(57)【要約】【課題】磁壁移動を利用した情報記憶装置、その製造方法及びその動作方法を提供する。【解決手段】磁性物質で形成され、磁区を有する記憶トラック及び記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置において、書き込み手段が、第１磁性層と、第１磁性層の一部分を覆うように形成されたものであって、第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い第２磁性層と、を備える情報記憶装置を提供する。【選択図】図１
2008153653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置において、
前記書き込み手段は、
第１磁性層と、
前記第１磁性層の一部分を覆うように形成されたものであって、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い第２磁性層と、を備えることを特徴とする情報記憶装置。
【請求項２】
前記書き込み手段と前記記憶トラックとは積層されており、前記書き込み手段と前記記憶トラックとの間に中間層がさらに備えられるが、前記中間層は、前記記憶トラックの一部及び前記第１磁性層の一部に接しており、前記記憶トラック及び前記第１磁性層よりも低い磁気異方性エネルギーを有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項３】
前記第１磁性層と前記記憶トラックとは、同一層に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項４】
前記第１磁性層と前記記憶トラックとの間に中間層がさらに備えられるが、前記中間層は、前記記憶トラックの一部及び前記第１磁性層の一部に接しており、前記記憶トラック及び前記第１磁性層よりも低い磁気異方性エネルギーを有することを特徴とする請求項３に記載の情報記憶装置。
【請求項５】
前記第２磁性層に接する前記第１磁性層の一部分と残りの部分との磁化方向が逆であり、前記第１磁性層は、磁壁移動特性を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項６】
前記第２磁性層は複数であり、前記第２磁性層の数によって前記第１磁性層が有する磁区の数が変わることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項７】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の一端に形成され、前記第１磁性層は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項８】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の中央部に形成され、前記第１磁性層は、三つの磁区を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項９】
前記第２磁性層は、二つ以上形成され、前記第１磁性層は、四つ以上の磁区を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１０】
前記第１磁性層の前記第２磁性層が形成された部分は、残りの部分よりも広い幅を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１１】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも一つは、前記第１磁性層の残りの部分よりも広い幅を有することを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１２】
前記第１磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０３ないし１０７Ｊ／ｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１３】
前記第２磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０ないし１０３Ｊ／ｍ３であることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１４】
前記第２磁性層は、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つで形成されたことを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１５】
前記第２磁性層の厚さは、５ないし１００ｎｍであることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１６】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の上面または下面に形成されたことを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項１７】
前記記憶トラックと前記書き込み手段とを備える構造物が複数個配列されるが、前記構造物は、平行に配列されたことを特徴とする請求項２に記載の情報記憶装置。
【請求項１８】
前記各第１磁性層の一部分は、残りの部分よりも広い幅を有して互いに接しており、前記一部分を覆うように前記第２磁性層が形成されたことを特徴とする請求項１７に記載の情報記憶装置。
【請求項１９】
