JPH05234357A - 磁気記憶素子及びその読出し方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 垂直ブロッホライン対を情報担体とする磁気
記憶素子の変換ゲートにおける読出し機能に関して、従
来、問題であった、読出し特性が大きく改善された磁気
記憶素子およびその読出し方法を提供する。 【構成】 変換ゲート部に転送路先端を伸張させる機構
および伸張した転送路端部に存在する垂直ブロッホライ
ン対の有無を転送路先端部のブロッホ磁壁の磁化の向き
に変換する機構、及び転送路先端部の磁化の向きをバブ
ルの有無に変換する機構から構成される。 【効果】 従来の垂直ブロッホライン対の有無を転送路
先端部の磁壁状態がブロッホ磁壁状態と垂直ブロッホラ
インが１本存在する状態に変換する読出し方式に比べ、
変換特性の大幅な改善が実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は不揮発生の超高密度固体
磁気記憶素子に関する。

【０００２】

【従来の技術】高密度固体磁気記憶素子を目指して、磁
気バブル素子の開発が各所で盛んに行われている。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
な最小バブル径は０．３μｍといわれている。したがっ
て０．３μｍ径以下のバブルドメイン（以下バブルと称
する）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。

【０００３】このようなバブル保持層の特性に基ずく高
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ことができる超高密度磁気記憶素子
として磁性ガーネット単結晶膜等の膜面垂直方向を磁化
容易方向とする軟磁性強磁性体（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（以下単にブロッホラインと称する）２個からなる
ブロッホライン対を記憶単位として用い、該磁壁を転送
路としてデータをアクセスする素子が発明された（特願
昭５７−１８２３４６）。

【０００４】本素子において、情報の入力及び出力をブ
ロッホラインの直接書き込みあるいは読み出しで行なう
ことは現在の技術では困難であり、そのため、磁気バブ
ル素子において技術上確立している磁気バブル（以下で
はバブルと称する）の発生、転送および検出技術を用い
てデータ入力をバブルをバブル発生器で発生させること
により行ない、該バブルをバブル転送路上を転送させ変
換ゲートにおいてブロッホラインに変換して書き込まれ
る。ブロッホラインに変換された情報単位は磁区磁壁で
構成される転送路上を転送し、情報蓄積時は磁壁上で保
持される。また読み出し時はブロッホラインを変換ゲー
トにんおいてバブルに変換した後、バブルをバブル転送
路上を転送させ、バブル検出器で読み出す構成になって
いる。

【０００５】本記憶素子では通常、アクセス時間を低減
するため、図６のようなメジャー／マイナー構成と呼ば
れる素子構成が採られる。即ち、第１の転送路であるメ
ジャーライン５の端に設けられたバブル発生器２により
次々と書き込まれたバブルによるデータ列はメジャーラ
イン転送路上を転送し、次いでメジャーラインに対し直
角に位置し、多数本のブロッホラインを転送させる第２
の転送路であるマイナーループ６と呼ばれる転送路へデ
ータを移動するため、各マイナーループ端に設けられた
変換ゲート１でバブルからブロッホライン対にデータが
並列的に変換して書き込まれる。読み出し時はマイナー
ループ端の変換ゲート部に位置したブロッホライン対は
変換ゲート１でバブルに変換される。変換されたバブル
は、メジャーライン５上を転送し、メジャーライン端の
バブル検出器３で検出され、データ出力される。

