JPS62298084A - 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】 発明の詳細な説明 （産業上の利用分野） 本発明は不揮発性の超高密度固体磁気記憶素子１−明一
ト　ア （従来の技術） 高密度固体磁気記憶素子を目指すものとして従来から磁
気バブル素子が開発されてきた。しかし、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が
０．３ｐｍといわれている。したがって、０．３ｐｍ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。

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超高密度固体磁気記憶素子として
膜面垂直方向を磁化容易方向とする強磁性体（フェリ磁
性体を含む）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
直ブロッホライン２個からなるブロッホライン対（以下
、ＶＢＬ対と称する。）を記憶単位として用いる素子が
発明された（特願昭５７−１８２３４６）。

本素子においてもっとも重要な部分の一つは情報をＶＢ
Ｌ対の形でストライプドメイン磁壁内に安定化し、かつ
、必要に応じて該ＶＢＬ対をブロッホ磁壁内で転送する
ことである。

ＶＢＬ対安定保持法については、特願昭５７−０６５８
２６に、マイナーループを構成するストライプドメイン
周辺のブロッホ磁壁に沿って、膜面内の磁気異方性の向
きを局所的に変化させることにより、ストライプドメイ
ン磁壁に沿って、ＶＢＬ対が安定に存在する位置とそう
でない位置を作りつけられることを示されている。

（発明が解決しようとする問題点） 特願昭５８−０６５８２６に述べられている膜面内の磁
気異方性の向きを局所的に変化させる具体的な方法は１
）膜への選択的イオン注入による格子歪に基づく逆磁歪
効果を利用するとか、または、２）内部応力が大きい材
料を用いてストライプドメイン保持膜表面にパターンを
形成し、膜に応力分布を与え、それに基く逆磁歪効果を
利用するアイ・イー・イー・イー・トランザクション・
オン・マグネティクス（ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏ
ｎ　　ｏｎ　　Ｍａｇｎｅｔｉｃｓ）Ｖｏｌ、　　ＭＡ
Ｇ−２０，Ｎｏ、５ｐｐ１１３５〜１１３７（１９８４
）などである。１）では膜表面１部においてのみ、膜面
内磁気異方性の向きを制御している。この膜面内磁低異
方性の局所変化は磁壁の移動速度をほとんど変えず、単
にＶＢＬ対の難易だけを制御する方法である。したがっ
て、膜厚方向に亘って均一に面内磁気異方性が制御され
ていれば問題ないが、その一部だけ面内磁気異方性が変
えてあり、かつ、イオン注入した表面層としていない層
との境界が明瞭であると、与えられた磁壁移動速度に対
して発生するジャイロ力は一定であるから、ＶＢＬ対の
移動の難易に依存して、必然的にＶＢＬ対の移動の様子
は膜厚方向に沿って不均一になる。その結果、場合によ
ってはＶＢＬが膜厚の中間部で分断されてしまい、ＶＢ
Ｌ対の消滅に至ることがある。これは素子の信頼性の上
から大きな問題になる。この障害を取除くためには、膜
厚方向に均一にイオン注入することが望ましいが、イオ
ン注入法の本質的特性またはイオン注入装置の性能など
のため、かなり難しい。２）の方法は１）の方法に比べ
て、膜面内磁低異方性の膜厚方向変化はゆるやかであり
、（１）に比べてＶＢＬ対の移動時の不安定化の確率は
小さいが、傾向としてはイオン注入と同じである。

本発明の目的はこのような従来の問題点を除去したＶＢ
Ｌ対安定保持法を施したストライプドメイン磁壁を有し
ている超高密度記録素子を提供することにある。

（問題を解決するための手段） すなわち、本発明は情報読出し手段、情報書込み手段お
よび情報蓄積手段を有し、がっ、膜面に垂直な方向を磁
化容易方向とする強磁性体（フェリ磁性体膜を含む）膜
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
につくった相隣る２つの垂直なブロッホラインからなる
垂直ブロッホライン対を記憶情報単位として用い、かつ
、該垂直ブロッホライン対をブロッホ磁壁内で転送する
手段を有する素子において、該ストライプドメイン保持
層表面にもう一種類のフェリ磁性体を直接っ１十　ズ１
−−ｙメプｐノスンｒ診μ辛Ｌ〜・ン凸−で９つの■霞
ぼか局所的に変化させていることを特徴とする磁気記憶
素子を提示する。

（作用） 本発明は上述の構成をとることにより、ストライプドメ
イン磁壁に沿って情報単位であるＶＢＬ対を安定して保
持し、また転送できることを示した。以下、本発明の原
理を詳細に説明する。第３図に示すように、ストライプ
ドメイン保持層１の表面に該強磁性体と比べて磁壁移動
度ｐｗが異なる強磁性体膜２をコートすると、パルスバ
イアス磁界を加えて磁壁を移動させたとき、磁壁中のＶ
ＢＬに働くジャイロ力がストライプドメイン保持層層と
コート層とで異なるため、ストライプドメイン保持層と
コート層との境界に交換相互作用エネルギーが貯えられ
る。このため、ＶＢＬはその状態を避けようとする。そ
こで、コート層の膜厚をストライプドメイン磁壁に沿っ
て局所的に変化させると、ＶＢＬ対はコート層膜厚が小
さいところに安定化される。第１図は本発明におけるス
トライプドメイン磁壁部における膜厚の変化の与え方を
示してぃる。ストライプドメイン３の両側の磁壁（ブロ
ッホ磁壁）中のＶＢＬ対６は膜厚が薄い部分に安定化さ
れる。