前記記憶トラック及び前記書き込み手段に連結された電流印加手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の情報記憶装置。
【請求項２０】
磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置の製造方法において、
前記書き込み手段を形成するステップは、
第１磁性層と、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低く、かつ前記第１磁性層の一部分を覆う第２磁性層とを設けるステップを含むことを特徴とする情報記憶装置の製造方法。
【請求項２１】
前記第１及び第２磁性層を設けるステップ後、
前記第１及び第２磁性層に第１磁場を印加するステップと、
前記第１及び第２磁性層に、前記第１磁場と逆方向であり、かつ前記第１磁場よりも小さい強度を有する第２磁場を印加するステップと、をさらに含むことを特徴とする請求項２０に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１磁場は、前記第１磁性層を第１方向に磁化させ、前記第２磁場は、前記第１磁性層の前記一部分を前記第１方向と逆方向である第２方向に磁化させることを特徴とする請求項２１に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２３】
前記第１磁性層は、第１方向に磁化されたことを特徴とする請求項２０に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２４】
前記第１及び第２磁性層を設けるステップ後、前記第１及び第２磁性層に前記第１方向と逆方向の磁場を印加するステップをさらに含むことを特徴とする請求項２３に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２５】
前記磁場は、前記第１磁性層の前記一部分の磁化方向を選択的に反転させる強度を有することを特徴とする請求項２４に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２６】
前記第１磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０３ないし１０７Ｊ／ｍ３であることを特徴とする請求項２０に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２７】
前記第２磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０ないし１０３Ｊ／ｍ３であることを特徴とする請求項２０に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２８】
前記第２磁性層を、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つで形成することを特徴とする請求項２０に記載の情報記憶装置の製造方法。
【請求項２９】
磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置の動作方法において、
前記書き込み手段は、第１磁性層と、前記第１磁性層の一部分を覆い、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い第２磁性層とを備え、
前記第１磁性層に磁壁を形成する第１ステップと、
前記第１磁性層に前記磁壁移動のための第１電流を印加する第２ステップと、
前記記憶トラックを介して前記書き込み手段に第２電流を印加する第３ステップと、を含むことを特徴とする情報記憶装置の動作方法。
【請求項３０】
前記第１ステップは、
前記第１及び第２磁性層に第１磁場を印加するステップと、
前記第１及び第２磁性層に、前記第１磁場と逆方向であり、かつ前記第１磁場よりも小さい強度を有する第２磁場を印加するステップと、を含むことを特徴とする請求項２９に記載の情報記憶装置の動作方法。
【請求項３１】
前記第１磁場は、前記第１磁性層を第１方向に磁化させ、前記第２磁場は、前記第１磁性層の前記一部分を前記第１方向と逆方向である第２方向に磁化させることを特徴とする請求項３０に記載の情報記憶装置の動作方法。
【請求項３２】
前記第１ステップは、
前記第１及び第２磁性層に磁場を印加するステップを含むことを特徴とする請求項２９に記載の情報記憶装置の動作方法。
【請求項３３】
前記磁場は、前記第１磁性層の前記一部分の磁化方向を選択的に反転させる方向及び強度を有することを特徴とする請求項３２に記載の情報記憶装置の動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報記憶装置に係り、特に磁壁移動を利用した情報記憶装置、その製造方法及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）は、ディスク形態の磁気記録媒体を回転させつつ、その上に読み取り／書き込みヘッドを浮き上げて情報を読み取り／書き込みする装置である。かかるＨＤＤは、１００ＧＢ以上の多くのデータを記憶できる不揮発性の情報記憶装置であって、主にコンピュータの主記憶装置として利用されてきた。
【０００３】
しかし、ＨＤＤは、その内部に多数の動く機械システムを備える。それらは、ＨＤＤが移動するか、または衝撃を受ければ、多様な機械的故障を誘発し、したがって、ＨＤＤの移動性及び信頼性を低下させる。また、前記機械システムは、ＨＤＤの製造の複雑性及び製造コストを上昇させ、消費電力を増加させ、ノイズを誘発する。特に、ＨＤＤを小型化するとき、前記製造の複雑性及び製造コストの上昇の問題はさらに大きくなる。
