(57)【要約】【課題】高記録密度の磁気メモリを実現する。【解決手段】情報記録媒体としての磁性細線１に対し、リザーブ領域９５の長さに等しい長さで、等間隔に記録素子１６ａ〜１６ｄまたは再生素子１７ａ〜１７ｄを配置している。例えば情報の記録時に、端子２１ａと端子２１ｃとを選択して電圧を印加し、記録領域９４ａ内の磁壁をリザーブ領域９５に向かって移動させると、リザーブ領域９５の長さ分、磁壁を移動させる間に、全磁区が、記録素子１６ａおよび１６ｂのどちらかを通過する。情報の再生時についても、記録領域９４ｂの磁区についても、同じことがいえる。したがって、記録領域９４ａ・９４ｂの全磁区の記録再生を可能としながら、従来より遥かに高密度の記録再生を可能にする。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報記録媒体としての磁性細線と、
上記磁性細線へ情報を記録するための記録素子および上記磁性細線から情報を読み取るための再生素子の少なくとも一方とを有し、
上記磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に供給される電流により移動させることで、上記磁区に対して、上記記録素子による情報の記録または上記再生素子による情報の再生を行う磁気メモリにおいて、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを有し、
上記磁性細線の両端部を除いて、上記記録素子および再生素子の少なくとも一方を磁性細線に対して等しい間隔に設けるとともに、
上記リザーブ領域に対して、磁性細線の長手方向に沿って正逆両方向に、上記磁壁を移動させることができる電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を設け、
上記リザーブ領域の長さを、上記間隔と等しい長さに設定したことを特徴とする磁気メモリ。
【請求項２】
情報記録媒体としての磁性細線と、
上記磁性細線へ情報を記録するための記録素子および上記磁性細線から情報を読み取るための再生素子の少なくとも一方とを有し、
上記磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に供給される電流により移動させることで、上記磁区に対して、上記記録素子による情報の記録または上記再生素子による情報の再生を行う磁気メモリにおいて、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを含む複数の領域を有し、
隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させることができるように、上記磁性細線内における上記磁壁の移動を制御する電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を備えたこと
を特徴とする磁気メモリ。
【請求項３】
上記記録素子および上記再生素子の少なくとも一方は、前記磁性細線を少なくとも３つ以上の領域に均等に分割する間隔で配置され、
該間隔と、上記リザーブ領域の長さとが等しいことを特徴とする請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項４】
上記リザーブ領域が、その両端を記録領域によって挟まれる位置関係にある場合、上記端子は、上記リザーブ領域とその両端に位置する記録領域との各隣接部、および各記録領域における、上記隣接部と反対側の各端部に、設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の磁気メモリ。
【請求項５】
上記端子は、上記リザーブ領域およびその両端に位置する記録領域と、組を成して設けられていることを特徴とする請求項２に記載の磁気メモリ。
【請求項６】
上記各記録領域の長さと、上記リザーブ領域の長さとは、均等であることを特徴とする請求項２または３に記載の磁気メモリ。
【請求項７】
上記記録素子および再生素子の少なくとも一方と、上記端子とが、上記各隣接部において組を成して設けられていることを特徴とする請求項４に記載の磁気メモリ。
【請求項８】
上記リザーブ領域の数と記録領域の数との合計数が奇数の場合、中央の領域をリザーブ領域として、情報の記録または再生が行われ、上記合計数が偶数の場合、中央で隣接した２つの領域のどちらか１つをリザーブ領域として、情報の記録または再生が行われることを特徴とする請求項１から７のいずれか1項に記載の磁気メモリ。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の磁気メモリを有し、該磁気メモリに情報を記録する、または該磁気メモリに記録された情報を再生する情報処理装置。
【請求項１０】
情報記録媒体としての磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に電流を供給することにより移動させる情報記録媒体の駆動方法であって、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動に伴う磁区の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを有し、
隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させることができるように、上記磁性細線内おける上記磁壁の移動を制御する電流を流すことを特徴とする情報記録媒体の駆動方法。
【請求項１１】
上記リザーブ領域とその両端に位置する記録領域との各隣接部、および各記録領域における、上記隣接部と反対側の各端部に設けた端子の中から、選択した２つの端子間のみに上記電流を流すことによって、上記２つの端子間に存在する磁壁のみを移動させることを特徴とする請求項１０に記載の情報記録媒体の駆動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報記録再生装置、特に、磁性細線における磁区中の磁気モーメントを用いてデータを記録再生する磁気メモリに関する。
【０００２】
具体的には、本発明はデータが記録された磁区を電流により移動させることが可能な磁気メモリ、特にその配線構造に関するもの、並びにその駆動方法に関するものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ；Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）、又は固体ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ；Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性メモリが多くの商品に用いられている。
【０００４】
ＨＤＤに関しては、１００ＧＢ（ギガバイト）を超える大量のデータを安価に記録することができる。しかし、ＨＤＤでは、データを記録するために、回転している情報記録媒体から数ｎｍ離れたところで、読み書きヘッドを移動させなければならない。したがって、ＨＤＤに振動を加えると、読み書きヘッドが情報記録媒体を物理的に損傷し、ＨＤＤが故障する可能性がある。
【０００５】
固体ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）に関しては、１ＧＢのデータを記録することができるものが開発されているが、ＨＤＤに比べて、１ＧＢあたりの単価が高価なものとなっている。さらに、代表的な固体ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）であるフラッシュ・メモリは、記録をする際に１μｓｅｃ以上のアクセス時間が必要であり、これは他のメモリと比較すると非常に大きい時間である。さらに、フラッシュ・メモリにおける書き換え回数は、１００万回程度であり、これ以上のデータの書き込みを行うと、セルに記録したデータが消失してしまうという問題がある。
【０００６】
その他の固体ランダム・アクセス・メモリである、強誘電体ＲＡＭ（ＦｅＲＡＭ）、ＯＵＭ（Ｏｖｏｎｉｃ  Ｕｎｉｆｉｅｄ  Ｍｅｍｏｒｙ）、又はＭＲＡＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  ＲＡＭ）においても、数ＭＢ程度の容量しか実現されていない。