【０００６】従来変換ゲートに於ける読出し機構は情報
担体であるブロッホライン対の有無を転送路端部の磁壁
の状態が１本のブロッホラインが存在する状態（Ｓ＝０
状態と称する）と１本のブロッホラインも存在しない状
態（χ状態と称する）に変換し、更にこの二つの状態で
ドメイン切断に要するバイアス磁界が異なることを利用
してバブルの有無に変換する。即ち、読出し時、図３の
ように、素子領域全体に均一の面内磁界Ｈｘ７が印加さ
れている状態で、マイナーループ転送路６の端部を変換
ゲート部１へ伸張させる時、図３（ａ）のように、バイ
アス磁界１４が図の手前側から向う側に向いている時、
該転送路端部に情報担体である。ブロッホライン対４と
安定化用のブロッホライン８の計３本のブロッホライン
が存在する時、真ん中のブロッホラインは伸張した転送
路端部に存在するのに対し、両側のブロッホラインは導
体に印加した電流９による局所的面内磁界１０により転
送路端から移動して３本のブロッホラインは分離され、
図３（ｂ）のように転送路端部の状態は結局端部に１本
のブロッホラインが存在するＳ＝Ｏ状態となる。一方、
転送路端部にブロッホライン対が存在しない時は、図３
（ａ’）、（ｂ’）のように上記と同一の一連の操作に
より安定化用ブロッホラインが転送路端部より手前の部
分に移動するのみであり、転送路端部の磁壁状態はブロ
ッホラインが存在しないχ状態となる。

【０００７】このように転送路端部にブロッホライン対
が有るあるいは無い状態をブロッホラインが１本存在す
るＳ＝Ｏ状態と１本も存在しないχ状態に変換した後、
転送路端部をヘアピン導体１１に電流を印加し切断動作
を行なう。転送路端部がＳ＝Ｏ状態の時、端部の両側の
磁壁直線部の磁化の向きは同一方向を向いているため、
導体電流により局所的にバイアス磁界を高くし、該磁壁
直線部を接近させたとき、両側の磁化の向きが同一方向
であるため、変換エネルギーは低くなり、容易に該磁壁
直線部は接合され、図３（Ｃ）のようにドメインは分割
されバブルドメイン１２が発生する。それに対し、転送
路端部がχ状態の時は磁壁直線部の磁化の向きは互いに
逆向きになるため、導体電流により局所的にバイアス磁
界を高くしても、該磁壁直線部の磁化の向きが逆向きで
あるため、変換エネルギーが高く容易には該磁壁は接合
せずドメインは容易には分割されない。したがって、ブ
ロッホライン対が存在する場合にはドメインが分割され
るに充分な導体電流で、かつブロッホライン対が存在し
ない場合にはドメインが分割されない程度の導体電流に
より切断動作を行なえば、ブロッホライン対の有り無し
がドメインの分割の有り無し、すなわちバブルの有り無
しに変換され読出し動作が行なわれることになる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、実際に
はこのような読み出し機構を有する磁気記憶素子を製造
したところ、ブロッホライン対の有無をバブルの無有に
変換する余裕度は図５の読出しマージンのドメイン切断
パルス電流幅依存性の測定結果から明らかなように、読
出し可能領域（図の斜線部領域）は非常に狭く素子製造
の歩留りの低下および動作特性不良を生じさせる重大な
原因となっていた。これはドメイン切断に用いるヘアピ
ン状導体に電流パルスを印加したとき、ヘアピン導体に
流れる電流により発生する磁界はドメインを切断するた
めのバイアス成分のみならず、導体下には面内磁界成分
も発生する。そのため、磁壁には水平ブロッホラインが
発生し、さらにはそれがパンチスルーすることも起こり
得る。従って当初磁壁直線部の磁化が同一方向を向いて
いたとしても、パンチスルーにより磁壁の磁化の向きは
本来の同一方向から逆方向へと変化し、磁壁が近接して
きた時、交換エネルギーは高くなってしまい、結果的に
ドメイン切断に要する磁界が大きくなってしまう。この
ような磁壁磁化状態の変動が読出し動作特性不良を起し
大きな問題となっていた。