これはＶＢＬが周囲のブロッホ磁壁に比べてエネルギー
密度が高いため、ＶＢＬ自体の占有容積が小さいところ
（膜厚が小さいところ）に安定化されやすいためである
。このＶＢＬ対６はストライプドメインを形成する強磁
性体膜の膜面に垂直な方向に加えられたパルスバイアス
磁界により生じるジャイロ力によって、ブロッホ磁壁中
を移動することができる。

本発明におけるＶＢＬ対安定化法においてはＶＢＬ対を
保持している層には何も加工していない。単にコート層
の存在によってＶＢＬにコート層との相互作用を与えて
いる。従来の方法ではＶＢＬのエネルギー密度を磁壁に
沿って局所的に変化させている。この変化を与えるため
、具体的にはイオン注入等を利用する。これらの方法で
は、膜厚方向に特性の不均一を生じることを避けられな
い。したがって、ＶＢＬの移動速度が膜厚方向に沿って
不均一になり、ＶＢＬが分断されたりする。

本発明ではこのような従来法の欠点を取除くことができ
る。

第２図を用いてその原理を説明する。第２図（ａ）は第
１図の一部をストライプドメイン磁壁を含む平面でカッ
トした断面を表わしている。ＶＢＬ対６が膜厚が薄い領
域に安定化されている。このＶＢＬ対を転送するため、
膜面に垂直方向にパルスバイアス磁界を加えて、それに
よって生じるジャイロ力を利用する。ジャイロ力の大き
さをどのように評価するかについて述べる。第２図（ｂ
）にはＶＢＬのエネルギー恥ＢＬのＸ方向依存を第２図
（ａ）に対応して定性的に示している。ＥＶＢＬが最低
のところに安定化されているＶＢＬはその隣のＥＶＢＬ
が最大になる山を乗り越えてとなりの谷へ移動する。し
たがって、ＶＢＬ対に働くジャイロ力はエネルギーの谷
と山との間のＥＶＢＬの変化の勾配の最大値に比べて大
きくする必要がある。

本発明の長所はＶＢＬ対駆動駆動時ＢＬ対が安定化され
ている位置のポテンシャルウェルの底と隣の安定位置と
の間にある、いわゆるビット障壁の山頂との相対的差を
変化させることができることである。これはコート層の
￥ＩＷがストライプドメイン保持層と異なるため、与え
られた磁壁駆動磁界に対してＶＢＬ部に１動くジャイロ
力にストライプドメイン保持層とコート層とで大きな差
ができ、ダイナミックに交換力が高まるため、ＶＢＬ対
はその位置を避けるようになる。その後、磁壁のダイナ
ミックな駆動が収まると、再び、コート層の薄い位置が
ＶＢＬ対にとってポテンシャルウェルがもっとも深くな
る。ＶＢＬ対はそこに安定化される。

次にコート層の膜厚変化のさせ方について述べる。第２
図（ａ）の破線は膜厚変化領域を非常に狭くした場合を
示している。これに対応してＶＢＬのエネルギーＥＶＢ
ＬのＸ方向依存も第２図（ｂ）に破線で示すように変わ
ってくる。この場合、エネルギーが低いところに安定化
されたＶＢＬ対をとなりの谷まで移動させるのに必要な
ジャイロ力は実線の場合に比べて非常に大きくなり、実
際上、制御しにくくなる。したがって、実線で示した波
型構造が実用上使いやすい。

この方法では膜厚変化に伴うＶＢＬのエネルギー変化が
ＶＢＬのエネルギー密度の変化を伴わないため、ＶＢＬ
対のジャイロ力に対する応答がイオン注入法のときのよ
うに膜厚方向に亘って不連続的に変化するといったこと
が生じない。したがって、転送中にビット間障壁を乗り
越えるときＶＢＬが膜厚の中間部で分断されるといった
不安定性の生じる確率を非常に低く抑えられ、安定した
ＶＢＬ対転送が得られる。