【０００７】
以上のように、不揮発性メモリ素子には、ＨＤＤのような、情報記録媒体と再生又は読み取り素子間のギャップ制御や駆動機構が無く、低コスト、かつＨＤＤに匹敵する記録容量を有し、さらに、書き換え回数が無制限であることが要求されている。
【０００８】
このような課題を克服するために考案された情報記録媒体が、基板と垂直方向に配置した磁性細線に情報を多数記録する、ＭＲＴＭ（Ｍａｇｎｅｔｉｃ  Ｒａｃｅ  Ｔｒａｃｋ  Ｍｅｍｏｒｙ）である。ＭＲＴＭの記録及び再生時のアクセス時間は、１ｎｓ〜１００ｎｓであり、従来のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ  ＲＡＭ）と同等である。また、ＭＲＴＭは、他の情報記録媒体より小さいチップ面積に多くの情報を記録することが可能なため、低コスト化を実現することができる。また、ＭＲＴＭは、ＨＤＤのような機構系を備えないため、既存の半導体と同等の堅牢性を備えている。そのため、すべての不揮発性メモリを置き換えるようなユニバーサルメモリとしての応用が期待される。ＭＲＴＭについては、特許文献１および２に詳細に記載されているため、以下では簡単に紹介するにとどめる。
【０００９】
図８は、特許文献１および２に記載されているＭＲＴＭの単位セルの構成図である。図８を参照して、ＭＲＴＭを説明する。ＭＲＴＭの単位セル９００Ｂは、シリコン基板１２０上に垂直に配置したＵ字型形状の磁性細線１０１と、記録素子１０６と、再生素子１０７と、磁性細線１０１に電流９０１を供給する電源とにより構成されている。
【００１０】
さらに、磁性細線１０１は、物理的な切り込みで区切られた複数の磁区９０３から成る。ＭＲＴＭは、各磁区９０３の磁化の向きにより、情報の“１”又は“０”を記録している。つまり、データが“１”又は“０”である１ビットを記録する、磁性材料でできたビット・セルが、基板に対して垂直に多数積層されていることになる。例えば、１０ミクロンの長さの磁性細線１０１に、１つあたり０．１ミクロンの長さを有する磁区を形成すれば、１００ビットもの情報を垂直方向に積層して記録することができる。
【００１１】
次に、ＭＲＴＭにおける情報の記録再生方法について説明する。図８に示すように、磁性細線１０１は、情報を記録する領域である記録領域９０４と、それ以外の領域であるリザーブ領域９０５とに分けられている。また、記録情報は、記録領域９０４中の磁区９０３に記録されている。
【００１２】
情報を再生する場合には、磁性細線１０１に電流９０１を流すことによって、情報が記録されている磁区９０３を区切る磁壁を、記録領域９０４からリザーブ領域９０５へと移動させる。これにより、再生したい情報が記録されている磁区９０３を再生素子１０７上部に移動させる。なお、電流９０１はパルス電流であり、その方向又はパルス数により、磁壁が移動する方向又は距離を制御することができる。
【００１３】
図９は、記録素子１０６及び再生素子１０７の近傍を拡大したものである。再生素子１０７は、図９に示すようにＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  Ｍａｇｎｅｔｏ  Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子９０８を含んでおり、ＴＭＲ素子９０８の上に移動してきた磁区９０３の磁化により、ＴＭＲ素子９０８の自由層９０９における磁化の向きが変化する。この自由層の磁化の向きをＴＭＲ効果により検知することによって、情報の“１”、又は“０”を読み取ることができる。
【００１４】
また、情報を記録する場合は、再生時と同様に磁性細線１０１に電流９０１を流すことによって（図８参照）、情報が記録されている磁区９０３間を区切る磁壁を、記録領域９０４からリザーブ領域９０５へと移動させる。これにより、記録したい磁区９０３を記録素子１０６上部に移動させる。ここで、記録素子１０６に電流を流し、それにより発生する磁界によって、記録素子１０６上部にある磁区９０３の磁化の方向を設定する。これにより、情報の“１”又は“０”を記録することができる。
【００１５】
また、図１０は、ＭＲＴＭ９００の主要部の概略図である。図１０に示すように、ＭＲＴＭ９００は、単位セル９００Ｂを電気的に直列に複数接続させることで構成されている。この構成では、磁性細線１０１に電流９０１を流し、直列に接続されている磁性細線１０１中の磁壁を同時に移動させ、上記に記した方法により情報の記録再生を行う。
【特許文献１】米国特許第６８３４００５号（２００４年１２月２１日発行）
【特許文献２】米国特許出願公開第２００５／００９４４２７号（２００５年５月５日公開）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、これまでのＭＲＴＭにおいては、図１０に示すように、複数の磁性細線１０１を電気的に直列に繋いで配線している。そのため、配線抵抗が非常に大きくなり、磁性細線１０１に電流９０１を供給する際の消費電力が大きくなるという問題がある。
【００１７】
また、磁性細線１０１が直列に繋がれているために、すべての磁性細線１０１に同じ電流９０１が供給されることになる。そのため、すべての情報が記録されている磁区９０３間を区切るすべての磁壁は、同時に同じ方向に移動することになる。したがって、任意のセルの磁壁を個別に移動させることができないため、従来のＭＲＴＭは、ランダム・アクセス性に劣る。その結果、情報処理スピードが下がってしまうという欠点を有している。
【００１８】
また、ＭＲＴＭの動作原理では、磁性細線１０１に電流９０１を流すことによって情報が記録されている磁区９０３間を区切る磁壁を記録領域９０４からリザーブ領域９０５へと移動させ、情報を記録再生するようになっている。このため、磁性細線１０１全体に情報を記録しておくことはできない。図８及び図１０に示した、従来の方式では、リザーブ領域９０５は、記録領域９０４から磁壁の移動を受け入れるため、記録領域９０４と同等の長さを必要とする。これにより、記録領域９０４は、最大で磁性細線１０１の長さの半分程度に限られてしまうという課題を有する。
【００１９】
以上のように、特許文献１又は特許文献２に開示された技術では、消費電力が大きくなり、ランダム・アクセス性に劣り、記録領域は磁性細線の半分程度の記録密度である。
【００２０】
本発明は、特に、従来のＭＲＴＭの記録密度が低いという問題に着目してなされたものであり、その目的は、より高記録密度を実現できる磁気メモリを提供することにある。さらなる目的は、低消費電力で、ランダム・アクセス性にも優れた磁気メモリを実現し、提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
本発明に係る磁気メモリは、上記課題を解決するために、
情報記録媒体としての磁性細線と、
上記磁性細線へ情報を記録するための記録素子および上記磁性細線から情報を読み取るための再生素子の少なくとも一方とを有し、
上記磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に供給される電流により移動させることで、上記記録素子による情報の記録または上記再生素子による情報の再生を行う磁気メモリにおいて、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを有し、
上記磁性細線の両端部を除いて、上記記録素子および再生素子の少なくとも一方を磁性細線に対して等しい間隔に設けるとともに、
上記リザーブ領域に対して、磁性細線の長手方向に沿って正逆両方向に、上記磁壁を移動させることができる電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を設け、
上記リザーブ領域の長さを、上記間隔と等しい長さに設定したことを特徴とする。
【００２２】
上記の構成によれば、磁性細線には、磁区を格納している記録領域と、情報の記録または再生のために、記録領域から磁壁の移動を受け入れるリザーブ領域とが存在している。また、これらの各領域は、磁性細線中で直列的に並んでいる。このリザーブ領域には、端子に対する電圧印加の仕方によって、磁壁を磁性細線の長手方向に沿って正逆どちら向きにも移動させることができる。
【００２３】