【０００４】
これにより、最近では、動く機械システムを備えずに、かつＨＤＤのように大量のデータを記憶できる新たな記憶装置開発のための研究が行われている。前記新たな記憶装置の一例として、磁性物質の磁壁の移動原理を利用した情報記憶装置が提案されている。
【０００５】
磁性体を構成する磁気的な微小領域を磁気区域（以下、磁区）という。かかる磁区内では、磁気モーメントの方向が同一である。磁区のサイズ及び磁化方向は、磁性材料の物性、形態、サイズ及び外部エネルギーにより適切に制御される。磁壁は、異なる磁化方向を有する磁区の境界部分であり、磁性材料に印加される電流または磁場により移動しうる。前記磁壁の移動原理を情報記憶装置に適用すれば、磁壁移動により磁区が固定された読み取り／書き込みヘッドを通過させることによって、記録媒体の回転なしに読み取り／書き込みが可能である。かかる磁壁移動原理が適用された情報記憶装置は、大量のデータを記憶でき、かつ動く機械システムを備えないので、移動性及び信頼性に優れ、製造が容易であり、消費電力が低いという利点がある。
【０００６】
しかし、磁壁移動を利用した情報記憶装置は、まだ開発初期段階にあり、その実用化のためには、幾つかの問題点を解決しなければならない。特に、磁壁移動を利用した情報記憶装置の実用化のためには、データを記録する方法の改善が要求される。以下では、従来の磁壁移動を利用した情報記憶装置での書き込み方法（以下、従来の書き込み方法）の問題点を簡略に説明する。
【０００７】
従来の書き込み方法は、外部磁場を利用した方法と、電子のスピントルク現象を利用した方法とに分けられる。前記外部磁場を利用した書き込み方法は、磁気異方性エネルギーが高い磁性層を記録媒体として使用する場合に、適用が不可能であるという限界がある。記録媒体としてＮｉＦｅ層のような軟磁性層を使用すれば、磁壁移動の安定性を確保し難く、高い記録密度を実現し難い。一方、前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法は、データを記録しようとする磁性層の厚さが所定厚さ、約３ｎｍ以上に厚くなれば適用し難くなる。そのため、約１００ｎｍ以上の厚さを有する磁性層が要求される垂直磁気記録方式の記憶装置に、前記電子のスピントルク現象を利用した書き込み方法を適用し難い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明が解決しようとする課題は、前述した従来の問題点を改善するためのものであって、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法による制約から自由な書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置を提供するところにある。
【０００９】
本発明が解決しようとする他の課題は、前記情報記憶装置の製造方法を提供するところにある。
【００１０】
本発明が解決しようとするさらに他の課題は、前記情報記憶装置の動作方法を提供するところにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記課題を解決するために、本発明は、磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置において、前記書き込み手段は、第１磁性層と、前記第１磁性層の一部分を覆うように形成されたものであって、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い第２磁性層と、を備えることを特徴とする情報記憶装置を提供する。
【００１２】
前記書き込み手段と前記記憶トラックとは積層されており、前記書き込み手段と前記記憶トラックとの間に中間層がさらに備えられるが、前記中間層は、前記記憶トラックの一部及び前記第１磁性層の一部に接しており、前記記憶トラック及び前記第１磁性層よりも低い磁気異方性エネルギーを有する。
【００１３】
前記第１磁性層と前記記憶トラックとは、同一層に形成される。このとき、前記第１磁性層と前記記憶トラックとの間に中間層がさらに備えられるが、前記中間層は、前記記憶トラックの一部及び前記第１磁性層の一部に接しており、前記記憶トラック及び前記第１磁性層よりも低い磁気異方性エネルギーを有する。
【００１４】
前記第２磁性層に接する前記第１磁性層の一部分と残りの部分との磁化方向が逆であり、前記第１磁性層は、磁壁移動特性を有する。
【００１５】
前記第２磁性層は複数であり、前記第２磁性層の数によって前記第１磁性層が有する磁区の数が変わる。
【００１６】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の一端に形成され、前記第１磁性層は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区を有する。
【００１７】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の中央部に形成され、前記第１磁性層は、三つの磁区を有する。
【００１８】
前記第２磁性層は、二つ以上形成され、前記第１磁性層は、四つ以上の磁区を有する。
【００１９】
前記第１磁性層の前記第２磁性層が形成された部分は、残りの部分よりも広い幅を有する。
【００２０】
前記第１磁性層の一端及び他端のうち少なくとも一つは、前記第１磁性層の残りの部分よりも広い幅を有する。
【００２１】
