JPS6321993B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電流アクセス型磁気バブル素子に関す
るものである。磁気バブル（以下単にバブルとい
う）を情報の担体として用いる記憶素子において
最初に実現された方式は、磁性薄膜上に形成され
た導体線路に交流電流を流してバブルを駆動する
電流アクセス方式（以下、本発明が係わる極く新
らしい電流アクセス方式と区別するため、初期電
流アクセス方式という。） であつた。この初期電流アクセス方式に対しては
いくらかの改良がなされたが、本質的に導体線路
の形状が複雑すぎるため記憶密度を上げようとす
ると素子の消費電力が著しく大きくなり実用的で
はなかつた。このためその後の開発の努力は、主
としてパーマロイの如き軟磁性膜で構成したシエ
ブロン型やＹ型を呈したパタンを外部より印加す
る面内回転磁界によつて順次磁化することによつ
て生じる磁極にバブルを引きつけて転送させる、
いわゆるフイールドアクセス方式に向けられてき
た。

しかしながらこのフイールドアクセス方式にお
いても、2μｍ径以下のバブルを用いてバブル素
子を構成しようとするとバブルの転送に必要な面
内回転磁界を非常に大きくせざるを得ず、消費電
力が増大するとともに面内磁界発生用コイルに印
加する電圧が増大して高速転送に適さなくなると
いう大きな欠点を持つている。

このような初期電流アクセス方式やフイールド
アクセス方式では避け得なかつたこれらの欠点を
克服する新しい電流アクセス方式がエイ・エイツ
チ・ボベツク（Ａ・Ｈ・Bobeck）氏等によつて
発明され、1979年８月にザ・ベル・システム・テ
クニカル・ジヤーナル（The Bell System
Technical Jounal）誌第58巻 第６号第1453〜
第1540頁に発表された。この新らしい電流アクセ
ス方式の本質は、磁性薄膜上に互いに電気的には
絶縁し等間隔で隔離した２つの導体層を相対面す
るように形成し、さらにこの上下両導体層には矩
形状、長円状、楕円状、等の開孔パターンの配列
を上下で若干ずらしたように作り、この導体層に
電流を通じたときにその開孔パターン周囲に生じ
る電流分布に起因して発生するバイアス磁界分布
を用いてバブルの駆動を行なうことにある。この
ように新しい電流アクセス方式では、初期電流ア
クセス方式に比べ非常に単純な開孔パタンを使用
すればよいため、飛躍的に記憶密度を向上させる
ことができる。しかし、このような新電流アクセ
ス方式が提案される前にすでに公知となつている
ように蒸着、スパツタリング等々の薄膜形成法に
よつて形成された導体層には内部応力が生じ、こ
の応力がバブル材料に伝わるため開孔パターンの
境界部では逆磁歪効果により局所的に磁壁エネル
ギーが変化し、円筒磁区に対し捕捉力がはたら
く。したがつてこのような内部応力を呈する導体
膜を用いて前記ボベツク代等の控室よる新らしい
電流アクセス方式を実施したとしてしただ漫然と
導体層を形成し開孔パターンを形成したのではバ
ブル材料の保磁力に加え前記逆磁歪効果に起因す
る捕捉力に抗してバブルを転送しなければならな
いことになる。この逆磁歪効果に起因する捕捉力
は一般にバブル材料の保磁力よりもかなり大き
く、バブルを安定に転送するのに必要な最小駆動
電流を著しく大きくしてしまうからである。この
ような導体層の内部応力に基づく捕捉力を小さく
する手段としては、例えば上下各々の導体層をそ
れぞれ内部応力が圧縮力を呈する導体層及び張力
を呈する導体層の２層からなる積層構成にするこ
とによつて実効的に前記逆磁歪効果に起因する捕
捉力を相殺して０にすることができるはずであ
る。しかしこの方法では製造プロセスが複雑にな
るため工学的には不利であり、未だ実用的な技術
としては確立されるに至つていない。