このようなリザーブ領域の長さは、記録素子または再生素子の配置間隔に等しく設定されている。すなわち、リザーブ領域の一端部に隣接して存在している磁壁を、当該リザーブ領域の他端部まで移動させる距離と、ある記録素子または再生素子から、その隣の記録素子または再生素子まで、磁壁を移動させる距離とが等しい。したがって、リザーブ領域の一端側に存在している全ての記録領域内の磁壁を、リザーブ領域に向かって一方向に移動させたとすると、それらの全ての磁壁が、リザーブ領域の長さ分の移動をする間に、どれかの記録素子または再生素子を通過することになる。
【００２４】
これにより、記録素子または再生素子の配置間隔に等しい長さのリザーブ領域が１つあれば、リザーブ領域以外を全て記録領域としても、情報の記録または再生を適正に行うことができる。したがって、本発明の磁気メモリは、従来の磁気メモリに比べて、遥かに、記録密度を向上させることができる。
【００２５】
なお、「上記リザーブ領域の長さを、上記間隔と等しい長さに設定したこと」を「磁性細線における磁壁の位置を制御するために、磁性細線に設けた物理的くびれの数について、記録素子または再生素子の配置間隔内に含まれる数と、リザーブ領域に含まれる数とを等しく設定したこと」と言い換えることができる。
【００２６】
本発明に係る磁気メモリは、上記課題を解決するために、
情報記録媒体としての磁性細線と、
上記磁性細線へ情報を記録するための記録素子および上記磁性細線から情報を読み取るための再生素子の少なくとも一方とを有し、
上記磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に供給される電流により移動させることで、上記磁区に対して、上記記録素子による情報の記録または上記再生素子による情報の再生を行う磁気メモリにおいて、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを含む複数の領域を有し、
隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させることができるように、上記磁性細線内における上記磁壁の移動を制御する電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を備えたことを特徴とする。
【００２７】
上記の構成によれば、磁性細線は、複数の領域を有し、これら複数の領域は、磁区を格納している記録領域と、記録領域から移動した磁区を一時的に格納するリザーブ領域とを有している。さらに、隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、各記録領域内の磁区を移動させるために、電流を流すための電圧を印加する端子が設けられている。
【００２８】
したがって、端子に対する電圧印加の仕方によって、リザーブ領域は、両隣の記録領域のそれぞれから、磁区を受け入れることができる。換言すれば、本発明は、１つのリザーブ領域が両隣の記録領域によって共有される構成になっている。
【００２９】
これにより、１つのリザーブ領域を有効に使用することができるため、磁性細線全体に対するリザーブ領域の占める割合が減少することになる。この結果、磁性細線全体に対する記録領域の占める割合を増やすことができる。したがって、磁気メモリの記録密度を高めることができる。
【００３０】
なお、磁性細線は、最小単位として、１つのリザーブ領域と、そのリザーブ領域の両隣にある２つの記録領域とを有していてもよい。あるいは、複数のリザーブ領域と、それぞれのリザーブ領域の両端に記録領域とを有していてもよい。いずれの場合でも、磁性細線全体に対するリザーブ領域の占める割合が減少し、磁気メモリの記録密度が増大する。
【００３１】
本発明の磁気メモリにおいて、上記記録素子および上記再生素子の少なくとも一方は、前記磁性細線を少なくとも３つ以上の領域に均等に分割する間隔で配置され、該間隔と、上記リザーブ領域の長さとが等しいことを特徴とする。
【００３２】
これにより、リザーブ領域の一端部に隣接して存在している磁壁を、当該リザーブ領域の他端部まで移動させる距離と、ある記録素子または再生素子から、その隣の記録素子または再生素子まで、磁壁を移動させる距離とが等しい。したがって、リザーブ領域の一端側に存在している全ての記録領域内の磁壁を、リザーブ領域に向かって一方向に移動させたとすると、それらの全ての磁壁が、リザーブ領域の長さ分の移動をする間に、どれかの記録素子または再生素子を通過することになる。
【００３３】
さらに、リザーブ領域の他端側に存在している全ての記録領域内の磁壁を、リザーブ領域に向かって、上記と逆向きの一方向に移動させたとすると、それらの全ての磁壁が、リザーブ領域の長さ分の移動をする間に、どれかの記録素子または再生素子を通過することになる。
【００３４】
これにより、リザーブ領域を両隣の記録領域が共有する構成によって、情報の記録密度を向上させることができる効果に加えて、１つのリザーブ領域がありさえすれば、磁性細線の残りの領域を全て記録領域としても、記録領域内の全磁区に対し、情報を記録または再生することができる。したがって、上記の構成は、磁性細線の記録密度を最大限に増やすことができる。
【００３５】
本発明の磁気メモリにおいて、上記リザーブ領域が、その両端を記録領域によって挟まれる位置関係にある場合、上記端子は、上記リザーブ領域とその両隣に配置した記録領域との各隣接部、および各記録領域における、上記隣接部と反対側の各端部に、設けられていることが好ましい。
【００３６】
上記の構成によれば、リザーブ領域およびその両端に隣接して配置した記録領域を1組として考えた場合に、一方の記録領域における、リザーブ領域と隣接していない端部（Ａ１）、当該一方の記録領域における隣接部（Ｂ１）、他方の記録領域における隣接部（Ｂ２）、並びに、当該他方の記録領域における、リザーブ領域と隣接していない端部（Ａ２）のそれぞれに、端子が設けられている。
【００３７】
したがって、例えば、ある磁区が、一方の記録領域の端部（Ａ１）の付近に位置していたとしても、端部（Ａ１）と隣接部（Ｂ２）とにそれぞれ配置された端子を選択し、極性の異なる電圧を各端子に印加することにより、当該磁区を一方の記録領域からリザーブ領域に移動させることができる。
【００３８】
同様に、他の磁区が、他方の記録領域の端部（Ａ２）の付近に位置していたとしても、端部（Ａ２）と隣接部（Ｂ１）とにそれぞれ配置された端子を選択し、極性が異なり、かつ、その極性の異ならせ方が、上記とは反対の電圧を各端子に印加することにより、当該磁区を他方の記録領域からリザーブ領域に移動させることができる。
【００３９】
すなわち、一つの記録領域の端から端まで、例えば端部（Ａ１）から隣接部（Ｂ１）まで、または端部（Ａ２）から隣接部（Ｂ２）までにわたって形成された全ての磁区に対して、リザーブ領域に移動させる移動量および移動方向を制御することが可能になる。
【００４０】
本発明の磁気メモリにおいて、上記端子は、上記リザーブ領域およびその両端に位置する記録領域と、組を成して設けられていることが好ましい。
【００４１】
すなわち、本発明に係る磁性細線が、複数のリザーブ領域と、それぞれのリザーブ領域が、両端の記録領域によって挟まれている構成の場合であっても、上記端子は、リザーブ領域および記録領域のそれぞれの組み合わせ毎に組を成して、複数設けられている。
【００４２】
この構成によれば、「隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させる」という上述の制御を、１つ１つのリザーブ領域について、それぞれの組をなす端子を用いて、独立させることができる。この結果、磁区を移動させるための電流を流す磁性細線の長さを小分けして、短くすることができるので、従来技術とは異なり、配線抵抗を小さくし、消費電力を低減することができる。
【００４３】
また、従来技術のように、磁性細線に形成された全ての磁区を一度に移動させる必要が無くなる。つまり、所望の端子を用いた駆動により、記録または再生を行いたい磁区を絞り込んで移動させることができる。この結果、本発明の磁気メモリは、ランダム・アクセス性に優れ、高速処理に対応可能となる。
【００４４】
本発明の磁気メモリにおいて、上記各記録領域の長さと、上記リザーブ領域の長さとは、均等であってもよい。
【００４５】
