JPH05101640A - Magnetic memory element - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To simplify the conditions for impressing external magnetic fields for the purpose of forming striped domains to constitute an information accumulation loop of the magnetic storage element using perpendicular Bloch line pairs as information carriers. CONSTITUTION:The front end of grooves 4 for fixing the striped domains accumulating the perpendicular Bloch line pair are formed to an elliptic shape. The plural domains can be simultaneously extended at the time of forming the striped domains mentioned above. Many pieces of the striped domains are thus easily arranged.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は不揮発性の超高密度固体
磁気記憶素子に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a nonvolatile ultra-high density solid state magnetic memory element.

【０００２】[0002]

【従来の技術】この磁気記憶素子は情報読み出し手段と
情報書き込み手段と情報蓄積手段を備え、膜面に垂直方
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）に存在するストライプドメインの周囲のブロッホ磁
壁の中に作った相隣り合う垂直ブロッホライン（以下、
ＶＢＬと称する）を対としてブロッホ磁壁内で保持、転
送する手段を有する。例えば、素子構成をメイジャ・マ
イナループ構成とする場合、メイジャラインでは、バブ
ルを情報担体とし、マイナループはストライプドメイン
で構成し、その周囲のブロッホ磁壁内に存在するＶＢＬ
対を情報担体とする。全体の情報の流れを示すと、まず
バブル発生器で書き込まれた情報（バブルの有無の列）
は書き込みメイジャラインを移動する。メイジャライン
上に１ページ分の情報が書き込まれると、それをマイナ
ループへ記憶させるため、バブルの有無で示されたメイ
ジャライン上の情報をマイナループへＶＢＬ対の形でト
ランスファする。したがって、書き込みトランスファゲ
ートはバブルの有無をＶＢＬ対の有無に変換する機能を
持っている。マイナループはＶＢＬ対を保持できるブロ
ッホ磁壁で構成している。また、マイナループは構成す
るストライプドメイン磁壁上のＶＢＬ対を必要に応じて
読み出しトランスファゲートへ移動させる機能を持って
いる。マイナループから読み出しメイジャラインへの情
報トランスファはＶＢＬ対からバブルへの変換を伴う。
変換されたバブルの有無の列をバブル検出器で読み取
る。このように、マイナ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、マイナループ上での情報
担体としてバブルの代りに、ＶＢＬ対を用いることによ
り、バブル素子に比べて、約二桁の記憶密度の向上を達
成できる。2. Description of the Related Art This magnetic storage element is provided with an information reading means, an information writing means, and an information storage means, and is a stripe existing in a ferromagnetic material (including a ferrimagnetic material film) having an easy magnetization direction perpendicular to the film surface. Adjacent vertical Bloch lines (below, created in Bloch domain walls around the domain)
(Referred to as VBL) as a pair and held and transferred in the Bloch domain wall. For example, when the element structure is a major-minor loop structure, in the major line, the bubble is used as an information carrier, the minor loop is composed of a stripe domain, and the VBL existing in the Bloch domain wall around it is formed.
The pair serves as an information carrier. First, the information written by the bubble generator (column with or without bubbles) is shown.
Moves the write major line. When one page of information is written on the major line, the information on the major line indicated by the presence / absence of a bubble is transferred to the minor loop in the form of a VBL pair in order to store it in the minor loop. Therefore, the write transfer gate has a function of converting the presence / absence of a bubble into the presence / absence of a VBL pair. The minor loop is composed of a Bloch domain wall capable of holding a VBL pair. Further, the minor loop has a function of moving the VBL pair on the stripe domain domain wall to the read transfer gate as required. Information transfer from the minor loop to the read major line involves the conversion of VBL pairs to bubbles.
Read the converted bubble presence / absence column with the bubble detector. As described above, by configuring the minor loop with the stripe domain existing in the bubble material and using the VBL pair instead of the bubble as the information carrier on the minor loop, the storage density can be improved by about two digits as compared with the bubble element. Can be achieved.

【０００３】この素子においては多数本の磁気ドメイン
をチップ上の定められた位置に安定性よく配列すること
が重要な技術である。In this device, it is an important technique to arrange a large number of magnetic domains at a predetermined position on the chip with good stability.