本発明の目的は開孔パターンの配列をバブル材
料の結晶方向に対し、ある特定の方向に形成する
ことにより、内部応力を有する導体層を用いる場
合にも、できるかぎり微少な駆動電流でバブルを
転送し得る電流アクセス型磁気バブル素子を提供
することにある。

これは初期電流アクセス方式及びフイールドア
クセス方式に係わる研究であり、本願の係わる新
らしい電流アクセス方式に直接寄与するものでは
ないが導体パターンの形成方向と導体パターン周
囲の磁壁エネルギー分布との関係について研究が
なされており、ジエイ・エム・デイツシユマン
（J.M.Dishman）氏等によつて1974年９月にジヤ
ーナル・オブ・アプライド・フイジクス
（Jounal of Applied Physics）誌第45巻 第９
号第4076頁〜第4083頁に発表された論文において
理論的な検討がなされている。第１図ａ，ｂは、
前記ジエイ・エム・デイツシユマン氏等によつて
計算された導体パターン周囲の磁壁エネルギー分
布を定性的に示したものである。図中、１は導体
パターンを、２の矢印は導体パターンの内部応力
の向きを、矢印３及びそれに付記した結晶軸は磁
性材料の結晶方向を、４は導体パターンの中心軸
を５ａ，５ｂは中心軸４上での磁壁エネルギー分
布を表わしている。また、E_∞は導体パタンから
十分離れた所での磁壁エネルギーの値である。こ
の結果を導くにあたつて、導体パターンの内部応
力は張力であり、磁性材料の磁歪定数がλ₁₁₁＜０
でかつλ₁₀₀＞０であると仮定し、さらにまた、磁
性材料の［111］方向は導体パタンの膜面と垂直
な方向になつている。すなわち磁性材料の１１１
面上に導体パターンを設けたものと仮定してまず
検討している。

第１図ａは、導体パタンの中心軸４を［０１
１］方向に向けた場合の計算結果を、また第１図
ｂは中心軸４を［１２１］方向に向けた場合の計
算結果を表わしている。その結果はいずれの場合
においても、導体パタンの境界部６，７，８，９
において磁壁エネルギー１０，１１，１２，１３
のように局所的に極小になつており、したがつて
バブルは導体パタン境界部６，７，８，９を通過
するときに捕捉力を受けることが判る。第１図ａ
のように導体パタンの中心軸４を［０１１］方向
に形成した場合には磁壁エネルギー分布は左右対
称になつているため、導体パタン境界部６，７で
バブルに働く捕捉力はほぼ等しい。一方、第１図
ｂのように導体パタンの中心軸４を［１２１］方
向に形成した場合には磁壁エネルギー分布は左右
非対称になつているため、導体パタン境界部８で
の捕捉力は導体パタン境界部６，７よりも小さい
が、導体パタン境界部９での捕捉力は６，７での
捕捉力よりも大きくなる。ジエイ・エム・デイツ
シユマン氏等はこうした計算を磁歪定数が異なる
組み合せについても行つており、このような傾向
はλ₁₀₀−λ₁₁₁≠０の場合には一般的に成り立つこ
とを理論的に導いている。

しかしながら、前記論文は純粋に導体パタン端
部の逆磁歪効の大きさのみを定量的に評価したに
留まるものであり、導体パターン構成とは逆の開
孔パターン構成とすることを要する本発明の電流
アクセス型磁気バブル素子のパターン構成を何ら
示唆するものではない。この論文から直接、先に
述べたような新電流アクセス型磁気バブル素子の
欠点、すなわち、大きな捕捉力に抗してバブルを
転送しなければならないという欠点を克服するよ
うな改良をすることはできない。