上記の構成によれば、リザーブ領域の両端に位置する各記録領域の長さとリザーブ領域の長さとが均等なので、１つの記録領域の端から端まで形成された複数の磁区を、リザーブ領域に移動させる場合に、記録領域内の全磁区を、リザーブ領域に格納することができる。このことは、リザーブ領域を挟む記録領域のどちらについても当てはまる。
【００４６】
この結果、リザーブ領域に隣接する記録領域内の全磁区は、リザーブ領域と記録領域との隣接部を通過するから、記録素子および再生素子の少なくとも一方を、当該隣接部に設けておけば、リザーブ領域に隣接する記録領域内の全磁区について、情報を記録または再生することができる。したがって、従来より、記録素子または再生素子の配置数を少なく抑えながら、記録密度を向上させることができる。
【００４７】
本発明の磁気メモリにおいて、上記記録素子および再生素子の少なくとも一方と、上記端子とが、上記各隣接部において組を成して設けられていることが好ましい。
【００４８】
これにより、記録素子および再生素子の少なくとも一方と、端子とは、リザーブ領域とその両隣に位置する記録領域との各隣接部において、互いに近接して設けられた構成となる。この結果、記録領域からリザーブ領域に移動してくる磁区の情報は、リザーブ領域の端部付近に配された記録素子または再生素子によって、記録または再生される。したがって、リザーブ領域に無駄が生じない。
【００４９】
これに対し、例えば、記録素子および再生素子の少なくとも一方と、端子とが、離間して配置されていると、その離間した距離だけリザーブ領域を確保しないと、記録領域の全ての磁区の情報を記録または再生できなくなる。
【００５０】
したがって、上記本発明の構成は、磁気メモリの記録密度を向上させるのに寄与する。
【００５１】
本発明の磁気メモリにおいて、上記リザーブ領域の数と記録領域の数との合計数が奇数の場合、中央の領域をリザーブ領域として、情報の記録または再生が行われ、上記合計数が偶数の場合、中央で隣接した２つの領域のどちらか１つをリザーブ領域として、情報の記録または再生が行われるようにしてもよい。
【００５２】
上記の構成によれば、磁性細線は、領域の数が奇数の場合、中央の領域のみがリザーブ領域となり、残りの領域は全て記録領域となる。あるいは、領域の数が偶数の場合、中央で隣接する２つの領域のどちらか１つがリザーブ領域となり、残りの領域はすべて記録領域となる。これにより、記録領域の数を増加することができる。したがって、記録密度を高めることができる。
【００５３】
なお、複数の領域の１つをリザーブ領域として確保しておけば、そのリザーブ領域に隣接する記録領域から、そのリザーブ領域に磁壁を移動させれば、記録領域に磁区の無い空き領域を形成することができる。すなわち、リザーブ領域自体が、磁区の移動に伴って、隣接する記録領域へ移動する。
【００５４】
前述したように、リザーブ領域およびその両隣に配置した記録領域と、組を成して端子を設け、リザーブ領域に対して、両隣の記録領域のそれぞれから、磁区を受け入れる構成とすることが、高速なランダムアクセスを可能とするには最も好ましい。しかし、３つ以上の記録領域に対し、１つのリザーブ領域を設けるだけでも、上述のようにリザーブ領域自体が移動するため、１つのリザーブ領域を全ての記録領域が共有できる。したがって、記録密度を高めるという効果を変わりなく得ることができる。
【００５５】
なお、上記磁気メモリを有し、該磁気メモリに情報を記録する、または該磁気メモリに記録された情報を再生する情報処理装置は、その磁気メモリに情報を高密度に記録することができ、記録した情報に対するランダムアクセスを高速に行うことができるという、本発明に特有の効果を奏する。
【００５６】
本発明の情報記録媒体の駆動方法は、
情報記録媒体としての磁性細線に形成された複数の磁区を仕切る磁壁を、情報の記録または再生時に、磁性細線に電流を供給することにより移動させる情報記録媒体の駆動方法であって、
上記磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動に伴う磁区の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを有し、
隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させることができるように、上記磁性細線内おける上記磁壁の移動を制御する電流を流すことを特徴としている。
【００５７】
上記の構成によれば、既に説明したように、１つのリザーブ領域を両隣の記録領域が共有することにより、１つのリザーブ領域を有効に使用することができる。この結果、磁性細線全体に対する記録領域の占める割合を増やすことができるため、磁気メモリの記録密度を高めることができる。
【００５８】
また、本発明の情報記録媒体の駆動方法は、上記リザーブ領域とその両端に位置する記録領域との各隣接部、および各記録領域における、上記隣接部と反対側の各端部に設けた端子の中から、選択した２つの端子間のみに上記電流を流すことによって、上記２つの端子間に存在する磁壁のみを移動させることを特徴としている。
【００５９】
上記の構成によれば、磁性細線中の各部に配置された端子の中から選択した２端子間のみに電流を流すことによって、所望の端子間に存在する磁壁のみを移動させることができる。したがって、従来のように、情報の記録時または再生時に、磁性細線全体に駆動電流を流す必要が無くなるので、磁壁を移動させるための消費電力を低減することができる。また、端子の選択によって、移動させる磁壁を絞り込むことができるので、高速なランダムアクセスを可能にする。
【発明の効果】
【００６０】
本発明によれば、磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを有し、上記磁性細線の両端部を除いて、上記記録素子および再生素子の少なくとも一方を磁性細線に対して等しい間隔に設けるとともに、上記リザーブ領域に対して、磁性細線の長手方向に沿って正逆両方向に、上記磁壁を移動させることができる電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を設け、上記リザーブ領域の長さを、上記間隔と等しい長さに設定している。
【００６１】
これにより、記録素子または再生素子の配置間隔に等しい長さのリザーブ領域が１つあれば、リザーブ領域以外を全て記録領域としても、情報の記録または再生を適正に行うことができる。この結果、本発明の磁気メモリは、従来の磁気メモリに比べて、遥かに、記録密度を向上させることができるという効果を奏する。
【００６２】
さらに、本発明によれば、磁性細線は、磁区を格納する記録領域と、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動を、上記記録領域から受け入れるリザーブ領域とを含む複数の領域を有し、隣接する記録領域によって両側から挟まれたリザーブ領域に、両側の記録領域のそれぞれから磁壁を移動させることができるように、上記磁性細線内における上記磁壁の移動を制御する電流を、磁性細線に流すための電圧を印加する端子を備えている。
【００６３】
これにより、１つのリザーブ領域が両隣の記録領域によって共有されるので、本発明の磁気メモリは、従来より高記録密度を実現することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
［実施の形態］
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。
【００６５】
（単位セル２０）
図１は本発明に係る磁気メモリを構成する単位構造としての単位セル２０を示す概略図である。
【００６６】
図１に示すように、単位セル２０は、情報記録媒体としての磁性細線１と、磁性細線１に情報を記録するための記録素子１６ａ及び１６ｂと、磁性細線１から情報を読み取るための再生素子１７ａ及び１７ｂと、上記磁性細線１に後述する電流を供給するための端子２１ａ〜２１ｄとから構成されている。
【００６７】
上記磁性細線１は、図８、及び図１０で示した従来の磁性細線１０１と同様に、物理的な切れ込み（くびれ）で区切られた複数の磁区９３から成る。情報の“１”又は“０”は、各磁区９３における磁化の向きにより記録されるので、 “１”又は“０”の１ビットデータを記録する、磁性材料でできたビット・セルが、図示しない基板に対して垂直に多数積層されていることになる。
【００６８】