前記第１磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０３ないし１０７Ｊ／ｍ３である。
【００２２】
前記第２磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０ないし１０３Ｊ／ｍ３である。
【００２３】
前記第２磁性層は、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つで形成される。
【００２４】
前記第２磁性層の厚さは、５ないし１００ｎｍである。
【００２５】
前記第２磁性層は、前記第１磁性層の上面または下面に形成される。
【００２６】
前記記憶トラックと前記書き込み手段とを備える構造物が複数個配列されるが、前記構造物は、平行に配列される。このとき、前記各第１磁性層の一部分は、残りの部分よりも広い幅を有して互いに接しており、前記一部分を覆うように前記第２磁性層が形成される。
【００２７】
本発明の情報記憶装置は、前記記憶トラック及び前記書き込み手段に連結された電流印加手段をさらに備える。
【００２８】
前記他の課題を解決するために、本発明は、磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置の製造方法において、前記書き込み手段を形成するステップは、第１磁性層と、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低く、かつ前記第１磁性層の一部分を覆う第２磁性層とを設けるステップを含むことを特徴とする情報記憶装置の製造方法を提供する。
【００２９】
前記第１及び第２磁性層を設けるステップ後、前記第１及び第２磁性層に第１磁場を印加するステップと、前記第１及び第２磁性層に、前記第１磁場と逆方向であり、かつ前記第１磁場よりも小さい強度を有する第２磁場を印加するステップと、をさらに含む。
【００３０】
前記第１磁場は、前記第１磁性層を第１方向に磁化させ、前記第２磁場は、前記第１磁性層の前記一部分を前記第１方向と逆方向である第２方向に磁化させる。
【００３１】
前記第１磁性層が第１方向に磁化されるように形成された場合、前記第１及び第２磁性層を設けるステップ後、前記第１及び第２磁性層に前記第１方向と逆方向の磁場を印加するステップをさらに含む。
【００３２】
前記磁場は、前記第１磁性層の前記一部分の磁化方向を選択的に反転させる強度を有する。
【００３３】
前記第１磁性層の磁気異方性エネルギーは、２×１０３ないし１０７Ｊ／ｍ３である。
【００３４】
前記第２磁性層の磁気異方性エネルギーは、１０ないし１０３Ｊ／ｍ３である。
【００３５】
前記第２磁性層は、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つで形成される。
【００３６】
前記さらに他の課題を解決するために、本発明は、磁区を有する記憶トラック及び前記記憶トラックにデータを記録するための書き込み手段を備える磁壁移動を利用した情報記憶装置の動作方法において、前記書き込み手段は、第１磁性層と、前記第１磁性層の一部分を覆い、前記第１磁性層よりも磁気異方性エネルギーが低い第２磁性層とを備え、前記第１磁性層に磁壁を形成する第１ステップと、前記第１磁性層に前記磁壁移動のための第１電流を印加する第２ステップと、前記記憶トラックを介して前記書き込み手段に第２電流を印加する第３ステップと、を含むことを特徴とする情報記憶装置の動作方法を提供する。
【００３７】
前記第１ステップは、前記第１及び第２磁性層に第１磁場を印加するステップと、前記第１及び第２磁性層に、前記第１磁場と逆方向であり、かつ前記第１磁場よりも小さい強度を有する第２磁場を印加するステップと、を含む。
【００３８】
前記第１磁場は、前記第１磁性層を第１方向に磁化させ、前記第２磁場は、前記第１磁性層の前記一部分を前記第１方向と逆方向である第２方向に磁化させる。
【００３９】
また、前記第１ステップは、前記第１及び第２磁性層に磁場を印加するステップを含む。
【００４０】
前記磁場は、前記第１磁性層の前記一部分の磁化方向を選択的に反転させる方向及び強度を有する。
【発明の効果】
【００４１】
本発明を利用すれば、書き込み手段の第１磁性層内に少なくとも一つの磁壁を形成でき、前記磁壁の消滅を防止できる。かかる書き込み手段を備えた情報記憶装置では、第１磁性層及び記憶トラック内で磁壁を適切に移動させる方法で、記憶トラック内に所定のデータを容易に記録できる。かかる記録方式は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法などによる制約から自由である。
【００４２】
したがって、本発明は、磁壁移動を利用した情報記憶装置の動作特性を改善し、その記録密度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施形態による磁壁移動を利用した情報記憶装置、その製造方法及びその動作方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。この過程で、図面に示した層や領域の厚さは、明細書の明確性のために多少誇張されて示したものである。
【００４４】
図１は、本発明の実施形態による情報記憶装置を示す斜視図である。
【００４５】