本発明は前記論文を独自に解釈して導いた以下
の原理にもとづいて新電流アクセス型磁気バブル
に残されていた重大な欠点を取り徐くものであ
る。

本発明の原理に想達するには、開孔パタンの境
界部においても、逆磁歪効果によつてバブルに大
きな捕捉力が作用することに気付き、更に又、バ
ブルを開孔パタンによつて転送するときには、こ
の大きな捕捉力に抗してバブルを駆動しなければ
ならず非常に大きな駆動電流が必要であることに
気付かなければならない。

更に、この欠点を克服する本発明の具体的な構
成にまで想達するにはバブルに作用する捕捉力が
開孔パタンの配列方位と磁性薄膜の結晶方位との
関係により著しく異なる事に気付き、どういう方
位に開孔パタンの配列方位を向ければ最も捕捉力
が小さくなるかということを特定する創意工夫を
必要とするわけである。

次に本発明の原理を示す。

第２図ａ、第２図ｂは本発明の原理を示す説明
図である。２５は磁性薄膜に近い方の導体層中
（以下第１導体層という）の開孔パタン、２６は
もう一方の導体層中（以下第２導体層という）の
開孔パタンである。第２図ａに示される開孔パタ
ンの境界部２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは、
第１図ａ，ｂに示される導体パタンの境界部と同
様の逆磁歪効果を磁性薄膜に及ぼす。このため、
開孔パタンの境界部での磁壁エネルギー分布は、
開孔パタンの配列方向に応じて第１図ａ、第１図
ｂに示される導体パタン境界部での磁壁エネルギ
ー分布と同様の傾向を示す。第１導体層に第２図
ｂ中の２７ｂで示される交流電流を第２図ａ中の
２７ａの矢印で示される方向に流し、第２導体層
には第２図ｂ中の２８ｂで示される交流電流を第
２図ａ中の２８ａの矢印で示される方向に流すこ
とによりバブル２３を２９の矢印で示す方向に転
送することができる。第２図ｂで横軸は時刻ｔを
表わし、縦軸は電流の振幅を表わす。第２図ｂで
示されるように、両導体層に流す電流を周期の
１／４の重なりを持つた正弦波とすれば最も効率よ くバブルを駆動することができる。

本発明の如く導体層に設けた開孔パターンの配
列によつて生ずる駆動力を用いてバブルを転送す
る場合、開孔パターン２５，２６の配列方位がい
かなるときに最小となし得るかがまず問題とな
る。本発明者等はこうした詳細な検討を実験的理
論的に行つた結果、磁性薄膜として膜面１１１で
しかもその磁歪定数がλ₁₀₀−λ₁₁₁≠０であるよう
なガーネツト材料を用いると、バブルが開孔パタ
ンの境界部２１，２２を通過するときのバブルの
移動方向が［11２］、［２11］、［１２１］、［11２］
、
［２11］、［１２１］方向のいずれかになるように
前記開孔パタンの群を配列してしまうと、第２図
ｂ１３に対応するような非常に大きな捕捉力に抗
してバブルを転送しなければならないため、非常
に大きな駆動電流が必要となつてしまうことが判
明した。そこで、バブルが開孔パタンの境界部２
１，２２を通過するときのバブルの移動方向を
種々変更して検討した結果、［01１］、［10１］、
［１１０］、［０１１］、［１01］、［１10］方向のい
ずれかであるように前記開孔パタンの群を配列す
れば、第２図ａに示される磁壁エネルギー分布５
ａに対応して捕捉力は平均的に最も小さくなり、
より微少な駆動電流でバブルを安定に転送させる
ことができることを見い出した。これが本発明の
原理である。

すなわち本発明の電流アクセス型磁気バブル素
子は磁気バブルを保持し得る磁性薄膜上に、開孔
パターンを備えた上下２層の導電層を互いに隔離
し電気的にも絶縁するように対面させて形成し、
この導体層に流す交流電流によつて生じる時間変
調された磁界勾配によつて磁気バブルを転送する
電流アクセス型磁気バブル素子において、前記上
下２層からなる導体層のいずれか１層もしくは双
方の層が内部応力を有する場合前記磁性薄膜とし
て膜面が１１１のガーネツト材料を用い、この磁
性薄膜の磁歪定数がλ₁₀₀−λ₁₁₁≠０の場合には、
前記導体層に形成した個々の開孔パターンの境界
部を磁気バブルが通過するときの磁気バブルの移
動方向が［01１］、［10１］、［１１０］、［０１１］
、
［１01］、［１10］方向のいずれかとなるように前
記開孔パターンの群を配列して磁気バブルの主た
る転送路を構成することを特徴とする。