なお、図示の便宜上、図１等に明示していないが、上記物理的切れ込みは、磁性細線１全体に等間隔に形成されている。隣接する磁区９３同士を仕切る磁壁を移動させるとき、磁壁は、物理的切れ込みの形成位置で安定して止まる。したがって、物理的切れ込みは、磁壁の位置を制御する役割を持っている。
【００６９】
また、本発明に係る上記単位セル２０は、図８に示す単位セル９００Ｂを電気的に３つ直列に接続した形状をしている。なお、磁性細線１に流すパルス電流の向きとパルス数とによって、磁性細線１中に形成された磁壁が移動する方向および距離を制御することができる。
【００７０】
磁性細線１は、図８に示した特許文献１及び２に記載されているＭＲＴＭの単位セル９００Ｂの構成図と同様に、情報を記録して保存する領域である記録領域９４ａ又は９４ｂと、それ以外の領域であるリザーブ領域９５とに分けられている。
【００７１】
上記記録領域９４ａ又は９４ｂは、情報の記録または再生を開始する初期状態において、リザーブ領域９５の両隣に、隣接して配置されている。この配置状態であれば、リザーブ領域９５は、情報の記録または再生時に、上記磁壁の移動に伴う磁区の移動を、上記記録領域９４ａおよび９４ｂのどちらからでも受け入れることができる。
【００７２】
また、上記端子２１ａ〜２１ｄは、リザーブ領域９５とその両隣に配置した記録領域９４ａおよび９４ｂとの各隣接部、および記録領域９４ａおよび９４ｂにおける、上記隣接部と反対側の各端部に、設けられている。すなわち、単位セル２０の一端部に相当する記録領域９４ａの一端部には、端子２１ａが設けられている。リザーブ領域９５の両端には、端子２１ｂと端子２１ｃとが設けられている。単位セル２０の他端部に相当する記録領域９４ｂの一端部には、端子２１ｄが設けられている。
【００７３】
ここで、端子２１ｂは、記録領域９４ａとリザーブ領域９５とに共通する端子である。また、端子２１ｃは、記録領域９４ｂとリザーブ領域９５とに共通する端子である。
【００７４】
このように、磁性細線１に電流を供給するための端子２１ａ〜２１ｄは、単位セル２０の両端に配置されるとともに、リザーブ領域９５を挟み込む位置に配置されており、図示しない電源により所望の端子にプラスもしくはマイナスの電圧を印加することができる。
【００７５】
次に、上記記録素子１６ａ及び再生素子１７ａは、リザーブ領域９５と記録領域９４ａとの隣接部において、端子２１ｂと組を成して設けられている。また、上記記録素子１６ｂ及び再生素子１７ｂは、リザーブ領域９５と記録領域９４ｂとの隣接部において、端子２１ｃと組を成して設けられている。
【００７６】
より具体的には、記録素子１６ａ、１６ｂ及び再生素子１７ａ、１７ｂは、磁性細線１を少なくとも３つ以上の領域に均等に分割するような位置に、それぞれ一対ずつ配置されている。これにより、記録素子１６ａ、１６ｂ及び再生素子１７ａ、１７ｂによって分割された磁性細線１の中央の分割領域の一つがリザーブ領域９５となり、その他の分割領域が記録領域９４ａ、９４ｂとなっている。
【００７７】
したがって、記録素子１６ａと、その次に配置された隣の記録素子１６ｂとの間の配置間隔は、リザーブ領域９５の長さと等しくなっている。
【００７８】
上記の構成を備えた単位セル２０において、記録時または再生時の動作を説明する。例えば、端子２１ａにプラスの電圧を印加し、端子２１ｃにマイナスの電圧を印加すると、端子２１ａから端子２１ｃに、記録領域９４ａからリザーブ領域９５を通って、電流が流れる。記録領域９４ａに形成された磁区を区切る磁壁は、この電流により、リザーブ領域９５へ移動する。
【００７９】
上記磁壁が記録領域９４ａからリザーブ領域９５へ移動するとき、記録素子１６ａはデータを磁区に記録し、再生素子１７ｂはデータを磁区から読み取る。結果として、記録領域９４ａに存在していた磁区が、リザーブ領域９５に移動する。記録領域９４ａの長さは、リザーブ領域９５の長さと等しいから、記録領域９４ａに存在していた全ての磁区を、リザーブ領域９５に移動させることができる。したがって、リザーブ領域９５に隣接する記録領域９４ａまたは９４ｂ内の全磁区は、リザーブ領域９５と記録領域９４ａまたは９４ｂとの隣接部を通過するから、記録素子１６ａ・１６ｂおよび再生素子１７ａ・１７ｂの少なくとも一方を、当該隣接部に設けておけば、記録領域９４ａまたは９４ｂ内の全磁区について、情報を記録または再生することができる。
【００８０】
この結果、従来の図１０に示す構成と比較して明らかなように、磁性細線の同じ長さに対して、記録素子または再生素子の配置数を減らすことができる。
【００８１】
一方、記録領域９４ｂの磁区に対し、データの記録または再生を行うためには、端子２１ｄにプラスの電圧を印加し、端子２１ｂにマイナスの電圧を印加する。この場合、データの記録は、記録素子１６ｂによって行われ、データの再生は、再生素子１７ｂによって行われる。
【００８２】
上記により、記録領域９４ａと記録領域９４ｂとは、リザーブ領域９５を共有することができる。これにより、１つの記録領域に対して必要とされるリザーブ領域の数を減少することができる。したがって、減少したリザーブ領域の数の分、記録領域を増加することができるので、磁性細線１は、記録密度（単位長さあたりの記録容量）を高くすることができる。
【００８３】
より具体的には、単位セル２０の構成では、磁性細線１の３分の２を記録領域に充てることができる。従来の構成では、磁性細線の２分の１を記録領域に充てることしかできなかったので、単位セル２０の記録密度は、従来の約１．３３倍に増大する。
【００８４】
（磁気メモリ１０）
図２は、本実施の形態にかかる磁気メモリ１０の主要部の概略図である。図２に示すように、磁気メモリ１０は、上記単位セル２０を電気的に直列に複数接続することで構成されている。
なお、ある単位セル２０と他の単位セル２０との接続部には、共通端子を１つ設けておけばよい。
このように、電気的に直列に接続する単位セル２０の数を増やす程、磁気メモリ１０の記録容量を上げることができる。
【００８５】
また、端子２１ａ〜２１ｄが、各記録領域９４ａ、９４ｂおよび各リザーブ領域９５の両端部に配されているため、任意の単位セル２０における任意の記録領域に対応する２つの端子を選択することによって、所望の磁区にアクセスすることができる。
【００８６】
この結果、磁壁を移動させる電流の経路が、従来より大幅に短くなるので、磁気メモリの消費電力を従来より大幅に低減することができる。また、所望の端子を用いた駆動により、記録または再生を行いたい磁区を絞り込んで移動させることができるので、本発明の磁気メモリは、ランダム・アクセス性に優れ、高速処理に対応可能となる。
【００８７】
（記録素子・再生素子・端子の配置）
図３は、単位セル２０に配置された記録素子１６ａ及び１６ｂ、再生素子１７ａ及び１７ｂ、及び端子２１ａ〜２１ｄの様々な配置を示した図である。いずれの配置においても、記録素子１６ａ、１６ｂ及び再生素子１７ａ、１７ｂは、磁性細線１を少なくとも３つ以上の領域に均等に分割するような位置に設けるという、本発明にとって重要な条件を満たしている。
【００８８】
図３（ａ）に示すように、端子２１ａ〜２１ｄが磁性細線１の下側に配置されており、磁性細線１の上側に記録素子１６ａ又は１６ｂと、再生素子１７ａ又は１７ｂとを隣接して配置しても構わない。
【００８９】
また、図３（ｂ）に示すように、端子２１ａ〜２１ｄが磁性細線１の上側に配置されており、磁性細線１の下側に記録素子１６ａ又は１６ｂと、再生素子１７ａ又は１７ｂとを隣接して配置しても構わない。
【００９０】
さらに、図３（ｃ）に示すように、磁性細線１の上側に端子２１ａ〜２１ｄを配置し、磁性細線１を挟み込むようにして記録素子１６ａ又は１６ｂと、再生素子１７ａ又は１７ｂとを配置しても構わない。
【００９１】
ここで、端子２１ａ〜２１ｄの材料については特に限定されるものではなく、磁気メモリ１０の構成等に応じて適宜選択の上、採用すればよい。例えば、電気抵抗が低く断面積を小さくすることができ、消費電力を低減することが可能であるとの理由から、銅・アルミニウム・ニッケル・白金等の金属線が好ましいといえる。
【００９２】