以下実施例を使って発明の内容を具体的に示す。

（実施例１） この波型パターンの製造法を第４図を用いて説明する。

バブル材料膜１１上にポジ型フォトレジストＭＰ１３０
０（シプレージャパン、商品名）で、巾５μｍ２周期１
０ｐｍ膜厚１ｐｍのパターン７を形成する（第４図ａ）
。

パターン形成後１３５°Ｃで１時間ポストベイクを行な
う。するとパターンは７゛のような形状になる。この温
度以上でペイキングを行なうと、パターン巾が変動し、
好ましくない。逆に、温度が低すぎても、パターンの断
面形状が矩形のままであるので好ましくない（第４図ｂ
）。次に分子量１７５００のポリスチレンを、キシレン
を溶剤として塗布する。１０重量パーセントのスチレン
を溶解した液を用い、スピン塗布回転数３０００ｒｐｍ
で、平坦部で約３０００人のポリスチレン塗膜９が得ら
れる。塗布後の表面はゆるやかな波形となった。波形形
状の高低差は約１゜３１１ｍであった。塗布工程の前後
でポジ型フォトレジストパターンの変形はなかった（第
４図Ｃ）。次にイオン注入を行なう。注入条件は厚さ１
．３μｍの有機膜をイオンが貫通するように決めた。

ここでは１３０ＫｅＶ／Ｈｅ／４．８Ｘ　１０１５個／
ａｍ２．５０ＫｅＶ／Ｈｅ／１７　Ｘ　１０１５個７ｃ
ｍ２とした。第４図（ｄ）の１１′で示すストライプド
メイン保持層表面にコートした層の部分にイオン注入が
なされる。コート層材料にイオン注入を行なうと、格子
歪が注入層に誘起されるため、一般に化学エツチング耐
性が変化することが知られているが、前記手順で作製し
た試料を酸素プラズマにさらし、有機膜を除去した後、
９０°Ｃのリン酸に１０分間浸積したところ第４図（ｅ
）に示すように高低差０．Ｑｍの波形形状にコート層が
加工できた。

前記のストライプドメイン保持材料は Ｇｄ５Ｇａ５０．２（１１１）基板にＬＰＥ成長した５
ｐｍバブル材料（ＹＳｍＬｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）５ｏ
１□膜（膜厚＝３．８８ｐｍ、ストライプ幅＝　５．０
ｐｍ、４ｎＭｓ　＝　２０２Ｇａｕｓｓの上に直接、ス
トライプドメイン保持層に比べて、ダンピング定数αが
小さい（ＹＥｕＣａ）３（ＦｅＧｅ）５０□を液相エピ
タキシャル成長した。第１図に示す波型構造とした５ｐ
ｍ周期（マスクパターン幅３ｐｍまたは２ｐｍ）、山の
高さ０゜４ｐｍになるように形成した試料について、こ
の領域にストライプドメインを配し、ＶＢＬ対の安定性
に調べ、ＶＢＬ対が波型構造の谷部に安定化されている
ことが確認された。また安定化されているＶＢＬ対に輻
１０ｎｓの矩形波状パルスバイアス磁界を加えていくと
、振幅１５０ｅ付近で、ＶＢＬ対が波型構造の山を乗り
越えた。

（実施例２） 実施例１の代りにコート層としてダンピング定数αがス
トライプドメイン保持層に比べて、大きい（ＹＳｍＬｕ
Ｃａ）３（ＦｅＧｅ）５０１２エピタキシヤル膜を使い
、実施例１と同様にＶＢＬ対が波型構造の谷部に安定化
されていることが確認された。また、谷部に安定化され
ているＶＢＬ対に幅１０ｎｓｅｃの矩形状パルスバイア
ス磁界を加えていくと、振幅２５Ｏｅ付近でＶＢＬ対が
波型構造の山を乗り越えた。

（発明の効果） 本発明により、ブロッホラインメモリでもっとも重要な
要素の一つであるストライプドメイン磁壁土へのブロッ
ホライン対の安定化および磁壁に沿っての転送の安定性
を従来の方法にくらべて改善できた。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による垂直ブロッホラインの安定化保持
手段の概観図、第２図（ａ）、（ｂ）はそれぞれ磁壁を
含む面で切断したときの強磁性体ストライプドメイン保
持層および強磁性体コート層の断面とブロッホラインエ
ネルギーの位置依存を示す図である。第３図はストライ
プドメイン保持層の構成図、第４図は素子を形成する過
程の実施例を示す図、図において、１・・・ストライプ
ドメイン保持層、２・・・強磁性体コート層、３・・・
ストライプドメイン、４，４′・・・ストライプドメイ
ン磁壁、５・・・ストライプドメイン内の磁化、５′・
・・ストライプドメインの外の磁化、６・・・垂直ブロ
ッホライン（ＶＢＬ）対、７００．基板、８１０．ポジ
型フォトレジスト、８ζ・・ポストベイク後のフォトレ
ジストパターン、９１．・ポリスチレン、１０’・・・
イオン注入され代理人弁理士内原　晋、゛パ゛・′ ＄　２　図 （ａン （Ｉ））

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
   周辺のブロッホ磁壁の中に作った相隣る垂直ブロッホラ
   イン対を記憶情報単位として用いる磁気記憶素子におい
   て、前記強磁性体膜の表面にダンピング定数が該強磁性
   体膜と異なる強磁性体膜を直接コートし、かつ該コート
   層の膜厚がストライプドメイン保持層のブロッホ磁壁に
   沿って局所的に変化していることを特徴とする磁気記憶
   素子。