以下、実施の一例に基いて本発明を具体的に詳
述する。

第３図ａ、第３図ｂ、第３図ｃ、第３図ｄ、第
３図ｆ、第３図ｇ、第３図ｈは磁歪定数がλ₁₀₀−
λ₁₁₁≠０となるようなガーネツト磁性薄膜（たと
えばEv_0.75Lu_1.5Ca_0.75Fe₅O₁₂やY_2.6Bi_0.4Fe_4.2Ge_0.8
O₁₂など）を用いたときの本発明の開孔パターン
配列の一例である。第３図各図において３３ａ，
３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３
ｇ，３３ｈは第１導体層に設けた開孔パタンを、
３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄ，３４ｅ，３４
ｆ，３４ｇ，３４ｈは第２導体層に設けた開孔パ
ターンをそれぞれ示す。３５，３６の矢印は各々
第１導体層及び第２導体層に流す駆動電流の方
向、３１はバブル、３２の矢印はバブルの転送方
向、３７，３８は磁性薄膜結晶方向を表わしてい
る。

第３図ａ、第３図ｂ、第３図ｃ、第３図ｄ、第
３図ｅでは開孔パタンこの形状が異なるがいずれ
の実施例においてもバブルを電流方向と垂直な方
向に転送できる。また第３図ｆ、第３図ｇ、第３
図ｈでは開孔パタンの形状及び配列のしかたが異
なるがいずれの実施例においてもバブルを電流方
向と平行な方向に転送できる。いずれの実施例に
おいてもバブルが開孔パタンの境界部を過過する
ときのバブルの移動方向が［０１１］または［１
１０］方向を向くように開孔パタンを配列してい
るため大きな捕捉力に抗してバブルを転送しなく
てよく、より微少な駆動電流でバブルを安定に転
送することができる。

ここでは、開孔パタンの境界部を通過するとき
のバブルの移動方向を［０１１］または［１１
０］方向とする実施例を示したが膜面が１１１の
ガーネツト磁性膜を用いる場合には、膜面と平行
な［０１１］、［01１］、［10１］、［１１０］、［１
01］、［１10］の方向はすべて結晶学的には等価な
方向である。したがつて開孔パタンの境界部を通
過するときのバブルの移動方向が［０１１］、［01
１］、［10１］、［１１０］、［１01］、［１10］のい
ず
れかであるように開孔パタンの群を配列すれば同
様の効果を得ることができる。

現実の磁気バブル素子においては、これら第３
図各図に示したパターン構成を適宜組み合せより
大きなパターン転送路を構成することになる。

第４図ａ、第４図ｂはλ₁₀₀−λ₁₁₁≠０なる磁歪
定数をもつガーネツト磁性薄膜を用いてメジヤー
マイナー方式の電流アクセス型バブル素子を構成
した実施の一例であり、３１は第３図各図に示し
たバブルを、又５１は第３図各図のバブルの転送
方向が３２の矢印の方向となるように配列した開
孔パタンの集合体であるメジヤーループを、５２
は５１と同様に構成したマイナーループを表わし
ている。５１のメジヤーループは第３図ｆ、第３
図ｇに示したような転送パタンで構成され、５２
のマイナーループは第３図ａ、第３図ｂ、第３図
ｃ、第３図ｄ、第３図ｅ、に示したような転送パ
タンで構成され、５３のメジヤーループは第３図
ｈに示したような転送パタンで構成される。する
と図中３５，３６で示した方向に上下両導体層に
交流電流を流すことにより、バブル３１がメジヤ
ーループ５１，５３、マイナーループ５２等の開
孔パターンの境界部を通過するときのバブルの移
動方向が［０１１］、［01１］、［１１０］、［１10］
のいずれかの方向を向くように開孔パタンが配列
されることとなり、大きな捕捉力に抗してバブル
を転送しなくてよく、微少な駆動電流でバブルを
安定に転送することができる。

