︒ 工

patte r n wi dth =.75 μm  4

3  

( ︒

O )

強 い 減 磁 界 が 生 じ る こ と に な る 。 ま た 、 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 表 面 近 傍 で は 、 ガ ー ネ ッ ト 膜 表 面 の 磁 極 か ら 強 い 浮 遊 磁 界 が 生 じ て い る 。 これらの減 磁 界 や 浮 遊 磁 界 に よ り 面 内 磁 化 膜 の 磁 化 状 態 が 彫 響 を 受 け る と ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル が 一様 で な く な る 。 ま た 、 部 分 的 に 逆 磁 区 が 生 じ た 場 合 は

VBL

や 磁 墜 の ピ ニン グ の 原因となり、

安 定 な 転 送 が で き な い 。 し た が っ て 面 内 磁 化 膜 は一様 に 磁 化 す る の に 十 分 に 高 い 保 磁 力 を 持 ち 、 畏 期 間 に わ た っ て 駿 化 な ど に 対 し て そ の 磁 気 特 性 が 安 定 で な け れ ばならない。

( b )  垂 直 磁 化 膜

図 3‑ 7に 示 す よ う に 高 保 磁 力 を 有 す る 垂 直 磁 化 膜 に よ っ て も 面 内 磁 化 膜 同 様 に ビ ッ ト 位 置 規 定 用 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル を 発 生 す る こ と が で き る 。 こ の 場 合 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル は パ タ ー ン の 上 下 聞 に 生 じ る 表 而 磁 荷 (M r)か ら 発 生 す る 磁 界 と し て 計 算 さ れ 、 面 内 磁 化 膜 の 場 合 と 同 様 な 波 形 と な る 。

( c )  イ オ ン 注 入

孤 立

VBL

が 持 つ 単 位 長 き あ た り の エ ネ ル ギ ー は 次 式 で 表 き れ る37)。

σbl=8AQ‑l/2  ( 3 ‑ 1 ) 

上 式 でA は交換ステフィネス定数、 Qは Ku/2πM2で 表 き れ る 特 性 因 子 で あ る 。 このとき

VBL

に 働 く 等 価 面 内 磁 界Haは 磁 墜 按 線 方 向 を x軸 方 向 と す る と 次 式 と なる。

2π~0MhHa=-d (σblh) / d x   ( 3 ‑2 ) 

上式で~ ⁰ ~ま磁墜幅パラメー夕、 M は飽和磁化、 h は膜!撃である。特性因子 Q はガ ー ネ ッ ト 膜 に イ オ ン 注 入 を 行 い 、 そ れ に よ っ て 歪 を 入 れ る こ と に よ り 変 化 さ せ る こ と が で き る 。 し た が っ て 、 図3‑8に 示 す よ う に 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 に 軽 い イ オ ン 注 入 を 行 う こ と で ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル を 発 生 す る こ と が で き る 16)。 イ オ ン が ガ ー ネ ッ ト 膜 の 膜 厚 方 向 に 一 様 に 注 入 き れ 、 こ れ に よ り Qが d Qだ け 変 調 し て い る と す る と 、 イ オ ン 注 入 に よ る 等 価 面 内 磁 界 の 振 幅Haは 次 式 の よ う に 導 く こ と が で

‑5 1 ‑

L .  P .  E.  garnet 

図

3 ‑ 7 

垂 直 磁 荷 膜 に よ る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生

(  _~ i  ^{i (   I} 

' ‑ ‑L .  P .  E .   garnet 

図 3‑8  イ オ ン 注 入 に よ る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生

F s   rCr  film 

し . P .   E .   garnet 

図 3 ‑ 9 

C 

r膜 に よ る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生

‑58‑

きる。

Ha= 2 .f2青瓦 P‑I(dQ/Q)  ( 3 ‑ 3 ) 

上 式 でPは ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 周 期 で あ る 。 上 式 よ り 周 期 1. 5μmの場合、

ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 幅 1 O e 当り Qを 6 %変 調 き せ れ ば よ い こ と が わ か る 。 しかしながら、 5μmバ ブ ル 材 料 の よ う に 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 膜 厚 が 厚 い と き は 膜 厚 方 向 に 一 様 に イ オ ン 注 入 を 行 う の は 困 難 で あ る 。 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 表 面 付 近に局所的に強くイオン注入をし過ぎた場合、 V B L対 に ブ ロ ッ ホ ポ イ ン ト 38)が 入 り や す く な り 情 報 の 担 体 で あ る V B L対 の 安 定 性 ( 消 滅 ) が 問 題 と な る 。 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 膜 厚 が イ オ ン 注 入 を 膜 厚 方 向 に 均一に 行 え る ほ ど 薄 い 、 例 え ば

O. 5 

μ mバ ブ ル 材 料 の 場 合 に は ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生 方 法 と し て 有 効 で あ る 。

( d )  C r膜

イ オ ン 注 入 と 同 様 に 、 図3‑9に 示 す よ う な 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 上 に ス ペ ー サ を 介 し て 配 さ れ た 短 冊 状 金 属 膜 エ ッ ヂ 部 か ら の 応 力 Fsに よ り 磁 気 異 方 性 を 変 調 す る

ごとができる 16)。特に C r膜 は 他 の 金 属 膜 と 比 べ 内 部 応 力 が 大 き い た め 、 薄 い 膜 で 大 き な 磁 歪 磁 気 異 方 性 の 変 調 を 得 る こ と が で き る 。 ご の 方 法 は イ オ ン 注 入 を 用 い る 方 法 に 比 べ 素 子 の 作 製 が 非 常 に 簡 便 で あ る 。 短 冊 状 C r膜 よ り 生 じ る ピ ッ ト 位 置 規 定 用 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 計 算 方 法 等 に つ い て は 第4章で述べる。

( e )  磁 性 膜 段 差 ( グ ル ー ピ ン グ )

式 (3 ‑ 1 ) で 表 さ れ る ブ ロ ッ ホ ラ イ ン の 持 つ エ ネ ル ギ ー は 膜 厚 に 比 例 し て い る 。 こ の た め 、 図 3‑ 1 0に 示 す よ う に 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 膜 厚 に 変 調 が あ る 場 合 、 膜 厚 の 薄 い (A)の位置にあるV B L対 は (B ) の 位 置 に あ るV B L対より エ ネ ル ギ ー が 小 き く な る 。 し た が っ て 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 に 溝 状 の 段 差 を 形 成 し 膜 厚 変 調 を 行 う こ と に よ っ て ビ ッ ト 位 置 規 定 が で き る 。 深 さ d hの 滑 ら か な グ ル ー ビ ン グ を 形 成 し た と き の ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 幅Haは

Ha= 4 J玄育A p‑I (dh/h)  ( 3 ‑ 4 ) 

‑ 5  9  ‑

B 

L .  P .  E .   9  a  r  n  e  t 

~

" "   ¥ / 0 1

V 口 L D  …  a  I  r 

h 

図 3 ‑ 1 0  磁 性 膜 段 差 に よ る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生

L . P . E .  9αrnet 

図 3 ‑ 1 1  導 体 電 流 に よ る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 発 生

‑f)  U ‑

と 導 か れ る 。 上 式 よ り 周 期 が 1. 5 μ mの 場 合 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 幅 1 O e当 り 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 膜 厚 の 3 %の グ ル ー ピ ン グ を 形 成 す れ ば よ い こ と が わかる。

( f )  導 体 電 流

図3‑ 1 1に 示 す よ う に ス ト ラ イ ブ 磁 区 に 直 交 す る よ う に 配 さ れ た 直 線 状 導 体 に 交 互 に 逆 方 向 の 直 流 電 流 を 印 加 す る と 、 電 流 磁 界 の 面 内 成 分 に よ り ビ ッ ト 位 置 を 規 定 す る こ と が で き る 。 こ の 場 合 、 図 に 示 き れ る よ う に ビ ッ ト 周 期 は 導 体 周 期 の2倍 と な る 。 ま た 、 こ の 方 法 で は 、 他 の 方 法 と 異 な り メ モ リ を 不 揮 発 性 と す る