一方、磁性細線１を形成する材料としては、磁気エネルギー（磁化）、交換相互作用エネルギー、磁気異方性エネルギー、又はダンピング係数を適切に選択した強磁性（フェロ磁性、又はフェリ磁性）を示す磁性材料であることが望ましい。これら磁性材料の代表的なものとしては、パーマロイ、ＦｅＮｉ合金、ＣｏＦｅ合金、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏからなる合金、Ｎｉ、Ｆｅ、又はＣｏからなる合金にＢ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｃｒ、Ｐｄ、又はＰｔを添加した磁性材料がある。その他に希土類−遷移金属合金なども挙げることができる。
【００９３】
磁性材料（例えばパーマロイ）からなる磁性細線１は、Ｓｉ基板上にＳｉ、ＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４膜などを形成し、これにトレンチと呼ばれる高アスペクト比の穴を形成した後に、その中に磁性材料を充填して作製する。
【００９４】
トレンチの寸法の一例としては、断面積１００ｎｍ×１００ｎｍであり、深さは０．５μｍ〜１０μｍである。上記寸法は、一例として示したものであり、この形状に限定されるものではない。また、断面形状は円形でも四角形でも構わない。
【００９５】
トレンチの形成および磁性材料の充填方法としては、例えば、ＤＲＡＭ製造プロセスにおいて使用されている半導体のエッチング方法を用いてトレンチを形成した後に、メッキ法を用いて磁性材料を充填する方法がある。
【００９６】
また、本実施の形態にかかる磁気メモリ１０の構成要素は、すべて半導体プロセスを用いて製造することができる。
【００９７】
（磁気メモリ駆動方法）
次に図４（ａ）〜（ｃ）を用いて、本実施の形態にかかる磁気メモリ１０の駆動方法・作用について説明する。図４（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態にかかる磁気メモリ１０の駆動方法を説明する図である。
【００９８】
図４（ａ）に示すように、単位セル２０の初期状態では、記録領域９４ａ（端子２１ａ〜２１ｂ間）、及び記録領域９４ｂ（端子２１ｃ〜２１ｄ間）に情報が記録されており、端子２１ｂ〜２１ｃ間は、リザーブ領域９５となっている。
【００９９】
ここで、本実施の形態における単位セル２０の端子２１ａ〜２１ｄの各々に、図示しない電源によって、プラスもしくは、マイナスの電圧を印加する。電圧を印加する端子２１ａ〜２１ｄの組み合わせを適時制御することによって、単位セル２０中から選択した端子間の磁壁のみを、磁性細線１の長手方向に沿った正逆いずれの方向にも移動させることができる。
【０１００】
例えば、端子２１ａにプラス、端子２１ｃにマイナスの電圧を印加し、端子２１ｂ、及び２１ｄを開放した場合、端子２１ａ→端子２１ｃの方向に電流が流れることになる。そのため、図４（ｂ）に示すように、磁性細線１における記録領域９４ａ中の磁壁は、端子２１ｃに向かって移動することになる。また、記録領域９４ｂ中の磁壁は、記録領域９４ｂが存在する磁性細線１の端子２１ｃと端子２１ｄ間に電流が流れないため移動しない。
【０１０１】
なお、磁壁は、電流の流れる方向と同じ方向に動くものとして説明する。磁性細線１の磁性材料の種類によっては、電流の流れる方向と逆方向に動く場合もある。
【０１０２】
また、逆に、端子２１ａにマイナス、端子２１ｃにプラスの電圧を印加し、端子２１ｂ、及び２１ｄを開放する。すなわち、端子２１ｃ→端子２１ａに電流を流す。これにより、図４（ｂ）において、端子２１ａから端子２１ｃの方向に移動させた磁壁を、逆にリザーブ領域９５から記録領域９４ａに戻すことができる。
【０１０３】
一方、端子２１ｄにプラス、端子２１ｂにマイナスの電圧を印加し、端子２１ａ、及び端子２１ｃを開放した場合、端子２１ｄ→端子２１ｂの方向に電流が流れることになる。そのため、図４（ｃ）に示すように、磁性細線１における記録領域９４ｂ中の磁壁は、端子２１ｂに向かって移動することになる。また、記録領域９４ａ中の磁壁は、記録領域９４ａが存在する磁性細線１の端子２１ａと端子２１ｂとの間に電流が流れないため移動しない。
【０１０４】
また、逆に、端子２１ｄにマイナス、端子２１ｂにプラスの電圧を印加し、端子２１ａ、及び２１ｃを開放する。すなわち、端子２１ｂ→端子２１ｄの方向に電流を流す。これにより、図４（ｃ）において、端子２１ｂから端子２１ｂの方向に移動させた磁壁を、逆にリザーブ領域９５から記録領域９４ｂに戻すことが可能となる。
【０１０５】
また、本実施の形態において、記録素子１６ａ及び１６ｂと再生素子１７ａ及び１７ｂとは、磁性細線１を均等に分割する位置に配置され、各端子で区切られる領域をそれぞれ記録領域９４ａ、９４ｂ、及びリザーブ領域９５としている。また、磁性細線１に電流を供給するための端子２１ａ〜２１ｄは、磁性細線１の両端及び、リザーブ領域９５を挟み込むように配置されている。
【０１０６】
ここで、リザーブ領域９５は、記録領域９４ａもしくは記録領域９４ｂから移動してきた磁壁を一時的に格納するための領域である。すべての情報の記録又は再生をする為には、情報が記録されているすべての磁区を区切る磁壁が、記録素子１６ａ及び１６ｂ、及び再生素子１７ａ及び１７ｂ上を通過する必要がある。
【０１０７】
その為には、リザーブ領域９５の長さは、情報が記録されている磁区間を区切る磁壁が移動する長さと同等か、又はそれ以上にする必要がある。
【０１０８】
例えば、記録素子１６ａ及び１６ｂ、再生素子１７ａ及び１７ｂを、磁性細線１を均等に分割する位置に配置しなかった場合、（１）リザーブ領域の長さ＜磁壁が移動する長さ、（２）リザーブ領域の長さ＞磁壁が移動する長さの２つのパターンとなる。
【０１０９】
（１）のリザーブ領域の長さ＜磁壁が移動する長さの場合では、記録領域から移動してきた磁壁を格納するためのリザーブ領域が不足するため、記録素子と再生素子の上を、情報が記録されたすべての磁区を移動させることができず、記録領域にある磁区すべてを記録又は再生をすることができない。
【０１１０】
また、（２）のリザーブ領域の長さ＞磁壁が移動する長さの場合では、記録素子と再生素子の上を、情報が記録されたすべての磁区が移動することが可能となるが、リザーブ領域が余るため、余った磁性細線の長さ分、記録領域が小さくなる。すなわち、磁性細線の記録容量が小さくなる。
【０１１１】
したがって、記録容量を最大にするためには、記録領域９４ａ又は９４ｂから磁壁が移動する長さとリザーブ領域９５とが同じ長さで有る方が望ましく、磁性細線１を均等に分割する位置に記録素子１６ａ及び１６ｂ、再生素子１７ａ及び１７ｂを配置し、各端子で区切られる領域をそれぞれ記録領域９４ａ、９４ｂ、又はリザーブ領域９５とするのが好ましい。
【０１１２】
また、端子２１ｂは、記録素子１６ａ及び再生素子１７ａに近接し、また、端子２１ｃは、記録素子１６ｂ及び再生素子１７ｂに近接して配置されることが望ましい。端子２１ｂと記録素子１６ａおよび再生素子１７ａ、又は、端子２１ｃと記録素子１６ｂ及び再生素子１７ｂとの間に距離があると、その距離分だけ余分にリザーブ領域９５が必要となる。したがって、記録密度を上げるためには、なるべく近接して記録素子１６ａと再生素子１７ａと端子２１ｂ、又は記録素子１６ｂと再生素子１７ｂと端子２１ｃとを設置する必要がある。
【０１１３】
（記録領域への情報の記録又は再生）
次に、上記で説明したメモリの駆動方法を用いて、記録領域９４ａ及び９４ｂへの情報の記録又は再生について説明する。
【０１１４】
情報を再生する場合は、上記記載の方法により端子２１ａ〜２１ｄに加える電圧を制御し、所望の記録領域９４ａもしくは９４ｂの磁壁を所望の方向に移動させ、再生を行いたい情報が記録されている磁区をそれぞれ再生素子１７ａもしくは１７ｂの設置位置に移動する。
【０１１５】
例えば、記録領域９４ａ中に記録されている情報の再生をする場合は、端子２１ａにプラス、端子２１ｃにマイナスの電圧を印加し、端子２１ｂ、及び２１ｄを開放することによって、端子２１ａ→端子２１ｃの方向に電流を流す。この場合、図４（ｂ）に示すように、磁性細線１における記録領域９４ａ中の磁壁は、端子２１ｃに向かって移動し、再生をしたい情報が記録されている磁区を再生素子１７ａの設置位置に移動させる。
【０１１６】
再生素子１７ａは、図９を参照して説明したように、ＴＭＲ（トンネル磁気抵抗）素子を含んでおり、ＴＭＲ素子の設置位置に移動してきた磁区９３（図１）の磁化の向きにより、ＴＭＲ素子の自由層の磁化の向きが変化する。再生素子１７ａは、この自由層の磁化の向きをＴＭＲ効果により検知することによって、情報の“１”又は“０”を読み取ることができる。
【０１１７】