【０００４】これに対する一つの方法は、ストライプド
メイン磁壁を溝掘り部境界膜厚段差部の外側にもってい
くことである（特願昭６０−０７９６５８）。この理由
は溝掘り部およびその境界の外側を含むようにストライ
プドメインを設定すると、溝掘り部境界の膜厚段差は境
界外側にある磁壁が膜厚段差部に近づくのを妨げる反磁
界を生じ、磁壁が外部から加えられるＶＢＬ対駆動用の
パルス磁界に対して、障害を受けず応答でき、しかも磁
壁の応答を可逆的にできるためである。これはＶＢＬ対
保持用磁壁安定化の必要条件である。他方、溝掘り部内
にストライプドメインを閉じ込めると、膜厚段差はその
ストライプドメインが溝掘り境界の外へ出ることを強く
抑える反磁界を生じる。このため、磁壁は外部印加磁界
に対して自由に応答して動くことができない。したがっ
て、ストライプドメイン磁壁が溝掘り部境界膜厚段差部
の外側にくるように、ストライプドメインを初期設定す
る必要がある。One method to deal with this is to bring the stripe domain domain wall outside the groove thickness boundary film thickness step (Japanese Patent Application No. 60-079658). The reason for this is that if the stripe domain is set so as to include the grooved portion and the outside of the boundary, the film thickness step at the boundary of the grooved portion causes a demagnetizing field that prevents the domain wall outside the boundary from approaching the film thickness step portion, This is because the domain wall can respond to the VBL pair driving pulse magnetic field applied from the outside without being damaged, and the domain wall response can be reversible. This is a necessary condition for stabilizing the VBL pair holding domain wall. On the other hand, when the stripe domain is confined in the grooved portion, the film thickness step causes a demagnetizing field that strongly suppresses the stripe domain from going out of the grooved boundary. Therefore, the domain wall cannot move freely in response to an externally applied magnetic field. Therefore, it is necessary to initialize the stripe domain so that the stripe domain domain wall is outside the groove thickness boundary film thickness step.

【０００５】図５（ａ）、（ｂ）にその構造の主要部を
示している。基板２上にドメイン保持層１のドメインを
配置したい領域の中心部４をくりぬき、それを取り囲む
ように閉じたドメインを磁壁を配置するための形成技術
の例は、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（ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓ．Ｍａｇ
ｎ．，ＭＡＧ−２２，７８４（１９８６））において報
告されている。溝４は、長方形に半円を組み合せた形状
である。ここで、３はスペーサ、５はくり抜き部エッ
ジ、６はガード用ドメイン保持層くり抜き部、１０はバ
イアス磁界、１６はドメイン飛び出し防止およびガイド
用溝、１７は変換ゲート、１８はメイジャラインであ
る。FIGS. 5A and 5B show the main part of the structure. An example of a forming technique for hollowing out the central portion 4 of a region of the domain holding layer 1 on the substrate 2 where the domain is to be arranged and arranging the domain wall that is closed so as to surround the domain is iEeEe transaction·
On Magnetics (IEEE Trans. Mag)
n. , MAG-22, 784 (1986)). The groove 4 has a shape in which a semicircle is combined with a rectangle. Here, 3 is a spacer, 5 is a cutout edge, 6 is a guard domain holding layer cutout, 10 is a bias magnetic field, 16 is a domain protrusion prevention and guide groove, 17 is a conversion gate, and 18 is a major line. ..