こ と が で き ず 、 消 費 電 力 の う え か ち も 実 用 的 で は な い 。 し か し な が ら 、 電 流

f

直を 変 化 す る こ と で ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の 振 帽 を 容 易 に 制 御 で き る た め 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 振 幅 の 適 正 化 等 の 初 期 実 験 に は 極 め て 有 効 で あ り 、 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と の比較が容易である。

‑6 1 ‑

3 ‑ 4  フ ィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式 に よ る 垂 直 ブ ロ ッ ホ ラ イ ン の 転 送 特 性

3 ‑4 ‑ 1  5 μ mバ ブ ル 材 料 に お け る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン

本 節 で は フ ィ ー ル ド ア ク セ ス 方 式 に よ る

VB L

対 の 転 送 特 性 の う え か ら シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 膜 の 材 料 特 性 に つ い て 検 討 し た 結 果 に つ い て 述 べ る 。 こ の よ う な 検 討 を 行 う う え で は 容 易 に 材 料 定 数 を 変 え る こ と が で き る シミ ュ レ ー シ ョ ン は 特 に 有 効 で あ る 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン は3‑2節 で 述 べ た ス ト ラ イ プ 磁 区 側 壁 部 を 想 定 し た 直 線 状 磁 壁 に つ い て 行 っ た 。 種 々 の 条 件 が 転 送 特 性 に 与 え る 影 響 を 検 討 す る う え で は 、 磁 壁 の 動 き が 傾 雑 な ス ト ラ イ ブ 磁 区 端 部 よ り 、単 純 な 直 線 状 磁 壁 の ほ う が 適 し て い る 。

図3‑ 1 2に ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 振 幅HaをO. 5及 び 1. 0 Oeとしたとき の ダ ン ピ ン グ 定 数αの パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 振 幅 マ ー ジ ン に 対 す る 影 響 を 示 す 。 実 線 (H a 

= 

O.  5 Oe ) 及 び 破 線 (H a 

= 

1.  0 O e  ) は と も に そ れ ぞ れ の 振 幅 の ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 中 を 図 3‑13 (a)に 示 き れ る 情 報 列 の

VBL

対 が す べ て1ビ ッ ト 転 送 す る パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 振 幅 の 上 限 及 び 下 限 を 示 し て お り 、 こ の 間 の 領 域 が ピ ッ ト 転 送 が 行 え る パ ル ス 振 幅 範 囲 と な る 。 転 送 条 件 は3‑2節 で 述 べ た ピ ッ ト 周 期 1. 5 μ mの 時 の 転 送 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン と 問 機 で あ る 。 但 し 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 振 幅 がO. 5 Oeの 場 合 、 ウ ェ ル 振 帽 を 調 整 す る た め に 面 内 磁 化 膜 の 膜 厚 は 1 Oeの 場 合 の 半 分 の 1 2 0 Aとした。図より αが 増 加 す る に つ れ て す べ て の

VBL

対 が

1

ビ ッ ト 転 送 す る パ ル ス バ イ ア ス 磁 界 振 幅 マ ー ジ ン は 広 が っており、 α =O.  1のとき 2. 7 5 Oe士18%であったのが、 α =O.  2の ときは 4. 2 5 Oe士23 % (H 

a  = 

O.  5 Oe )に改善されているのがわかる。

し か し 、 マ ー ジ ン の 下 限 に つ い て は

α

が 大 き く な る に し た が っ て 上 昇 し て お り 、 よ り 大 き な 振 幅 の パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 が ピ ッ ト 転 送 に 必 要 と な っ て い る 。

