JPH0738271B2

JPH0738271B2 - 磁気記憶素子

Info

Publication number: JPH0738271B2
Application number: JP62208712A
Authority: JP
Inventors: 浩川原
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1987-08-21
Filing date: 1987-08-21
Publication date: 1995-04-26
Anticipated expiration: 2010-04-26
Also published as: JPS6452281A

Description

【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に関す
る。

（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わり
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。

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。

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。

第７図（ａ）、（ｂ）にその構造の主要部を示してい
る。基板２上のドメイン保持層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
じたドメイン磁壁を配置するための形成技術の例は、IE
EE Tran.Magn.,MAG−22,784（1986）において報告され
ている。しかし、実験してみると、この方法では溝掘り
部が平行に並んでいる領域と溝掘り部がない領域とでバ
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、溝掘り部領域では
他の領域に比べて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分かった。溝掘
り部を含む領域でドメインが溝と溝との間の領域を伸長
するまでバイアス磁界を下げると、溝掘り部領域の内の
どれか一箇所を伸びてバブル発生器19がある側と反対
側、つまりドメイン結合用の導体パターン20がある領域
に出た途端にそのドメインが広がって20がある領域前面
に迷図状ドメインができてしまう。このため、いま伸び
たドメインに遅れて溝掘り領域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
ーン20の下を横切るところまで伸び出せない。そこで、
第８図（ａ）、（ｂ）に示すように、溝掘り部４の先端
部に溝４の長手方向に沿って溝４とは対向する位置に補
助用の溝７を設けた。（特願61−290887）。しかし、こ
の方法では溝４を囲むドメインを一旦安定化すると、補
助用の溝７の方向にドメイン引出しができない。従っ
て、補助用の溝７がある領域では、VBL対の読みだし書
き込み動作ができず、前記トランスファゲートを設置で
きない欠点があった。なお、第７、８図で３はスペー
サ、５はくりぬき部エッジ、10はバイアス磁界を示す。

（発明が解決しようとする問題点）上述の方法は多数本の磁気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、ストライプドメインを安定性よく配列するための
外部磁界の印加条件を単純化できるようにした超高密度
固定磁気記憶素子を提供することにある。

（問題点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する磁気記憶素子において、
ストライプドメインを配置すべき領域にストライプドメ
イン保持層に第１の溝が設けられ、かつ該第１の溝の一
方の先端部領域と対向する領域に該第１の溝の長手方向
に沿って相隣る該第１の溝の中間に相当する位置に補助
用の第２の溝を配置し、第１の溝の他方の先端部領域と
対向する領域に該第１の溝の長年方向に沿って相隣る該
第１の溝の中間に相当する位置に新たに第３の溝を配置
していることを特徴とする磁気記憶素子である。

以下、構成の詳細な説明をする。

第１図は本発明におけるストライプドメイン保持層のマ
イナループ部の主要部の構成である。第１図（ａ）は本
発明の方法を用いた時のストライプドメイン保持層の主
要部である。ここでは基板、３はスペーサ、４、６、７
はドメイン保持層くりぬき部、５はくりぬき部エッジ、
10はバイアス磁界、16はガイド用溝、17は変換ゲート、
18はメイジャラインである。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４を、またこの溝
に沿って分離した領域を挟んで補助用の溝７を形成す
る。これは例えば、ストライプドメイン保持層の溝掘り
部に相当する領域に選択的にH₂ ⁺などのイオンを注入し
た後、ホットリン酸でエッチングすることによって得ら
れる。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、９を配置している。なお、８、９
には第２図の11で示す櫛形状の櫛の目が溝部４の各溝の
間の領域の入り口に来るように、ドメインを制御性よく
発生でき、また、溝部４から伸び出した互いに隣り合う
ドメインを縫い合わせることができるように、第６図に
示す形状のドメイン発生器を用いた。第６図において、
12はパターンのエッジ、13はパターンのノッチである。
９に示す縫い合わせ用導体パターンの配置の特徴は補助
溝が導体パターン９のノッチ部にあり、かつ補助溝の先
端がノッチの出口に比べてノツチ内に引っ込んでいるこ
とである。この構造にすることで、ドメインを縫い合わ
せた時、縫い合わされてできたドメインの一部が補助溝
にひっかかってしまうという欠点を取り除くことができ
た。