図１に示すように、本発明の実施形態による情報記憶装置は、強磁性物質で形成された記憶トラック３００と、記憶トラック３００にデータを記録するための書き込み手段１００と、を備える。書き込み手段１００と記憶トラック３００との間には、軟磁性物質で形成された中間層２００が備えられる。書き込み手段１００と記憶トラック３００とは平行してもよく、垂直に交差してもよい。書き込み手段１００の両端Ｅ１，Ｅ２とそれぞれ連結された第１及び第２導電線Ｃ１，Ｃ２が備えられ、記憶トラック３００の両端Ｅ３，Ｅ４とそれぞれ連結された第３及び第４導電線Ｃ３，Ｃ４が備えられる。第１ないし第４導電線Ｃ１ないしＣ４は、書き込み手段１００及び記憶トラック３００に電流を流すための手段である。
【００４６】
書き込み手段１００は、第１磁性層１０及び第１磁性層１０の一部分を覆う第２磁性層２０を備える。第１磁性層１０は、強磁性物質で形成されることが望ましく、第２磁性層２０は、第１磁性層１０よりも磁気異方性エネルギーが低い軟磁性物質で形成されることが望ましい。
【００４７】
第１磁性層１０のその上に前記第２磁性層が形成された部分と残りの部分との磁化方向は逆である。すなわち、第１磁性層１０は、互いに逆方向に磁化された二つの磁区、すなわち第１及び第２磁区Ｄ１，Ｄ２を有する。図１には、第２磁区Ｄ２、中間層２００及び記憶トラック３００は第１方向Ｍ１に磁化され、第１磁区Ｄ１は、第２方向Ｍ２に磁化された場合について示している。第１磁区Ｄ１と第２磁区Ｄ２との境界には、磁壁Ｗが存在する。書き込み手段１００の両端Ｅ１，Ｅ２の間に電流を流すことによって、磁壁Ｗを書き込み手段１００内で移動させる。電流方向と電子との移動方向は逆であるので、磁壁Ｗは、電流方向と逆方向に移動する。書き込み手段１００については、詳細に後述する。
【００４８】
磁壁Ｗの位置によって、中間層２００の磁化方向が変わりうる。中間層２００の磁化方向は、中間層２００に接した第１磁性層１０部分の磁化方向による。これは、中間層２００が磁化反転されやすい軟磁性物質で形成されるためである。
【００４９】
中間層２００の磁化方向が反転されれば、これによって中間層２００に接した記憶トラック３００部分の磁化方向が中間層２００のそれと同一になりうる。すなわち、中間層２００に接した記憶トラック３００部分の磁化方向は、中間層２００の磁化方向による。これは、中間層２００及びそれに接した記憶トラック３００部分が同じ磁化方向を有する方がそうでない場合よりも安定なためである。このように磁壁Ｗの移動によって、中間層２００及びそれに接した記憶トラック３００部分の磁化方向が反転されるが、このためには、第１磁性層１０の磁気異方性エネルギーが記憶トラック３００の磁気異方性エネルギーよりも高いことが望ましい。
【００５０】
図示していないが、記憶トラック３００の所定領域には、一般的な磁気記録装置に使われる読み取りヘッドが形成され、中間層２００と記憶トラック３００とは、交互に反復して積層される。そして、記憶トラック３００の一部は、読み取り／書き込み動作時にデータの臨時保管のためのバッファ領域として使われる。
【００５１】
以下では、本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を説明する。
【００５２】
図２Ａないし図２Ｄは、本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を説明するための斜視図である。
【００５３】
図２Ａは、図１に示した情報記憶装置の磁壁Ｗを移動させた結果を示す。図２Ａに示すように、第１磁性層１０の他端Ｅ２から一端Ｅ１に電流を流して、磁壁Ｗを一端Ｅ１から他端Ｅ２の方向に移動させる。これにより、第１磁区Ｄ１が中間層２００の下部まで拡張される。かかる磁壁Ｗの移動によって、中間層２００の磁化方向が第２方向Ｍ２に反転される。次いで、中間層２００に接した記憶トラック３００の部分の磁化方向も第２方向Ｍ２に反転される。その結果、記憶トラック３００に他の磁区（以下、第３磁区）Ｄ３が形成される。
【００５４】
図２Ｂに示すように、記憶トラック３００の一端Ｅ３から第１磁性層１００に電流を流して、第３磁区Ｄ３を記憶トラック３００の一端Ｅ３の方向に１ビット分拡張させる。第３磁区Ｄ３に対応するデータは、例えば‘０’でありうる。
【００５５】
図２Ｃに示すように、第１磁性層１０の一端Ｅ１から他端Ｅ２に電流を流して、磁壁Ｗを他端Ｅ２から一端Ｅ１の方向に移動させる。これにより、第２磁区Ｄ２が中間層２００の下部まで拡張される。かかる磁壁Ｗの移動によって、中間層２００及びそれに接した記憶トラック３００の部分の磁化方向が第１方向Ｍ１に反転される。中間層２００に接した記憶トラック３００の部分の磁区を第４磁区Ｄ４とする。第４磁区Ｄ４に対応するデータは、例えば‘１’でありうる。
【００５６】
図２Ｄに示すように、記憶トラック３００の一端Ｅ３から第１磁性層１００に電流を流して、第３及び第４磁区Ｄ３，Ｄ４を記憶トラック３００の一端Ｅ３の方向に１ビット分移動させる。
【００５７】
このように、本発明の実施形態による情報記憶装置では、第１磁性層１０及び記憶トラック３００内で磁壁を適切に移動させる方法でデータを記録する。かかる磁壁移動を利用した書き込みは、電流のフローを制御する方法で行われる。したがって、本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み動作は、データを記録しようとする磁性層の物性及び寸法などによる制約から自由である。
【００５８】
以下では、本発明の実施形態による情報記憶装置に備えられる書き込み手段１００についてさらに詳細に説明する。
【００５９】