【０００６】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかし、この構造では
溝のない領域２６と溝で挟まれた領域２３とでバブルド
メインがストライプドメインに変化するバイアス磁界の
大きさにかなりの違いがあり、領域２３では領域２６に
比べバイアス磁界をもっと低くしないとドメインが伸長
しない欠点があることがわかった。溝掘り部を含む領域
でドメインが伸長するまでバイアス磁界を下げると、溝
掘り部領域のうちのいずれか一箇所を伸びて、バブル発
生器１９があると反対側、つまり、ドメイン結合用の導
体パタン２０がある領域全面に迷図状ドメインができて
しまう。このため、今伸びたドメインに遅れて溝掘り部
領域２３を伸びてきたドメインは迷図状ドメインに邪魔
されてドメイン接合用の導体パタン２０の下を横切ると
ころまで伸び出せない。そのためドメインを接合するこ
とはできず、結果として、溝４を囲む磁壁を形成できな
い欠点があった。However, in this structure, there is a considerable difference in the magnitude of the bias magnetic field in which the bubble domain changes into the stripe domain between the region 26 without the groove and the region 23 sandwiched by the groove. It was found that in 23, the domain does not expand unless the bias magnetic field is made lower than in the region 26. When the bias magnetic field is lowered until the domain extends in the region including the grooved portion, it extends in any one of the grooved portion regions and on the opposite side of the bubble generator 19, that is, the domain coupling conductor. A stray pattern domain is formed on the entire surface of the pattern 20. For this reason, the domain that has extended the grooved region 23 after the domain that has just been extended cannot be extended to the position where it crosses under the conductor pattern 20 for domain bonding due to the obstructive domain. Therefore, the domains cannot be joined, and as a result, the domain wall surrounding the groove 4 cannot be formed.

【０００７】上述のように従来の磁気記憶素子は多数本
のドメインを安定性よく配列するためには問題であっ
た。本発明はこれらの欠点を取り除き、ドメインを安定
性よく配列するための外部磁界印加条件を単純化できる
ようにした超高密度固体磁気記憶素子を提供することに
ある。As described above, the conventional magnetic memory element has a problem in order to arrange a large number of domains with good stability. An object of the present invention is to provide an ultra-high density solid-state magnetic memory element that eliminates these drawbacks and can simplify the external magnetic field application condition for arranging domains with good stability.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段】情報読み出し手段、情報
書き込み手段および情報蓄積手段を有し、かつ膜面に垂
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
ホ磁壁中に作った相隣る２本の垂直ブロッホラインから
なる対をブロッホ磁壁内で保持転送する手段を有し、ス
トライプドメインを配置すべき領域にわたってストライ
プドメイン保持層に溝が設けられた磁気記憶素子におい
て、該溝の先端部が該溝の長手方向と平行な長軸を持つ
半楕円形状であることを特徴とする磁気記憶素子であ
る。This is present in a ferromagnetic (including ferrimagnetic) film having an information reading means, an information writing means and an information accumulating means, and having an easy magnetization direction perpendicular to the film surface. The striped domain holding layer has a means for holding and transferring pairs of two adjacent vertical Bloch lines formed in the Bloch domain wall at the boundary of the stripe domain in the Bloch domain wall. In the magnetic memory element provided with, the tip of the groove has a semi-elliptical shape having a major axis parallel to the longitudinal direction of the groove.

【０００９】[0009]

【作用】ストライプドメイン保持層に設ける溝の先端部
を半楕円形状にすることにより、溝のない領域で発生し
たドメインが溝のある領域に伸長する際、ドメインの進
行する向きに変化する実効的なバイアス磁界の変化分を
緩くすることができた。ドメインは溝のない領域から溝
のある領域へとスムーズに伸長し、目的とする溝を囲む
ドメインを形成しやすくなった。By making the tip of the groove provided in the stripe domain holding layer into a semi-elliptical shape, when the domain generated in the grooveless region extends to the grooved region, the effective direction of the domain changes. It was possible to reduce the change in the bias magnetic field. The domain smoothly extended from the grooveless region to the grooved region, making it easy to form a domain surrounding the desired groove.

【００１０】[0010]

【実施例】本発明におけるストライプドメイン保持層の
マイナループ部の構成を説明する。EXAMPLES The structure of the minor loop portion of the stripe domain holding layer in the present invention will be described.