ここでは、開孔パタンの境界部を通過するとき
バブルの移動方向を［０１１］、［01１］、［１１
０］、［１10］のいずれかの方向とする実施例を示
したが膜面が１１１のガーネツト磁性薄膜を用い
る場合には、膜面と平行な［０１１］、［01１］、
［10１］、［１１０］、［１01］、［１10］の方向はす
べて結晶学的には［０１１］と等価な方向であ
る。したがつて開孔パタンの境界部を通過すると
きのバブルの移動方向が［０１１］、［01１］、［10
１］、［１１０］［１01］、［１10］のいずれかであ
るように開孔パタンの群を配列すれば同様の効果
を得ることができる。λ₁₀₀−λ₁₁₁＝０なる磁歪定
数を有するガーネツト磁性薄膜を使用する場合に
は、逆磁歪効果がガーネツト磁性薄膜の膜面のい
かなる方向に対しても同等になるため、ガーネツ
ト磁性薄膜の結晶方向と開孔パターンの配列方向
との関係について考慮する必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ及び第１図ｂはジエイ・エム・デイツ
シユマン氏らの論文から得られる知見に対する説
明図である。１は導体パタン、３は磁性材料の結
晶方向、５は磁壁エネルギー分布を示す。 第２図ａ及び第２図ｂは本発明の原理を示す図
である。２３はバブル、２５は第１層目の導体層
中の開孔パタン、２６は第２層目の導体層中の開
孔パタン、２４はバブルの移動方向を示す。 第３図ａ第３図ｂ、第３図ｃ、第３図ｄ、第３
図ｅ、第３図ｆ、第３図ｇ、第３図ｈは、本発明
の実施例を示す図である。３１はバブル、３２は
バブルの移動方向、３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３
３ｄ，３３ｅ，３３ｆ，３３ｇ，３３ｈは第１層
目の開孔パタン、３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４
ｄ，３４ｅ，３４ｆ，３４ｇ，３４ｈは第２層目
の開孔パタンである。 第４図ａ、第４図ｂは本発明に基いて構成した
磁気バブル素子の全体構成を示す一実施例を示す
図である。５１，５３は第４図各図のバブルの転
送方向が３２の矢印の方向となるように配列した
開孔パタンの集合体であるメジヤーループ、５２
はやはり第３図の３２の集合体で構成したマイナ
ーループである。 第４図各図において３１はバブルである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 磁気バブルを保持し得る磁性薄膜上に、開孔
   パターンを備えた上下２層の導体層を互いに隔離
   し電気的にも絶縁するように対面させて形成し、
   この導体層に流す交流電流によつて生じる時間変
   調された磁界勾配によつて磁気バブル転送する電
   流アクセス型磁気バブル素子において、前記上下
   ２層からなる導体層のいずれか１層もしくは双方
   の層が内部応力を有し、しかも、前記磁性薄膜と
   して磁歪定数がλ₁₀₀−λ₁₁₁≠０のガーネツト材料
   を用いる場合、前記磁性薄膜の膜面を１１１と
   し、更に前記導体層に形成した個々の開孔パター
   ンの境界部を磁気バブルが通過するときの磁気バ
   ブルの移動方向が［01１］、［10１］、［１１０］、
   ［０１１］、［U101］、［１10］方向のいずれかとな
   るように前記開孔パターンの群を配列して磁気バ
   ブルの主たる転送路を構成した、ことを特徴とす
   る電流アクセス型磁気バブル素子。