本発明の実施形態による情報記憶装置の製造及び使用のためには、第１磁性層１０内に第１及び第２磁区Ｄ１，Ｄ２を形成せねばならず、磁壁Ｗの移動時に磁壁Ｗが消滅してはならない。このために、本発明では、第１磁性層１０の一部分を覆うように第２磁性層２０を形成する。第１磁性層１０の磁気異方性エネルギーは、２×１０３ないし１０７Ｊ／ｍ３であるが、望ましくは、１０４ないし１０７Ｊ／ｍ３である。第２磁性層２０の磁気異方性エネルギーは、１０ないし１０３Ｊ／ｍ３であるが、望ましくは、１０２ないし１０３Ｊ／ｍ３である。例えば、第１磁性層１０は、ＣｏＰｔ，ＦｅＰｔまたはそれらの合金で形成され、第２磁性層２０は、Ｎｉ，Ｃｏ，ＮｉＣｏ，ＮｉＦｅ，ＣｏＦｅ，ＣｏＺｒＮｂ及びＣｏＺｒＣｒのうちいずれか一つで形成される。第２磁性層２０は、第１磁性層１０の上面または下面に５ないし１００ｎｍの厚さに形成される。第２磁性層２０が第１磁性層１０の一端Ｅ１または他端Ｅ２に形成されるが、その形成位置は変わりうる。また、第２磁性層２０は、第１磁性層１０と同じ幅または第１磁性層１０よりも広い幅で形成されることが望ましいが、第１磁性層１０よりも狭い幅で形成されることもある。
【００６０】
比較的低い磁気異方性エネルギーを有する第２磁性層２０の磁化方向は、外部磁場により容易に反転されるため、第２磁性層２０は、それに接した第１磁性層１０の部分の磁化方向を反転させる開始剤のような役割を行う。したがって、第２磁性層２０に接した第１磁性層１０の領域は、それ以外の残りの第１磁性層１０の領域よりも磁化反転が容易である。かかる原理を利用すれば、第１磁性層１０内に互いに逆方向に磁化された磁区を形成できる。
【００６１】
また、書き込み手段１００で第２磁性層２０が形成された部分の厚さがそうでない部分よりも厚いため、書き込み手段１００に電流を印加したとき、第２磁性層２０が形成された部分で電流密度が低くなる。したがって、磁壁Ｗの移動は、第２磁性層２０が形成された第１磁性層１０の部分で停止しうる。すなわち、図２Ｂのように第２磁性層２０が第１磁性層１０の一端Ｅ１に形成された状態で、第１磁性層１０の他端Ｅ２から一端Ｅ１の方向に磁壁Ｗを移動させるとき、磁壁Ｗの移動は、第２磁性層２０が形成された第１磁性層１０の部分とそれを除いた残りの領域との境界地点で停止しうる。これにより、第２磁性層２０が形成された第１磁性層１０の部分を介して磁壁Ｗが消滅することが防止される。一方、第１磁性層１０の他端Ｅ２の方向を介して磁壁Ｗが消滅することを防止するためには、第１磁性層１０の他端Ｅ２を、それを除いた残りの領域よりも相対的に広い幅で形成することが望ましい。第１磁性層１０の一端Ｅ１の幅も、第１磁性層１０の一端Ｅ１及び他端Ｅ２を除いた残りの領域よりも相対的に広い幅に形成することができる。そして、第１磁性層１０の一端Ｅ１及び他端Ｅ２は、異なるサイズを有することもできる。
【００６２】
本発明の情報記憶装置の構造は多様に変形され、それにより、書き込み手段１００の構造も多様に変形される。例えば、本発明の情報記憶装置は、図３に示したような構造を有することもある。すなわち、図３は、本発明の他の実施形態による情報記憶装置を示す斜視図である。
【００６３】
図３に示すように、書き込み手段１５０は、第１及び第２磁性層１５，２５を備えるが、第１磁性層１５は、第５ないし第７磁区Ｄ５，Ｄ６，Ｄ７を有し、第２磁性層２５は、第１磁性層１５の所定領域、例えば中央部に形成される。第５及び第７磁区Ｄ５，Ｄ７は、第６磁区Ｄ６と逆方向に磁化されている。第５磁区Ｄ５と第６磁区Ｄ６との間及び第６磁区Ｄ６と第７磁区Ｄ７との間には、第１及び第２磁壁Ｗ１，Ｗ２が形成されている。第２磁性層２５の両側に所定距離をおいて第１及び第２中間層２００ａ，２００ｂが形成され、第１及び第２中間層２００ａ，２００ｂ上に第１及び第２記憶トラック３００ａ，３００ｂが形成される。図示していないが、第１磁性層１５の両端及び中央それぞれと連結される導電線が形成され、第１及び第２記憶トラック３００ａ，３００ｂの両端それぞれと連結される導電線が形成される。第１または第２磁壁Ｗ１，Ｗ２を移動させ、第１または第２記憶トラック３００ａ，３００ｂで書き込み手段１５０の方向に電流を流すことによって、第１または第２記憶トラック３００ａ，３００ｂに所定のデータを記録できる。
【００６４】
図３の情報記憶装置の書き込み手段１５０で、第１磁性層１５の一端、他端及び中央部のうち少なくとも一つは、第１磁性層１５の一端、他端及び中央部を除いた残りの領域よりも広い幅で形成されることが望ましい。
【００６５】
本発明のさらに他の実施形態による情報記憶装置に備えられる書き込み手段の第１磁性層は、四つ以上の磁区を有することもある。そして、四つ以上の磁区を有する第１磁性層には、二つ以上の第２磁性層が備えられる。前記第２磁性層の数によって、前記第１磁性層が有する磁区の数が変わる。
【００６６】
一方、図１及び図３の第１磁性層１０，１５は複数であり、平行に配列されもする。例えば、図１において、書き込み手段１００、中間層２００及び記憶トラック３００を備える構造物がＹ軸方向に複数配置され、図３において、書き込み手段１５０、第１及び第２中間層２００ａ，２００ｂ、第１及び第２記憶トラック３００ａ，３００ｂを備える構造物がＹ軸方向に複数配置される。かかる場合に、各第１磁性層１０，１５の一部分は、残りの領域よりも広い幅を有して接しており、第２磁性層２０，２５は、前記一部分を覆うように形成される。
【００６７】
図４Ａないし図４Ｆは、本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の多様な形態を示す斜視図である。図４Ａないし図４Ｆの書き込み手段についての説明は、前述した内容に含まれているので、それらについて反復する説明は省略する。１０ａないし１０ｃ及び１５ａないし１５ｃは、第１磁性層を表し、２０ａないし２０ｃ及び２５ａないし２５ｃは、第２磁性層を表す。
【００６８】