【０００９】本発明の目的はこのような従来の問題点を
除去したもので、従来素子動作不良となっていた読出し
機構に関して、動作特性が安定な読出し機構を有する磁
気記憶素子およびその読出し方法を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は情報読み出し手
段、情報書込み手段及び情報蓄積手段を有し、かつ、膜
面に垂直な方向を磁化容易方向とする軟磁性の強磁性体
（フェリ磁性体を含む）膜に、情報担体として相隣る２
つの垂直ブロッホラインからなる垂直ブロッホライン対
を駆動する転送路と、情報担体として相隣る２つの垂直
ブロッホラインからなる垂直ブロッホライン対を書込か
つ読出す機能を有する変換ゲートとを有し、転送路両端
に転送安定化のための垂直ブロッホラインを各々１本配
置した磁気記憶素子に関して、該読出し機能として情報
担体である該垂直ブロッホライン対の有無を転送路端部
のブロッホ磁壁内の磁化方向に変換するための機構、お
よび転送路端部のブロッホ磁壁内の磁化の方向をバブル
の有無に変換するための機構を備えたことを特徴とする
磁気記憶素子であり、かつ転送路端部のバイアス磁界を
局所的に低下させ転送路端部を伸張させた後、伸張した
転送路端部において、転送路に対して横切るように配置
された導体に直流電流を印加することにより、垂直ブロ
ッホライン対が存在しない時は、導体への電流の印加に
もかかわらずもとから存在したブロッホ磁壁領域がその
まま存在するのに対し、垂直ブロッホライン対が存在す
る時は導体電流による該垂直ブロッホライン対間のブロ
ッホ磁壁領域の磁化の向きと同一方向の磁界発生により
該垂直ブロッホラインを転送路端部から移動させ、垂直
ブロッホライン対が存在しない時のブロッホ磁壁の磁化
と逆向きのブロッホ磁壁領域を拡大させることにより、
垂直ブロッホライン対の有無をブロッホ磁壁領域の磁化
の向きの差に変換し、その後、垂直ブロッホライン対が
存在する場合のブロッホ磁壁領域の磁化の向きと、垂直
ブロッホライン対が存在しなかった場合のブロッホ磁壁
領域の磁化の向きが、異なるため伸張した転送路端部を
構成するドメインを切断するに要する導体電流が異なる
ことを利用し、切断されたバブルドメインの有無に変換
することを特徴とする磁気記憶素子の読出し方法であ
る。

【００１１】即ち、従来の読出し法は情報担体であるブ
ロッホライン対の有無をＳ＝０状態の磁壁領域とχ状態
の磁壁領域に変換し、両者の切断に要するバイアス磁界
の差により、バブルの有無に変換する方法であるが、実
際には、ヘアピン状導体電流によるバイアス磁界印加
時、導体電流による面内磁界成分も発生し、それによ
り、水平ブロッホラインの発生とパンチスルーが生じる
ため、磁壁状態が変化する現象が生じることがあった。
そのため、ドメイン切断磁界の差は小さくなり、読み出
しマージンの劣化となっていた。

【００１２】本発明ではドメイン切断時の導体電流の面
内磁界成分の発生を逆に積極的に利用することを意図し
ている。即ち、本発明ではたとえば図１のような磁気記
憶素子の読出し用変換ゲート機構を設ける。変換ゲート
部には局所面内磁界印加用導体９、ブロッホ磁壁の磁化
の向きの差をバブルドメインの有無に変換するための転
送路端ドメイン切断用ヘアピン導体１１及び転送路端の
ブロッホライン移動用導体１３が設けられている。図２
（ａ）のように、バイアス磁界１４が図の手前側から向
う側に向いている時、マイナーループ転送路路６の端に
情報担体であるブロッホライン対４が存在する場合、転
送路端部を伸張させてブロッホライン対４及び安定化用
ブロッホライン８の計３本のブロッホラインを従来から
の方法同様に分離させる。その後、伸張した転送路端部
に導体１３に電流を流し面内磁界を印加し、先端のブロ
ッホラインを転送路側壁部へ移動させる。「コ」の字状
の導体電流はブロッホラインが一方向に移動するように
図２Ｃのような向きに電流を印加する。

【００１３】以上の操作により、転送路端部の磁壁の状
態は結局時計回転方向に向いた磁化を有するブロッホ磁
壁となる（ｄ）。一方、図２（ａ’）のように、情報担
体であるブロッホライン対が存在しないとき、上記と同
一の操作により、安定化用ブロッホラインのみが転送路
端部より手前の側壁部分に移動するだけであり、転送路
端部の磁化の状態は磁化の向きが反時計方向を向いたブ
ロッホ磁壁状態となる（ｂ’）。