ジ ャ イ ロ 磁 気 定 数γ に つ い て も 転 送 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 用 い て 検 討 を 加 え た が 、 こ の 場 合 に は γの 影 響 は 見 ら れ な か っ た 。 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 振 幅 が O. 5 O e   よ り 小 さ い と き は ピ ッ ト 安 定 性 が 劣 化 す る た め に

VBL

対がクラスタになり易く、

パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 振 幅 マ ー ジ ン は 著 し く 劣 化 し た 。

図 3‑ 1 3に 代 表 的 な エ ラ ー モ ー ド を 示 す 。 図 (a ) は 駆 動 磁 界 印 加 前 の 初 期

‑6 2 ‑

。 _Ha=0.5 Oe 

A  1 . 0  

/ ^，企

〆

メ 三

〆

， . . . . . 、

^~

ω  ^， 

^/ 

S4 

〆 ^ノぽ

^{/ σ     ， . . ム}

a .  

〆^〆

工 t

三

2 

。 ^{. 2}  

α 

幅振界磁

︐ ︑

e e

い れ

0 0 パ 響 5 0

の 影 送 の 0 1

転

α

L

数 線 線

B

定 実 破

Vク

る ン 幅 け ピ 振

お ン ル に ダ エ 料 る ウ 材 す ル ル 対 ヤ ブ に シ バ ン ン

mvVJ‑ア

μ

一 ポ

5

マ

円JU

唱I qu  

図

‑6 J ‑

wall  a  b 

;+I::41 

÷十二一 -ι-ιJJ-;-J主一 :-L-AL-; ー ι~ ‑ ^{T ' 一 、}

l  grooved 

‑ 一 一 ^{J reglon} 

: 1 令 ー瓦‑‑ . 白 =:'i で忌ーナマー瓦「??ーー‑‑‑‑ ‑ ‑ ‑ : + 1 :

訓:

: . 1 :  : + 1 :   : + 1 ::  : + 1 :  

h  g  f  e  d  c 

b i t   Pαt t  er  n  (α) i  n  i  t  i α l  

a  b 

:令 I ~令 1

:

ー ι;;;;jI+1+‑ι‑ι ;

1 . .

  _{: +  r  J}  ^{: 1 "}   _{，  :  +} 

^J 

^{+ :}  

^I 

^{+ :   Lt   ̲  ; ̲ : ̲ ̲ :}  

^1. 

1 :

  f  1 :  +  I  :  : 毒 1 :

(b)  above upper  thershold 

: + .  

~-"-;令a:

: J . ‑ ‑ :   :  : 1 母

寸志̲ : 1 τ j   .---L~寸五ー--:-ー三十日一ー .

: +  I  : t   I  J  E  +    : 1 . .     : 1 :  : :  :  . .   1 : 

h 9  f  e  d 

below lower thershold  ( c )  

限 限 上 下 態ンン ド 状 ジ ジ 一 期 一 一

モ 初 マ マ

ラ ) ) )

エ

abc

送 ( ( ( 転図 3‑ 1 3 

‑6 4 ‑

状 態 で あ り 、 図 (

b 

)、 ( c ) は と も に 駆 動 磁 界 印 加 後 の シ ミ ュ レ ー シ ョ ン 結 果 で あ る 。 図 (

b 

) は マ ー ジ ン 上 限 よ り 大 き な 振 幅 の パ ル ス バ イ ア ス 磁 界 を 印 加 し た場合であり、

VBL

対 "

b"

が 前 方 の

VBL

対 "a"に吸引きれ、

2

ピ ッ ト 転 送 し て い る 。 一 方 、 図 (c ) は マ ー ジ ン 下 限 よ り 小 き な 振 幅 の パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 を 印 加 し た 場 合 で あ り 、 "

d"

か ら "

h"