以下では、本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段１００を形成する方法を説明する。
【００６９】
図５Ａ及び図５Ｂは、本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段１００を形成する第１方法を段階別に示す断面図である。
【００７０】
図５Ａに示すように、所定の下部構造物（図示せず）を有する基板（図示せず）上に第１磁性層１０及び第１磁性層１０の一部分を覆う第２磁性層２０を形成する。第２磁性層２０は、第１磁性層１０よりも磁気異方性エネルギーが低い。第１磁性層１０は、その形成時に垂直磁気異方性を有するように形成され、第２磁性層２０は、その形成時に水平磁気異方性を有するように形成される。第１磁性層１０は、第１方向Ｍ１に磁化された第２磁区Ｄ２からなる。
【００７１】
図５Ｂに示すように、第１及び第２磁性層１０，２０に第２方向Ｍ２の磁場Ｆを印加する。磁場Ｆは、第２磁性層２０の下部の第１磁性層１０の磁化方向を反転させるのには十分に高いが、第２磁性層２０が形成されていない第１磁性層１０の磁化方向を反転させるのには不十分な強度を有する。磁場Ｆの強度は、第１磁性層１０及び第２磁性層２０の種類及び厚さによって変わる。その結果、第２磁性層２０の磁化方向がまず反転され、その影響により第２磁性層２０に接した第１磁性層１０の部分の磁化方向が反転される。しかし、第２磁性層２０が形成されていない第１磁性層１０の部分の磁化方向は反転されない。したがって、第２磁性層２０に接した第１磁性層１０の部分内に第１磁区Ｄ１が形成され、第１磁区Ｄ１と第２磁区Ｄ２との間には磁壁Ｗが生成される。
【００７２】
一方、第１磁性層１０は垂直磁気異方性を有し、第２磁性層２０は水平磁気異方性を有するか、または第１磁性層１０は水平磁気異方性を有し、第２磁性層２０は垂直磁気異方性を有することが望ましいが、第１及び第２磁性層１０，２０は、同じ磁気異方性を有することもある。また、第１磁性層１０及び／または第２磁性層２０は、それらの形成時に特定の方向の磁気異方性を有さないこともある。かかる場合、第１磁性層１０内に互いに逆方向に磁化された磁区を形成するためには、外部磁場を二回印加する必要がある。以下では、前記外部磁場を二回印加して書き込み手段を形成する方法を説明する。
【００７３】
図６Ａないし図６Ｃは、本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段１００を形成する第２方法を段階別に示す断面図である。
【００７４】
図６Ａに示すように、所定の下部構造物（図示せず）を有する基板（図示せず）上に第１磁性層１０及び第１磁性層１０の一部分を覆う第２磁性層２０を形成する。第１及び第２磁性層１０，２０は、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，物理気相蒸着）またはＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ，化学気相蒸着）のような周知の工程で形成できる。第２磁性層２０は、第１磁性層１０よりも磁気異方性エネルギーが低い。第１及び第２磁性層１０，２０は、それらの形成時に特定の方向の磁気異方性を有さない。
【００７５】
図６Ｂに示すように、第１及び第２磁性層１０，２０に第１方向Ｍ１の第１磁場Ｆ１を印加する。ここで、第１磁場Ｆ１は、第１磁性層１０を磁化させるのに十分に高い強度を有する。その結果、第１磁性層１０は、いずれも第１方向Ｍ１に磁化される。すなわち、第２磁区Ｄ２が形成される。
【００７６】
図６Ｃに示すように、第１及び第２磁性層１０，２０に第１磁場Ｆ１と逆方向であり、かつ第１磁場Ｆ１よりも強度の低い第２磁場Ｆ２を印加する。第２磁場Ｆ２は、第２磁性層２０の下部の第１磁性層１０の磁化方向を反転させるのには十分に高いが、第２磁性層２０が形成されていない第１磁性層１０の磁化方向を反転させるのには不十分な強度を有する。第１及び第２磁場Ｆ１，Ｆ２の強度は、第１磁性層１０及び第２磁性層２０の種類及び厚さによって変わる。このとき、第２磁性層２０の磁化方向がまず反転され、その影響により第２磁性層２０に接した第１磁性層１０の部分の磁化方向が反転される。すなわち、磁化反転が容易な第２磁性層２０がそれに接した第１磁性層１０の部分の磁化反転を触発する。しかし、第２磁性層２０が形成されていない第１磁性層１０の部分の磁化方向は反転されない。その結果、第２磁性層２０の下部の第１磁性層１０の部分内に第１磁区Ｄ１が形成され、第１磁区Ｄ１と第２磁区Ｄ２との間には磁壁Ｗが生成される。
【００７７】
一方、磁場Ｆ、第１及び第２磁場Ｆ１，Ｆ２の印加時点は変わりうる。図５Ａ及び図５Ｂ、図６Ａないし図６Ｃでの前記印加時点は、中間層２００の形成前であるが、前記印加時点は、中間層２００の形成後であってもよい。すなわち、第２磁性層２０の形成後及び情報記憶装置の最初の動作前、いずれのステップでも磁場Ｆまたは第１及び第２磁場Ｆ１，Ｆ２を印加して磁壁Ｗを形成できる。情報記憶装置の構造が完成した後、最初の動作前に第１磁性層２０に磁壁Ｗを形成すれば、前記磁壁Ｗの形成は、動作のための予備ステップになる。かかる予備ステップは、１回のみ実施できる。磁壁Ｗの形成後、本発明の情報記憶装置の書き込み動作方法は、図２Ａないし図２Ｄを参照して説明した書き込み動作方法と同じである。
【００７８】
