JPS6260756B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、バブル磁区素子に関する。

従来、バブル磁区（以下バブルと称す）素子に
おいては、バブル保持層上に軟磁性体よりなる転
送パターンを設け面内回転磁場によつてバブルを
転送する方式が周知である。ここで従来の転送パ
ターンは互いに間隙（ギヤツプ）を持つ周期的要
素からなつており、このギヤツプの加工限界が従
来のバブル素子の高密度化において、主要な一限
界となつていた。また、従来の方式でギヤツプの
ないパターンをつくつても正常な転送が得られな
いことはよく知られていた。

しかし、最近転送パターンにギヤツプのない素
子、いわゆるコンテイギユアス・デイスク（以下
CDと称す）素子が米国特許第3828329号公報に示
されるイオン注入方式で可能になり、その開発が
進められている。

このイオン注入方式では、パターン部にマスク
を設けて、膜表面のパターン下の磁化を膜面と垂
直に残したまま、パターン外の膜表面に面内磁化
層を形成する様にイオン注入を行なう。その面内
磁化層は面内磁場印加により磁荷壁（Charged
Well）を生じ、それにバブルを引き寄せて駆動
する。

イオン注入方式においては、アイ・イ−・イ
−・イー・トランザクシヨンズ・オン・マグネテ
イクス（IEEE Trans.Magn.）第MAG−15巻第
1657ページ（1979年）に記載されているように、
バブル転送マージンが350℃から400℃の熱処理
（アニール）により急速に減少する場合がある。
また、300℃のアニールによつてもマージンが変
わり注入エネルギーを変え２重に打ち込んだ結果
と同等になると報告されている。こうしたイオン
注入による面内磁化層の不均一性やアニールによ
る特性劣化の改善は現在イオン注入CD素子の重
要な課題となつている。

本発明の目的はCDパターンを用いてバブル素
子の高密度化を図り、しかも、熱処理等による特
性劣化の少ない均一な面内磁化層を用いたCD転
送バブル素子を提供することにある。

本発明によれば、基板単結晶面上に飽和磁化
Msのバブル保持層を持ち、その上に形成された
CDパターンを介して面内磁場回転によりバブル
の転送がなされるバブル素子において、前記CD
パターンは前記バブル保持層のエツチングにより
そのパターン形状がバブル保持層に残り、そのエ
ツチング深さがバブル保持層の残りの膜厚ｈの約
0.1倍以上約0.5倍以下になるように形成され、か
つバブル保持層の上には厚さｔ、飽和磁化Ｍの面
内磁化層がtM／hMsで表わすと約0.1以上約0.5未
満を満たす様に形成されていることにより、バブ
ル高密度化が図れかつ面内磁化層が均一で熱処理
等による劣化の少ないバブル素子が得られる。

面内磁化層としては、イツトリウム鉄ガーネツ
ト単結晶膜、またはそのイツトリウムイオンの一
部をカルシウムイオンで置換し、もしくはイツト
リウムイオンの一部もしくは全部を希土類イオン
で置換し、また鉄イオンの一部をガリウムイオ
ン、アルミニウムイオン、ゲルマニウムイオンも
しくはシリコンイオンなどの非磁性イオンで置換
したものを用いるのが適当である。

本発明のバブル素子は、イオン注入CDとは別
にガーギスとリーにより提案された「電子材料」
1979年８月号96頁に記載のCD素子、また、ア
イ・イー・イー・イー・トランザクシヨンズ・オ
ン・マグネテイクス（IEEE Trans.Magn.）誌
MAG−15巻第1654ページ（1979年）に記載のコ
ーエンらによるCD素子（いずれもパーマロイを
用いているので以後パーマロイCD素子と称す）
とは構造的に異なる。即ち、パーマロイCDは、
パーマロイ膜がCDパターン上でより小さいスペ
ーシングを介してバブル保持層の全面に形成され
ている。バブルの駆動には、スペーシング断差に
より途切れたパーマロイ断面に面内回転磁場Hr
で誘起される磁極が使われる。

本発明のバブル素子は、段差をもつ面内磁化層
がバブル保持層の全面に形成される点はパーマロ
イCDと同じであるが、第１図に示すようにCDパ
ターン部のバブル保持層膜厚が他の部分より大き
い点がパーマロイCDと異なる。

また、バブル保持層上にスペーシングを介さず
に面内磁化層を形成し、その際面内磁化層として
単結晶膜を用いるため、面内磁化層は、段差部で
第１図の様に連続して形成される点もパーマロイ
CDと異なる。

以下、本発明について図面を参照して詳細に説
明する。第１図は本発明のバブル素子のパターン
部を通る膜断面の概略図である。ここで１１は単
結晶基板、１２は飽和磁化Ms厚さｈのバブル保
持層、１３は飽和磁化Ｍ、膜厚ｔの面内磁化層、
１４はバブルを表わす。