の一連 の ピ ッ ト の

VBL

対 が 転 送 せ ず 初 期 状 態 の ビ ッ ト 位 置 に 留 ま っ て い る 。

ま た 、 ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 周 期 を 変 え ず に ビ ッ ト 周 期 を 長 く す る 、 す な わ ち ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル の2周 期 毎 を ピ ッ ト 位 置 と す る と 駆 動 磁 界 振 幅 マ ー ジ ン の 下 限 が 改 善 さ れ る こ と が シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り わ か っ た 。 こ れ は デ ー タ パ タ ー ン の 差 に よ っ て 生 じ る 磁 壁 速 度 の 差 及 び

VBL

対 問 の 吸 引 力 に よ る 影 響 が 低 減 で き る た め で あ る 。 し か し 、 こ の 方 法 で は ピ ッ ト 密 度 が 半 減 す る う え に 、 ビ ッ ト 転 送 に 2個 の 駆 動 磁 界 が 必 要 と な る た め 駆 動 周 波 数 も 半 減 す る 。 駆 動 磁 界 の 波 形 に つ い て は パ ル ス バ イ ア ス 磁 界 の 立 ち 上 が り を 急 峻 に す る と 転 送 マ ー ジ ン が 改 善 さ れ る こ と が わ か っ た 。 し か し な が ら 、 立 ち 上 が り 時 間 を あ ま り 短 く す る と 駆 動 回 路 で より高い電圧が必要となるために実際、のデバイスには望ましくない。

3‑4‑2  0.5μmバ ブ ル 材 料 に お け る シ ミ ュ レ ー シ ョ ン

( 1 )  転 送 条 件 の 設 定

微小バブ'ル材料を用いたときのフィールドアクセス方式による

VBL

対 の 転 送

に つ い て は 、 具 体 的 な 転 送 路 の 情 成 や ビ ッ ト 転 送 に 必 要 な 駆 動 磁 界 の 振 幅 等 は 明 ら か に さ れ て い な い 。 そ こ で 、 高 密 度 化 を 進 め た 場 合 と し て O. 5 μ mバ ブ ル 材 料 に お け る

VBL

対 の 転 送 特 性 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り 検 討 し た 。 表

3‑1

に シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に 用 い た O. 5μmバ ブ ル 用 磁 性 ガ ー ネ ッ ト 臓 の 材 料 定 数 を 示 す。 5 μ mバ ブ ご ル 材 料 の 場 合 と 同 じ 理 由 か ら 膜 厚 は 通 常 の バ ブ ル 材 料 の 半 分 と し た 。 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン を 行 う 前 に O. 5μmバ ブ ル 材 料 に お け る ポ テ ン シ ャ ル ウ ェ ル 振 幅 及 び ピ ッ ト 転 送 に 要 す る パ ル ス パ イ ア ス 磁 界 振 幅 に つ い て 5 μ mバ ブ ル 材 料 の 場 合 を 基 に 以 下 に 示 す 関 係 よ り ス ケ ー リ ン グ を 行 っ た39)。

まず、

VBL

対 問 に 作 用 す る 静 磁 気 的 吸 引 力 に つ い て 考 え る 。 隣 接 ピ ッ ト 位 置 の

VBL

対 間 に お い て は 図

3‑2 (b)

に 示 き れ る よ う に 交 換 作 用 に よ る 反 発 力

‑65‑

表3‑1 0.5μmバブル用ガーネット膜の材料定数

名 称 記号 数 直( 単 位

飽 和 磁 束 密 度 4πM  1434  Gauss 

一軸磁気異方性定数 Ku  163840 

erg /cm

³ 

交換ステフィネス定数 A  4.0X10‑⁷ 

erg /cm 

膜 厚 h  O.  2 

μm 

特 性 長 1  0.0625 

μm 

特 性 因 子 Q  2.0 

磁壁幅パラメータ dB  O. 0 1 5 6 

μm 

ブロッホライン幅パラメータ A  O.  022 

μm 

」 ー

‑6 6 ‑

ドキュメント内 九州大学学術情報リポジトリ (ページ 61-94)