前記した実施形態では、第１磁性層１０，１５、中間層２００，２００ａ，２００ｂ及び記憶トラック３００，３００ａ，３００ｂが順次に積層された情報記憶装置について説明したが、本発明のさらに他の実施形態による情報記憶装置では、図７に示したように中間層なしに第１磁性層１０と記憶トラック３００とが同一層に形成される。すなわち、第１磁性層１０の側面に記憶トラック３００が形成される。しかし、第１磁性層１０と記憶トラック３００との間に中間層がさらに備えられることもある。図７で説明されていない２０，１００及びＣ１’ないしＣ３’は、それぞれ第２磁性層、書き込み手段及び第１ないし第３導電線を表す。かかる構造を有する情報記憶装置でも、第１磁性層１０及び記憶トラック３００内で磁壁を移動させることによって、前記記憶トラック３００に所定のデータを記録できる。したがって、本発明の適用範囲は、図１及び図３の情報記憶装置に限定されない。
【００７９】
また、本発明の原理は、第１磁性層１０，１５、中間層２００，２００ａ，２００ｂ及び記憶トラック３００，３００ａ，３００ｂが垂直磁気異方性でない水平磁気異方性を有する場合にも同一に適用される。
【００８０】
以上の説明で多くの事項が具体的に記載されているが、それらは、発明の範囲を限定するというより、望ましい実施形態の例示として解釈されたい。従って、本発明の範囲は、説明された実施形態により決まるものではなく、特許請求の範囲に記載された技術的思想により決まるものである。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
本発明は、情報記憶装置関連の技術分野に適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の実施形態による情報記憶装置を示す斜視図である。
【図２Ａ】本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を段階別に示す斜視図である。
【図２Ｂ】本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を段階別に示す斜視図である。
【図２Ｃ】本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を段階別に示す斜視図である。
【図２Ｄ】本発明の実施形態による情報記憶装置の書き込み方法を段階別に示す斜視図である。
【図３】本発明の他の実施形態による情報記憶装置を示す斜視図である。
【図４Ａ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図４Ｂ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図４Ｃ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図４Ｄ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図４Ｅ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図４Ｆ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段の一部分を示す斜視図である。
【図５Ａ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段を形成する第１方法を段階別に示す断面図である。
【図５Ｂ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段を形成する第１方法を段階別に示す断面図である。
【図６Ａ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段を形成する第２方法を段階別に示す断面図である。
【図６Ｂ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段を形成する第２方法を段階別に示す断面図である。
【図６Ｃ】本発明の情報記憶装置に備えられる書き込み手段を形成する第２方法を段階別に示す断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態による情報記憶装置を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００８３】
１０  第１磁性層
２０  第２磁性層
１００  書き込み手段
２００  中間層
３００  記憶トラック
Ｃ１  第１導電線
Ｃ２  第２導電線
Ｃ３  第３導電線
Ｃ４  第４導電線
Ｄ１  第１磁区
Ｄ２  第２磁区
Ｍ１  第１方向
Ｍ２  第２方向
Ｗ  磁壁
【図１】
2008153653.tif 000003
【図２Ａ】
2008153653.tif 000004
【図２Ｂ】
2008153653.tif 000005
【図２Ｃ】
2008153653.tif 000006
【図２Ｄ】
2008153653.tif 000007
【図３】
2008153653.tif 000008
【図４Ａ】
2008153653.tif 000009
【図４Ｂ】
2008153653.tif 000010
【図４Ｃ】
2008153653.tif 000011
【図４Ｄ】
2008153653.tif 000012
【図４Ｅ】
2008153653.tif 000013
【図４Ｆ】
2008153653.tif 000014
【図５Ａ】
2008153653.tif 000015
【図５Ｂ】
2008153653.tif 000016
【図６Ａ】
2008153653.tif 000017
【図６Ｂ】
2008153653.tif 000018
【図６Ｃ】
2008153653.tif 000019
【図７】
2008153653.tif 000020