【００１１】図１は本実施例の一実施例を示す図であ
る。ストライプドメイン保持層１上のドメインを保持し
たい領域に溝の先端部を半楕円形状にした溝４を形成す
る。その溝４の両端部にドメイン発生器および局所面内
磁界発生用手段８、２０を配置している。導体８は、ド
メインを制御性よく発生できる、エッジ１２とノッチ１
３を有する形状のドメイン発生器である。さらに、溝４
の一方の先端部領域に対向する領域に溝１６を形成する
ことにより、図４（ａ）、（ｂ）のように、溝４のまわ
りに配置したドメイン１４の伸びだし防止と、書き込み
・読み出し動作時にドメイン１４のゲート部へ信頼性よ
く引き伸ばすことができるようにした。なお、図に置い
て、１６はドメインの飛び出し防止およびガイド用溝、
１７は変換ゲート、１８はメイジャラインである。FIG. 1 is a diagram showing an embodiment of this embodiment. A groove 4 having a semi-elliptical shape at the tip of the groove is formed in a region on the stripe domain holding layer 1 where the domain is to be held. Domain generators and local in-plane magnetic field generating means 8 and 20 are arranged at both ends of the groove 4. The conductor 8 has an edge 12 and a notch 1 capable of generating domains in a controlled manner.
3 is a domain generator having a shape of 3. Furthermore, groove 4
By forming the groove 16 in a region opposite to one of the tip end regions, the domain 14 arranged around the groove 4 is prevented from extending and writing / reading is performed as shown in FIGS. 4 (a) and 4 (b). The gate portion of the domain 14 can be reliably extended during operation. In the figure, 16 is a groove for preventing the domain from protruding and a guide groove,
Reference numeral 17 is a conversion gate, and 18 is a major line.

【００１２】Ｇｄ₃ Ｇａ₅ Ｏ_{1 2} （１１１）基板上に５
μｍバブル材料（ＹＳｍＬｕＣａ）₃ （ＦｅＧｅ）₅ Ｏ
_{1 2} ガーネット膜を２μｍの厚さＬＰＥ成長した。この
膜のストライプドメイン幅は５μｍである。図１の構造
に、溝を掘りたい部分にＨｅ⁺ などのイオンを選択的に
注入した後、リン酸を使い、エッチングして溝を形成し
た。溝の幅は、中央部で２μｍであった。また、できた
溝の深さは２．１μｍであった。その上に、ＳｉＯ₂ ス
ペーサ０．５μｍを介して、所定の位置にドメイン発生
器を配置した。 _{5 on the} Gd ₃ Ga ₅ O _{1 2} (111) substrate
μm bubble material (YSmLuCa) ₃ (FeGe) ₅ O
_{A 12} garnet film was LPE grown to a thickness of 2 μm. The stripe domain width of this film is 5 μm. In the structure shown in FIG. 1, ions such as He ⁺ are selectively implanted into the portion where the groove is to be formed, and then the groove is formed by etching using phosphoric acid. The width of the groove was 2 μm in the central portion. The depth of the formed groove was 2.1 μm. A domain generator was placed at a predetermined position on the SiO ₂ spacer 0.5 μm.

【００１３】図２（ａ）、（ｂ）から図４（ａ）、
（ｂ）までを使ってストライプドメイン安定化の動作を
説明する。まず、ストライプドメイン保持層の磁化をバ
イアス磁界１０を加えることによって溝４の周囲に安定
化するドメイン内の磁化と同じ向きに飽和させておく。
その後、ドメイン発生器８に矢印の向きの電流を与えて
その磁界によって図２に１１で示すドメインを発生す
る。この様な形状のドメインを作るためには、まず８の
上側のエッジ１２に沿ってドメインが発生するように発
生器８の形状を設計した。その後、バイアス磁界１０の
絶対値を小さくしていき、ドメインが図３（ａ）、
（ｂ）に示すように溝掘り部２３を通り越して領域２８
まで伸長する。その後、ドメイン結合導体２０に図３
（ａ）に示す矢印の向きの電流を与え、ドメイン１１は
溝掘り部の両方の端部で互いに接合させる。外部印加磁
界を零にし、さらにその向きを逆にし、１０で示す向き
にして磁界の強さを増加していく。溝掘り部を取り囲む
閉磁壁１５に囲まれたドメイン１４が形成される。この
ドメインがＶＢＬ対保持用に使われる。なお、図に置い
て、１６はドメインの飛び出し防止およびガイド用溝、
１７は変換ゲート、１８はメイジャラインである。2 (a) and 2 (b) to FIG. 4 (a),
The operation of stabilizing the stripe domain will be described with reference to (b). First, the magnetization of the stripe domain holding layer is saturated in the same direction as the magnetization in the domain stabilized around the groove 4 by applying the bias magnetic field 10.
Then, a current in the direction of the arrow is applied to the domain generator 8 to generate the domain indicated by 11 in FIG. 2 by the magnetic field thereof. In order to create a domain having such a shape, first, the shape of the generator 8 was designed so that the domain was generated along the upper edge 12 of 8. After that, the absolute value of the bias magnetic field 10 is reduced, and the domain becomes as shown in FIG.
As shown in (b), the region 28 is passed through the grooved portion 23.
Extend to. After that, the domain-bonded conductor 20 is formed in
A current is applied in the direction of the arrow shown in (a), and the domains 11 are bonded to each other at both ends of the trench. The externally applied magnetic field is set to zero, the direction is reversed, and the direction of the magnetic field is changed to the direction indicated by 10 to increase the magnetic field strength. The domain 14 surrounded by the closed magnetic wall 15 surrounding the grooved portion is formed. This domain is used to hold the VBL pair. In the figure, 16 is a groove for preventing the domain from protruding and a guide groove,
Reference numeral 17 is a conversion gate, and 18 is a major line.

