループと該バブルを記憶する複数個のマイナ・ルー
   プを構成し、且つこれらのバブルを該マイナ・ループに
   書込むためのコンダクタパターンと該マイナ・ループに
   書込まれているバブルを上記メジヤ・ループに読出すコ
   ンダクタパターンが、該メジヤ・ループのカスプと該マ
   イナ・ループのティップとを結ぶ線上にヘアピン状に形
   成されて成る磁気バブルメモリ素子において、前記バブ
   ルの書込み読出し用の少なくとも一方の前記ヘアピン状
   コンダクタパターンの開口部を前記マイナ・ループのバ
   ブル転送路とは重ならないようにして設けたことを特徴
   とする磁気バブルメモリ素子。 ２ 前記コンダクタパターンと前記マイナ・ループのバ
   ブル転送路との離間間隔を前記情報のバブル径以上で且
   つそれの４倍以下に設定したことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の磁気バブルメモリ素子。 ３ 前記メジヤ・ループのバブル転送路が前記マイナ・
   ループのバブル転送路と対向した部分に間隙をもつこと
   を特徴とした特許請求の範囲第１項記載の磁気バブルメ
   モリ素子。