第１図の膜を本発明の如く形成することによ
り、第２図に示す様な転送が得られる。２１は
CDパターン、２２はパターン境界における面内
磁化層の傾斜部を表わす。１〜６は面内回転磁場
Hrの方向を示す。黒丸印は、各Hr方向でのバブ
ルを示す。第２図の様にHr1回転あたり１ビツト
の転送が得られる。

本発明のバブル素子において、CDパターン部
のバブル保持層の厚さが大きいことは、単にバブ
ルのパターン端への付着性（edge affinity）を与
えるばかりではなく、バブルが転送時にパターン
を横切つて反対側トラツクへエラーしないために
も必須である。

また面内磁化層が段差部で連続していること
は、Hrによる急峻な磁極発生を防ぎ、バブルが
安定に転送するために必要である。

なお、本発明において、tM／hMsを約0.1以上
約0.5未満ではなく、約0.5以上約1.2以下に選ぶと
後でも例を示す様にHr1回転あたり２ビツトのバ
ブル転送がなされるバブル素子が得られる。

以下、本発明について実施例をもつて更に詳し
く説明する。

実施例 １ 基板１１には通常のGd₃Ga₅O₁₂（111）単結晶
を用いた。バブル保持層１２として４πMsが398
ガウス、特性長ｌが0.20ミクロン、厚さ2.23ミク
ロンの（YSmLuCa）₃（FeGe）₅O₁₂ガーネツトを
液相エピタキシヤル成長した。この上にエツチン
グ制御層とレジスト層を形成し、イオンミリング
によつてパターン部以外のバブル保持層の膜厚ｈ
が1.74ミクロンになる様に、バブル保持層をΔ
h0.53ミクロンだけエツチングした。即ちΔｈ／
ｈ＝約0.30にとつた。なお、パターン境界は、幅
約0.5ミクロンの傾斜部を持つ様に斜め入射イオ
ンエツチングした。エツチング制御層、エツチン
グ深さ、傾斜部幅の関係と制御方法の詳細は特願
昭53−89558号の「テーパエツチング方法」に従
つた。

次いで面内磁化層として４πＭが1750ガウスで
結晶磁気異方性をもつイツトリウム鉄ガーネツト
（YIG）単結晶を厚さｔ＝約0.07ミクロンに気相
エピタキシヤル成長した。即ち、tM／hMsは約
0.17であつた。YIG膜は４πＭがバイアス磁場に
比べて大きく、かつ膜に垂直な磁気異方性が小さ
く十分な面内磁化層が実現される。バブル消滅磁
界の温度特性も良好で、約−0.21％／℃であつ
た。また〔YIG層は、バブル層の段差部分にもそ
の結晶性によりほぼ一定角の傾斜状に形成され、
傾斜部の膜面となす角は約20〜40℃で再現性のよ
いことが、走査型電子顕微鏡（SEM）観察で確
かめられた。

次に本実施例においてCDパターンループでバ
ブルを準静的に転送したときのマージンを第３図
に示す。パターンは、第２図に示した様な形状
で、8.5ミクロン周期で21ビツトのループが３本
づつ縦横に並んだものである。第３図の実線３１
は磁化容易軸と平行なループ（イオン注入CDの
いわゆるgood loop）、破線３２は磁化容易軸と
垂直なループ（イオン注入CDのsuper−bad
loop）でのバブル転送マージンを示す。

第３図の様に、Hr＝20〜80エールステツド
（Oe）で約10％以上のマージン率が得られてい
る。

また第２図のCDパターンでは第３図の３１と
３２に示される様に転送マージンが転送結晶方位
に大きく依存しない。しかし、正方形を連らねた
様な角形パターンでは、転送マージンの結晶方位
依存性が見られ、イオン注入CDの場合と同じく
磁化容易軸と垂直ループではマージンが磁化困難
軸と平行ループ（good loop）に比べ悪かつた。

エラーのおきやすいトラツクは、イオン注入
CD素子では磁化困難軸側であるのに対し、本発
明のバブル素子では逆に磁化容易軸側トラツクで
あつた。これは、イオン注入CDの場合Hrが磁化
容易方向で磁荷壁が形成されにくくなるのに対
し、本発明のバブル素子ではHrが磁化困難方向
のときYIGの結晶３回対称性のためYIG段差部に
バブルを引きつける磁極発生が弱くなるためバブ
ル駆動においてエラーを生じやすいと考えられ
る。YIGの３回対称性によるエラーの発生は、イ
オン注入CDでの３回対称的エラーの対処法と同
様、パターン設計の工夫によつて部分的にさける
ことが出来る。

なおYIG層は均一な単結晶層でありイオン注入
層等と違いアニール等により特性変化は殆んど無
い。

実施例 ２ 実施例１と同じ膜構成でYIGの厚さｔが約0.05
ミクロンの試料においては、実施例１に比べマー
ジンは狭いながら、同様な１ビツト転送が得られ
た。しかし、実施例１と同じ膜構成でｔが約0.03
ミクロン、即ちtM／hMsが約0.08の試料では、
Hrを約80エールステツドまで大きくしてもバブ
ル駆動力が弱く、転送マージンが殆んどない結果
が得られた。