また、記録領域９４ｂの情報を再生する場合は、端子２１ｄにプラス、端子２１ｂにマイナスの電圧を印加し、端子２１ａ、及び２１ｃを開放することによって、端子２１ｄ→端子２１ｂの方向に電流を流す。この場合、図４（ｃ）に示すように、磁性細線１における記録領域９４ｂ中の磁壁が、端子２１ｂに向かって移動することになるので、再生をしたい情報が記録されている磁区を再生素子１７ｂの設置位置に移動させる。
【０１１８】
次に、情報を記録する場合は、再生時と同様に、端子２１ａ〜２１ｄに加える電圧を制御し、所望の記録領域９４ａもしくは９４ｂの磁壁を所望の方向に移動させ、記録をしたい磁区を記録素子１６ａもしくは１６ｂの設置位置に移動させる。ここで、記録素子１６ａおよび１６ｂに電流を流し、それにより発生する磁界によって、記録素子上部に位置する磁区の磁化の方向を設定することで“１”、又は“０”を記録する。
【０１１９】
ただし、隣接する単位セル２０を同時に記録又は再生する場合、以下に示す動作はできない。このことについて、図５を用いて以下に説明する。図５は、磁気メモリ１０の単位セル２０と単位セル２０’とを直列に接続した構成の図である。また、単位セル２０と単位セル２０’の接続部では、それぞれ端子２１ｄと端子２１ａ’とが共通の端子となっている。
【０１２０】
単位セル２０’中の記録領域９４ａ’の磁壁を移動させる為には、上記記載したように、端子２１ａ’にプラス、端子２１ｃ’にマイナスの電圧を印加し、端子２１ｂ’、及び２１ｄ’を開放する。この時、端子２１ａ’→端子２１ｃ’の方向に電流が流れることになる。そのため、図５に示すように、磁性細線１’における記録領域９４ａ’中の磁壁は、端子２１ｃ’に向かって移動することになる。
【０１２１】
一方、単位セル２０中の記録領域９４ａの磁壁を単位セル２０’中の記録領域９４ａ’の磁壁と同時に移動させる為には、端子２１ａにプラス、端子２１ｃにマイナスの電圧を印加し、端子２１ｂ、及び２１ｄを開放する必要がある。この時、端子２１ａ→端子２１ｃの方向に電流が流れるが、単位セル２０’を同時に駆動しているため、共通の端子である端子２１ｄ（２１ａ’）は、プラスに印加されている。
【０１２２】
この状態では、端子２１ｃがマイナスに印加されているため、記録領域９４ｂの端子２１ｄ→２１ｃの方向にも電流が流れることとなる。この場合、記録領域９４ｂ中の磁壁が移動する先のリザーブ領域が無いことから、記録領域９４ｂ中に記録されている情報が消滅してしまう。
【０１２３】
よって、実際に本実施形態に係る磁気メモリを駆動する場合においては、直列に接続された複数の単位セル２０を、所定の時間差をもって駆動する時分割走査方式を採用することが必要となる。時分割走査方式を用いた場合は、単位セル２０を直列に複数接続して構成した磁気メモリ１０を複数個用意してグループとし、複数の磁気メモリ１０を同時に駆動して情報処理をする。こうすれば、アクセス速度が落ちることはない。
【０１２４】
従来の構造では、磁気メモリ９００（図１０参照）を構成する単位セルすべてに電流が流れるため、消費電力が大きくなる。したがって、複数の磁気メモリ９００を同時に駆動することは、さらなる消費電力の増大を招くため困難であった。本実施形態のように、磁気メモリ１０の一部のみを駆動する方式においては、低消費電力のために、複数の磁気メモリ１０を同時に駆動することが可能となる。
【０１２５】
以上の説明の様に、本実施の形態においては、磁性細線１を、情報を記録するための記録素子１６ａ及び１６ｂ、情報を再生するための再生素子１７ａ及び１７ｂで均等に分割し、分割領域の一つをリザーブ領域９５とし、その他の分割領域を記録領域としている。情報の記録又は再生の際には、リザーブ領域９５の両端と磁性細線１の両端に配置された端子２１ａ〜２１ｄの電圧を制御することにより、リザーブ領域９５の両隣にある記録領域９４ａおよび９４ｂを各々駆動することが可能となる。したがって、従来の磁性細線全体を駆動する方式に比べ、消費電力、及びランダム・アクセス性に優れた磁気メモリを実現することが可能となる。
【０１２６】
また、端子２１ａ〜２１ｄに印加する電圧を制御し、記録領域９４ａと９４ｂ中の情報が記録された磁区９３を、同じリザーブ領域９５に各々移動させることにより、記録領域９４ａ及び９４ｂが、リザーブ領域９５を共通に使用することが可能となる。このため、図８及び図１０に示した従来の方法に比べて、単位長さあたりのリザーブ領域９５が少なくて済む。結果として、磁気メモリ１０は、記録領域９４ａ及び９４ｂを従来に比べて大きく取ることができ、高密度記録が可能となる。
【０１２７】
（磁性細線連結の一例）
一例として、図６は、従来の磁気メモリ９００の単位セル９００Ｂ５つ分の長さを有する単位セル３０の概略図である。この単位セル３０の場合においても、磁性細線１を均等に５分割する位置に記録素子１６ａ〜１６ｄ及び再生素子１７ａ〜１７ｄを配置し、中央の分割領域をリザーブ領域９５としている。さらに、リザーブ領域９５の左右に隣接した残りの分割領域を記録領域９４ａ及び９４ｂとしている。記録領域９４ａ及び９４ｂは、それぞれ、磁性細線１全体の５分の２の長さを有している。
【０１２８】
また、磁性細線１に電流を供給するための端子２１ａ〜２１ｄは、単位セル３０の両端及び、リザーブ領域９５を挟み込むように配置されている。言い換えると、上記端子２１ａ〜２１ｄは、記録領域９４ａ及び９４ｂの各両端部と、リザーブ領域９５の両端部に設けられているともいえるし、リザーブ領域９５とその両隣に配置した記録領域９４ａ及び９４ｂとの各隣接部、および各記録領域９４ａ及び９４ｂにおける、上記隣接部と反対側の各端部に、設けられているともいえる。
【０１２９】
この場合においても、端子２１ａ〜２１ｄに印加される電圧を制御することにより、各記録領域９４ａ及び９４ｂが、１つのリザーブ領域９５を共有できるので、上記と同様の効果を示す。
【０１３０】
なお、磁性細線１を均等に５分割する位置に記録素子１６ａ〜１６ｄ及び再生素子１７ａ〜１７ｄを配置したことによって、例えば、記録領域９４ａの中央に、記録素子１６ａ及び再生素子１７ａが設けられている。記録領域９４ａの右半分のＵ字領域に存在している磁区をリザーブ領域９５に移動させると、その右半分のＵ字領域が、記録領域９４ａの左半分のＵ字領域に存在している磁区を移動させるためのリザーブ領域の役割をする。記録領域９４ａの中央に設けた記録素子１６ａ及び再生素子１７ａは、左半分のＵ字領域に存在している磁区を、右半分のＵ字領域に移動させるときに、記録または再生を行う。
【０１３１】
結局、記録素子１６ａ〜１６ｄ及び再生素子１７ａ〜１７ｄは、リザーブ領域の長さを単位として、磁性細線１を等分割した位置に配置することが好ましい。
【０１３２】
上記のように、記録素子１６ａ〜１６ｄ、または再生素子１７ａ〜１７ｄを、リザーブ領域９５の長さと等しい長さの間隔で、しかも磁性細線１に対して等間隔に配置すると、リザーブ領域９５の一端部（例えば端子２１ｂの位置）に隣接して存在している磁壁を、当該リザーブ領域９５の他端部（例えば端子２１ｃの位置）まで移動させる距離と、ある記録素子（例えば１６ａ）から、その隣の記録素子（例えば１６ｂ）まで、磁壁を移動させる距離とが等しくなる。
【０１３３】
したがって、リザーブ領域の一端側（例えば端子２１ａと端子２１ｂとの間）に存在している記録領域（例えば９４ａ）内の全ての磁壁を、リザーブ領域９５に向かって一方向に移動させたとすると、それらの全ての磁壁が、リザーブ領域９５の長さ分の移動をする間に、どれかの記録素子（具体的には、１６ａおよび１６ｂのどちらか）を通過することになる。
【０１３４】
つまり、上記の例示に基づいて具体的に説明すると、記録領域９４ａの左半分に位置する磁区は、記録素子１６ａを通過することによって、必要に応じた記録が行われ、記録領域９４ａの右半分に位置する磁区は、同時に、記録素子１６ｂを通過することによって、必要に応じた記録が行われる。記録領域９４ｂについても同じことがいえるし、また、再生についても記録と同じことがいえる。
【０１３５】
このように、磁性細線を均等に５分割（少なくとも３分割以上であればよい）する位置に記録素子及び再生素子の少なくとも一方を配置し、中央の分割領域をリザーブ領域とし、残りの分割領域を記録領域としたことによって、磁区が移動できる距離(＝リザーブ領域の長さ)で、複数の記録素子のいずれかの上、または再生素子のいずれかの上を、全ての記録領域中の磁区が通過することができる。