【００１４】このようにブロッホライン対の有無に応じ
て磁壁の磁化が反時計方向及び時計方向のブロッホ磁壁
に変換した後、ヘアピン導体１１に電流を流し、転送路
端部の切断動作を行なう。

【００１５】発明者等は同じブロッホ磁壁でも、その磁
化の向きがどちら向きかによって、大きく切断に要する
磁界が異なることを見出した。このような差は、転送路
端部切断にヘアピン状導体等、バイアス磁界パルスのみ
ならず、面内磁界パルス成分も生じるパルス電流によ
り、切断動作を行なうことによって実現する。その機構
は必ずしも明確ではないが、ジャイロ力による磁壁のた
わみ運動により磁壁の接合、切断のしやすさが変化する
ことに関係していると考えられる。面内磁界パルス成分
により水平ブロッホラインが発生する場所はブロッホ磁
壁の向きにより異なり図７のようになる。ブロッホ磁壁
の磁化の向きが反時計廻りの場合、図７ａのように磁壁
のたわみにも拘わらず、両側の磁壁間の距離は縮まら
ず、切断に要する磁界は大きいのに対し、図７ｂのよう
に磁化の向きが時計廻りの場合、両側からの磁壁のたわ
みにより磁壁間の距離が接近し、低い磁界でドメインの
接合、切断が生じやすくなる。

【００１６】したがって、磁化が時計廻りの場合に切断
に要する磁界値より大きく、かつ、磁化が反時計廻りの
場合に切断に要する磁界値より小さい磁界で切断動作を
を行なえば、前者の磁化が時計廻りの状態の転送路端部
は切断されず、かつ後者の磁化が反時計廻りの状態の転
送路端部は切断され、ブロッホライン対の有り無しがド
メインの分割の無し有り、すなわちバブルの無し有りに
変換され、読出し動作が行われることになる。

【００１７】

【実施例】以下では本発明を実施例により詳細に説明す
る。実施例では、組成（ＹＳｍＬｕＣａ）₃ （ＦｅＧ
ｅ）₅ Ｏ_{1 2} 、膜厚：４．４μｍ、特性長：０．６１μ
ｍ、４πＭｓ：１８３Ｇの磁性ガーネット膜４を用い
た。該磁性ガーネット膜の一部を溝掘りし、転送路とな
るストライプドメインを安定化した。該磁性ガーネット
膜上に絶縁層としてＳｉＯ₂ 膜を５０００Ａの厚さで形
成した上に厚さ２層の金パタン層を間にＳｉＯ₂ 絶縁層
を介して形成し、変換ゲート、さらにはメジャーライン
のバブル転送用導体パタン、バブル発生器パタンおよび
検出器パタンを形成した。さらにその上にＳｉＯ₂ 層を
介してＣｏＰｔ薄層によるマイナーループビット位置固
定パタンを形成した。

【００１８】以上の工程で製造した本発明の実施例によ
る磁気記憶素子の変換ゲートの読出し特性を評価したと
ころ、図４の読出しマージンの切断パルス振幅依存性の
図のように、読み出し可能領域（図の斜線領域）は従来
法に比較して大幅に良好な読み出し特性が得られた。図
５の従来例と比較して明らかなように本発明により読出
し特性は飛躍的に改善された。

【００１９】また、読み出し後の情報担体である、ブロ
ッホラインの余分な生成、消滅の有無を調査したが、図
（ａ）、（ｂ）のように、切断後の転送路端部の磁壁の
状態は保存され、かつ切断されたバブルドメインはＳ＝
１バブルに再現性良く切断され、非破壊読出しが充分行
なわれていることも明らかになった。

【００２０】以上実施例により詳細に説明したように、
本発明により、従来の磁気記憶素子と比較して読出し特
性を大幅に改善することが出来、大容量磁気記憶素子の
実用化に資すること大である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の素子の構造例を示す図である。