この結果から、転送が得られる膜のパラメータ
tM／hMsは約0.1以上である。

実施例 ３ 実施例１と同じ膜構成でYIGの厚さｔが約0.20
ミクロン、即ちtM／hMsが約0.50の試料では、実
施例１と同様に面内磁場１回転あたり１ビツトの
バブル転送が得られた。しかし、Hr＝40〜60エ
ーテルステツドの高バイアス磁場側では面内磁場
１回転あたり２ビツトのバブル転送フエーズが生
じるためマージンが削られる現象が見られた。

なお、実施例１と同じ膜構成でYIGの膜厚が約
0.25ミクロンから約0.8ミクロンの範囲内の試料
では面内磁場１回転あたり２ビツトのバブル転送
が生じ、アクセス時間の半減等の目的に合致した
膜が得られる。

実施例 ４ 実施例１と同じ膜構成で、４πMs＝510ガウ
ス、ｈ＝2.0ミクロン、エツチング深さΔｈ＝
0.48ミクロン即ちΔｈ／ｈ＝0.24の膜を形成し
た。この場合、実施例１のテーパエツチングのか
わりに、垂直エツチングを用いた。この膜の上に
YIG単結晶を厚さｔ＝0.10ミクロン即ちtM／hMs
＝約0.17となる様、気相エピタキシヤル法により
成長した。この場合も、YIG膜はパターン境界で
実施例１と同様な傾斜状成長が見られた。

この膜における。実施例１と同じCDパターン
のバブル転送マージンを第４図に示す。実線３１
は磁化容易軸と平行なループ、破線は垂直なルー
プでのマージンをそれぞれ示す。第４図は第３図
に比べマージン率が悪いが、本実施例の膜におい
て、垂直イオンエツチング工程によるエツチング
溝がバブル層のパターン境界に観察され、バブル
転送マージンが若干悪化していると考えられる。

なお、実施例１と同じ膜構成で、４πMs＝530
ガウス、ｈ＝1.99ミクロンエツチング深さΔｈ＝
0.20ミクロン即ち、Δｈ／ｈ＝0.10の膜に、YIG
単結晶を厚さｔ＝0.10ミクロン即ちtM／hMs＝約
0.17となる様気相エピタキシヤル成長した膜で
は、バブル転送が得られたが、そのマージンは第
４図に比べ小さかつた。

また、実施例１と同じ膜構成で、４πMs＝514
ガウス、ｈ＝2.00ミクロンエツチング深さΔｈ＝
0.93ミクロン即ちΔｈ／ｈ＝0.46の膜にYIG単結
晶を厚さｔ＝0.10ミクロン即ちtM／hMs＝約0.17
となる様気相エピタキシヤル成長した膜でも、バ
ブル転送が得られた。この場合も垂直イオンエツ
チング工程によるエツチング溝がバブル層パター
ン境界に見られ、マージンは大きくなかつた。即
ち、Δｈ／ｈを更に大きくするとエツチング工程
の問題で、マージンが減少すると考えられる。

これらの結果より膜パラメーターΔｈ／ｈの適
当な値は約0.1以上約0.5以下である。

以上説明した様に、本発明によればギヤツプの
ないCDパターンでのバブル転送により、バブル
素子の高密度化を図り、しかも熱処理等による特
性劣化の少ない均一な面内磁化層を用いたCD転
送バブル素子を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のバブル磁区素子の膜断面概略
図、第２図は本発明のCDパターンの一例の一部
の平面図と、各面内磁場方向におけるバブル転送
位置の概略図、第３図は本発明の実施例１におけ
るバブルのCD転送マージンを示す図、第４図は
同じく実施例４におけるバブルのCD転送マージ
ンを示す図である。ここで、１１は単結晶基板、
１２はバブル保持層、１３は面内磁化層、１４は
バブル、２１はCDパターン、２２は面内磁化層
の傾斜状パターン境界、第２図の斜線円は面内磁
場方向１，２，３，４，５，６でのバブル位置を
それぞれ表わす。３１は磁化容易軸と平行なCD
ループでのまた３２は磁化容易軸と垂直なCDル
ープでの実施例１のバブル転送マージン、４１は
磁化容易軸と平行なCDループでの、また４２は
磁化容易軸と垂直なCDループでの実施例４のバ
ブル転送マージンを表わす。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 基板単結晶面上に飽和磁化Msのバブル保持
   層を持ち、その上に形成された無間隙の周期的転
   送パターンを介して面内磁場回転によりバブルの
   転送がなされるコンテイギユアス・デイスク・バ
   ブル磁区素子において、前記周期的転送パターン
   は前記バブル保持層のエツチングによりそのパタ
   ーン形状がバブル保持層に残り、そのエツチング
   深さがバブル保持層の残りの膜厚ｈの約0.1倍以
   上約0.5倍以下になるように形成され、かつバブ
   ル保持層上には厚さｔ、飽和磁化Ｍの面内磁化層
   がtM／hMsで表わすと約0.1以上約0.5未満を満た
   す様に形成されていることを特徴とするバブル磁
   区素子。