【００１４】[0014]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、多数本の
ストライプドメインを安定性よく配列できる。As described above, according to the present invention, a large number of stripe domains can be arranged with good stability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明の素子の主要部の実施例を示す図であ
る。FIG. 1 is a diagram showing an example of a main part of an element of the present invention.

【図２】ドメインの形成過程を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a process of forming a domain.

【図３】ドメインの形成過程を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a process of forming a domain.

【図４】ドメインの形成過程を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a process of forming a domain.

【図５】従来のドメイン安定化法を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a conventional domain stabilization method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１ ドメイン保持層 ２ 基板 ３ スペーサ ４ ドメイン保持層くり抜き部 ５ くりぬき部エッジ ６ ガード用ドメイン保持層くり抜き部 ８、１９ ドメイン発生用導体パタン １０ バイアス磁界 １１ ドメイン １２ ドメイン発生用導体パタンのエッジ １３ ドメイン発生用導体パタンのノッチ １４ 中抜きドメイン １５ ドメイン外周磁壁 １６ ドメインの伸びだし防止およびドメインのゲート
部ヘのガイド用溝 １７ ブロッホライン対とバブルとの間の変換ゲート １８ メイジャライン ２０ ドメイン結合用導体 ２３ 溝により挟まれた領域 ２６ 溝で挟まれていない領域 ２８ 導体のある領域1 Domain Retaining Layer 2 Substrate 3 Spacer 4 Domain Retaining Layer Hollow Out Part 5 Hollow Edge 6 Guard Domain Retaining Layer Hollow Out Part 8, 19 Domain Generation Conductor Pattern 10 Bias Magnetic Field 11 Domain 12 Domain Generation Conductor Pattern Edge 13 Domain Generation Notch of conductor pattern 14 Hollow-out domain 15 Domain outer domain wall 16 Domain extension prevention and guide groove to gate of domain 17 Conversion gate between Bloch line pair and bubble 18 Majorer line 20 Domain coupling conductor 23 Area sandwiched by grooves 26 Area not sandwiched by grooves 28 Area with conductor

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 情報読み出し手段、情報書き込み手段お
よび情報蓄積手段を有し、かつ膜面に垂直方向を磁化容
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作っ
た相隣る２本の垂直ブロッホラインからなる対をブロッ
ホ磁壁内で保持転送する手段を有し、ストライプドメイ
ンを配置すべき領域にわたってストライプドメイン保持
層に溝が設けられた磁気記憶素子において、該溝の先端
部が該溝の長手方向と平行な長軸を持つ半楕円形状であ
ることを特徴とする磁気記憶素子。1. A boundary between stripe domains existing in a ferromagnetic (including ferrimagnetic) film having an information reading means, an information writing means, and an information storage means, and having a direction easy to magnetize in a direction perpendicular to the film surface. Has a means for holding and transferring a pair of two adjacent vertical Bloch lines formed in the Bloch domain wall in the Bloch domain wall, and a groove is formed in the stripe domain holding layer over the region where the stripe domain is to be arranged. In the magnetic memory element, the tip of the groove has a semi-elliptical shape having a major axis parallel to the longitudinal direction of the groove.