【図２】本発明の読み出し機構を説明する図である。

【図３】従来の読み出し機構を説明する図である。

【図４】本発明による読み出し特性を示す図である。

【図５】従来法による読み出し特性を示す図である。

【図６】磁気記憶素子の基本構成を示す図である。

【図７】切断動作時の転送路端部の磁壁状態を示す図で
ある。

【図８】非破壊読み出しの説明図である。

【符号の説明】

１ 変換ゲート ２ バブル発生器 ３ バブル検出器 ４ ブロッホライン対 ５ メジャーライン ６ マイナーループ ７ 均一面内磁界 ８ 転送路安定化用ブロッホライン ９ 面内磁界印加用電流 １０ 局所面内磁界 １１ ドメイン切断用ヘアピン導体 １２ バブルドメイン １３ ブロッホライン移動用導体 １４ バイアス磁界

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 情報読み出し手段、情報書込み手段及び
   情報蓄積手段を有し、かつ、膜面に垂直な方向を磁化容
   易方向とする軟磁性の強磁性体（フェリ磁性体を含む）
   膜に、情報担体として相隣る２つの垂直ブロッホライン
   からなる垂直ブロッホライン対を駆動する転送路と、情
   報担体として相隣る２つの垂直ブロッホラインからなる
   垂直ブロッホライン対を書込かつ読出す機能を有する変
   換ゲートとを有し、転送路両端に転送安定化のための垂
   直ブロッホラインを各々１本配置した磁気記憶素子に関
   して、該読出し機能として情報担体である該垂直ブロッ
   ホライン対の有無を転送路端部のブロッホ磁壁内の磁化
   の向きに変換するための機構、および転送路端部のブロ
   ッホ磁壁内の磁化の向きをバブルドメインの有無に変換
   するための機構を備えたことを特徴とする磁気記憶素
   子。
2. 【請求項２】 特許請求の範囲第１項記載の垂直ブロッ
   ホライン対の有無を転送路端部のブロッホ磁壁内の磁化
   の方向に変換する機構として、転送路端部を伸張させる
   機構および伸張した転送路端部において、端部に存在す
   る垂直ブロッホラインを移動させるための面内磁界を発
   生させる導体を配置したことを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の磁気記憶素子。
3. 【請求項３】 特許請求の範囲第１項記載のブロッホ磁
   壁内の磁化の方向をバブルドメインの有無に変換する機
   構として、伸張した転送路端部を切断するための電流導
   体を配置したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載の磁気記憶素子。
4. 【請求項４】 情報読み出し手段、情報書込み手段及び
   情報蓄積手段を有し、かつ、膜面に垂直な方向を磁化容
   易方向とする軟磁性の強磁性体（フェリ磁性体を含む）
   膜に、情報担体として相隣る２つの垂直ブロッホライン
   からなる垂直ブロッホライン対を駆動する転送路と、情
   報担体として相隣る２つの垂直ブロッホラインからなる
   垂直ブロッホライン対を書込かつ読出す機能を有する変
   換ゲートとを有し、転送路両端に転送安定化のための垂
   直ブロッホラインを各々１本配置した磁気記憶素子の読
   出し方法に関して、転送路端部のバイアス磁界を局所的
   に低下させ転送路端部を伸張させた後、伸張した転送路
   端部において、転送路に対して横切るように配置された
   導体に直流電流を印加することにより、垂直ブロッホラ
   イン対が存在しない時は、導体への電流の印加にもかか
   わらずもとから存在したブロッホ磁壁領域がそのまま存
   在するのに対し、垂直ブロッホライン対が存在する時
   は、導体電流による該垂直ブロッホライン対間のブロッ
   ホ磁壁領域の磁化の向きと同一方向の磁界発生により該
   垂直ブロッホラインを転送路端部から移動させ、ブロッ
   ホ磁壁の磁化と逆向きのブロッホ磁壁領域を拡大させる
   ことにより、垂直ブロッホライン対の有無をブロッホ磁
   壁領域の磁化の向きの差に変換する動作、及び、その
   後、前記ブロッホ磁壁領域の磁化の向きにより、伸張し
   た転送路端部を構成するバブルドメインを切断するに要
   する導体電流が異なることを利用し、前記ブロッホ磁壁
   領域の磁化の向きの差を切断されたバブルドメインの有
   無に変換することを特徴とする磁気記憶素子の読出し方
   法。