（作用）第２図から第５図まで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を加えることによって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、ドメイン発生部８に矢印の向きの電流を与
えてその磁界によって第２図に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の形状を設計する必要がある。その具体的形状の
一例が第６図である。13はパターンのノッチである。そ
の後、バイアス磁界の絶対値を小さくしていき、ドメイ
ンが第３図に示すように溝掘り部を通り越して補助溝７
がある領域まで伸張する。その後、ドメイン発生器９に
第４図に示す矢印の向きの電流を与え、第４図（ａ）に
示すようなドメインを形成する。これらの磁界によっ
て、ドメイン11は溝掘り部の両方の端部で互いに接合
し、逆に溝掘り部を取り囲む閉磁壁に囲まれたドメイン
12が形成される。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
いくと、第５図に示すように溝を取り囲む磁壁をもつド
メインが形成される。14は中抜きドメイン、15はドメイ
ン外周磁壁である。このドメインがVBL対保持用に使わ
れる。他方、補助溝にくっついていたドメインはこのバ
イアス磁界変化によって完全に消去される。このように
して、４の周囲を取り囲む磁壁によって囲まれたドメイ
ンを安定化できたが、８の側のポテンシャルウエルは依
然として深いまま残されており、導体電流による局所バ
イアス磁界をドメイン先端部に付加できるようにしてお
かないと、チップの温度変化などによってドメイン先端
部が伸び出してしまう危険性が取り除かれていない。そ
こで、本発明では第１図に16で示す溝を新たに設け、そ
の周辺のポテンシャルウエルを浅くし、ドメイン先端部
の任意の伸び出しを防止するようにした。この溝はブロ
ッホラインメモリに必要なVBL対−バブル変換ゲート部1
7の動作時に、ドメインが４の長手方向に一致した向き
で、ゲート17の中で伸び出していくことも助ける。メイ
ジャライン18のポテンシャルウエルは導体電流磁界によ
って動作時のみ、かさ上げすることで十分である。

（実施例） Gd₃Ga₅O₁₂（111）基板上に４μｍバブル材料(YSmLuCa)₃
(FeGe)₅O₁₂ガーネット膜を２μｍの厚さLPE成長した。
第１図の構造に溝（幅３μｍ、配置周期12μｍ）は溝を
掘りたい部分に選択的にイオン注入をした後、リン酸を
使い、エッチングして形成した。出来た溝の深さ2.1μ
ｍであった。その上に、SiO₂スペーサー0.5μｍを介し
て、第６図に示す形状のドメイン発生器を配置して上述
のドメイン発生から始まる一連の動作により、第５図に
示す溝掘り部４を取り囲む閉磁壁を持つドメイン14を形
成できた。

（発明の効果）補助用の溝掘り部を作ることにより、ストライプドメイ
ン安定化用溝掘り領域を伸び出したドメインに対するポ
テンシャルウエルが急激に深くなることを防ぎ、目的と
する溝掘り部長手方向に沿って所定の位置までストライ
プドメインを安定性よく伸ばすことができるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明におけるドメイン保持するための主要構
造の例を示す図、第２−５図は本発明のドメイン形成過
程を示す図、第６図は本発明に用いたドメイン発生器の
例を示す図、第７図は溝掘り部を取り囲む閉磁壁をもつ
ドメイン安定化法の従来法の１例を示す図、第８図は補
助用溝を設けた従来例を示す図。図において、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、７……補助用のドメイン保持層くりぬき部、
８、９……ドメイン発生用導体パターンン、10……バイ
アス磁界、11……ドメイン発生器８により発生した磁気
ドメイン、12……ドメイン発生器用導体パターンのエッ
ジ、13……ドメイン発生用導体パターンのノッチ、14…
…中抜きドメイン、15……ドメイン外周磁壁、16……ド
メイン14の伸び出し防止およびドメインのゲート部への
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、19……バブル発生
器用導体パターン、20……ドメイン結合用導体パター
ン。

Claims

【特許請求の範囲】

【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する磁気記憶素子におい
て、ストライプドメインを配置すべき領域にストライプ
ドメイン保持層に第１の溝が設けられ、かつ該第１の溝
の一方の先端部領域と対向する領域に該第１の溝の長手
方向に沿って相隣る該第１の溝の中間に相当する位置に
補助用の第２の溝を配置し、第１の溝の他方の先端部領
域と対向する領域に第１の溝の長手方向に沿って相隣る
該第１の溝の中間に相当する位置に第３の溝を配置して
いることを特徴とする磁気記憶素子。
【請求項２】前記第１の溝の先端部領域にドメイン発生
および局所磁界発生の手段を備えていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項記載の磁気記憶素子。
【請求項３】前記第１の溝、第２の溝、第３の溝の各内
部は、前記強磁性体層を完全に除去した領域であること
を特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項記載の
磁気記憶素子。