【０１３６】
したがって、記録素子または再生素子の配置間隔に等しい長さのリザーブ領域が１つあれば、リザーブ領域以外を全て記録領域としても、情報の記録または再生を適正に行うことができる。したがって、記録素子及び再生素子の少なくとも一方を、リザーブ領域の長さに等しい長さで等間隔に配置した場合、磁性細線の記録密度を最も大きくすることができる。
【０１３７】
なお、図６に示すように、例えば記録素子１６ｂ・１６ｃを、リザーブ領域９５の両端部に設けることは、本発明にとって必須条件ではない。例えば、記録素子１６ｂをリザーブ領域９５の途中位置に配置し、残りの記録素子１６ａ・１６ｃ・１６ｄを、リザーブ領域９５の長さと同じ長さの間隔で配置しさえすれば、全ての磁区に対する記録を適正に行うことができる。
【０１３８】
ただし、例えば、記録素子１６ｂをリザーブ領域９５の途中位置に配置すると、図６の構成の場合でいえば、記録素子の必要数が１つ増えるので、記録素子１６ｂ・１６ｃを、リザーブ領域９５の両端部に設けることは、記録素子の数を必要最小限にするために好ましい。
【０１３９】
上記の場合に限らず、磁性細線は、複数の領域の数が奇数の場合、中央の領域をリザーブ領域とし、複数の領域の数が偶数の場合、中央で隣接した２つの領域のどちらか１つをリザーブ領域としてもよい。例えば、複数の領域が６の場合、中央で隣接した２つの領域のどちらか１つをリザーブ領域としてもよい。
【０１４０】
図６に示したように、磁性細線１の長さを長くすれば、単位長さ辺りの端子の数が減少し、低コスト化、大記録容量化などのメリットがある。しかしながら、電流が流れる磁性細線の長さが長くなるため、低消費電力、ランダム・アクセス性の点では不利である。このことに関しては、磁気メモリの用途に応じて、単位セル３０の長さを適時選択して実施する。
【０１４１】
また、本発明に係る磁気メモリは、情報処理装置により情報を記録、または記録された情報を再生させるメモリであってもよい。例えば、情報処理装置は、情報処理を実行するとき、主記憶装置として本発明の磁気メモリを使用してもよい。
【０１４２】
なお、上記のように、記録素子または再生素子の配置間隔とリザーブ領域の長さとを等しく設定した構成を説明した。しかし、磁性細線に物理的くびれを形成することによって、磁壁の位置決めをする場合には、磁性細線に物理的くびれを等間隔に設けるため、上記の構成を、「磁性細線に設けた物理的くびれの数について、記録素子または再生素子の配置間隔内に含まれる数と、リザーブ領域に含まれる数とを等しく設定した構成」と、言い換えることもできる。
【０１４３】
仮に、記録素子または再生素子の配置間隔内に含まれる数より、リザーブ領域に含まれる数が少ないとすると、素子間に存在する磁壁をリザーブ領域に移動させようとした場合、リザーブ領域は、すべての磁壁の移動を受け入れることができない。
【０１４４】
また、仮に、磁性細線に物理的くびれを等間隔に設けない構成を採用した場合、例えば、素子の配置間隔内に含まれる数より、リザーブ領域に含まれる数が少ないとすると、リザーブ領域内のくびれの間隔が、素子間のくびれの間隔よりも大きくなる。このような場合には、例えば図６の構成において、リザーブ領域９５の長さを記録素子１６ａ・１６ｂの配置間隔および記録素子１６ｃ・１６ｄの配置間隔より長くすることによって、本発明の所期の動作を実現することができる。
【０１４５】
（磁性細線連結による記録領域の拡大を図る例）
なお、記録領域９０４を大きくする他の手段としては、図１０で示した従来の磁気メモリ９００を構成する磁性細線１０１のすべてを足し合わせた長さを有する磁性細線１０１によって、単位セルを構成することが考えられる。
【０１４６】
図７は、従来の磁気メモリ９００を構成する単位セル９００Ｂ中の磁性細線１０１のすべてを足し合わせた長さを有する磁性細線１を用いたＭＲＴＭの概略図である。すなわち、図７に示すように、記録素子１６及び再生素子１７は、図６に示す構成と同様に、リザーブ領域４５の長さを単位として、磁性細線１を等分割した位置に配置する。なお、磁性細線１を記録素子１６及び再生素子１７の配置によって等分割した複数の領域のうち、磁性細線１の端部に位置する分割領域を上記リザーブ領域４５に設定し、残りの領域のすべてを記録領域４４に設定する。
【０１４７】
このような構成によっても、磁性細線１の端部に位置するリザーブ領域４５に向かって、記録領域４４の全磁区を移動させると、磁区が移動できる距離(＝リザーブ領域４５の長さ)で、複数の記録素子１６のいずれかの上、または再生素子１７のいずれかの上を、全ての磁区が通過することができる。したがって、各記録素子１６及び再生素子１７が、情報の記録または再生を支障なく行うことができる。これにより、単位長さ辺りの記録領域４４の割合を、従来より格段に大きくすることが可能である。
【０１４８】
しかしながら、この方法では、記録容量は大きくなるものの、上記に記載した消費電力、および、ランダム・アクセス性の課題を解決することはできないので、図２または図６に示す構成に比べると不利である。
【０１４９】
また、本実施の形態においては、一例として図８、及び図１０で示した従来の磁気メモリ９００の単位セル９００Ｂ中の磁性細線１０１の３つ分程度の長さを有する磁性細線１において、磁性細線１を３等分にする位置に記録素子１６及び再生素子１７をそれぞれ配置しているが、単位セルを形成する磁性細線１の長さは、これに限定されるものではない。
【０１５０】
（他の構成）
なお本発明を、以下に示す構成としても実現できる。
【０１５１】
（第１の構成）
記録媒体である磁性細線と、
前記磁性細線に記録及び再生を行うための記録再生素子とから構成され、
前記磁性細線は電気的に直列接続された磁性細線列を複数形成することによってメモリチップとなり、
磁気情報の記録又は再生時に、前記磁性細線に電流を供給する電源により、前記磁性細線に記録された磁区間に形成される磁壁を電流によって移動させ、磁気情報の記録及び再生を行うメモリにおいて、
前記記録再生素子は、前記磁性細線を少なくとも３つ以上の領域に分割するように配置し、分割された磁性細線の端部以外の分割領域の一つ以上を磁壁が格納されるリザーブ領域とし、その他の分割領域を情報が記録されるための記録領域とし、前記磁性細線に電流を供給する電源の端子を前記磁性細線の両端及び、前記リザーブ領域の両端に配置していることを特徴とする磁気メモリ。
【０１５２】
（第２の構成）
前記記録再生素子は、前記磁性細線を少なくとも３つ以上の領域に均等に分割するように配置していることを特徴とする第１の構成に記載の磁気メモリ。
【０１５３】
（第３の構成）
前記記録再生素子によって分割された前記磁性細線の分割数が奇数の場合には、中央の分割領域をリザーブ領域とし、分割数が偶数の場合には、中央の分割領域どちらかをリザーブ領域とし、分割領域が奇数、偶数共に、リザーブ領域以外の分割領域を記録領域としていることを特徴とする第１及び第２の構成に記載の磁気メモリ。
【０１５４】
（第４の構成）
前記リザーブ領域の両端に配置された電流を供給するための前記端子は、前記記録再生素子と同位置に配置されていることを特徴とする第１〜第３の構成のいずれか１つに記載の磁気メモリ。
【０１５５】
（第５の構成）
記録媒体である磁性細線と、
前記磁性細線に記録及び再生を行うための記録再生素子とから構成され、
前記磁性細線は電気的に直列接続された磁性細線列を形成することによってメモリチップとなる磁気メモリにおいて、
前記記録再生素子は、前記磁性細線を少なくとも３つ以上の領域に分割するように配置し、分割された磁性細線の端部以外の分割領域の一つ以上を磁壁が格納されるリザーブ領域とし、その他の分割領域を情報が記録されるための記録領域とし、前記磁性細線に電流を供給する電源の端子を前記磁性細線の両端及び、前記リザーブ領域の両端に配置し、
磁気情報の記録再生時に、前記磁性細線に電流を供給する電源により、前記磁性細線に配置された端子の中より選択した２端子間のみに電流を流すことによって前記磁性細線中の所望の端子間の磁壁のみを移動させることを特徴とした磁気メモリの駆動方法。
【０１５６】
（第６の構成）
前記記録再生素子は、前記磁性細線を均等に分割するように配置され、前記記録再生素子によって分割された前記磁性細線の中央の分割領域の一つ以上をリザーブ領域とし、他を記録領域とした場合、リザーブ領域の両端と磁性細線の両端に配置された前記端子の電圧を制御することにより、リザーブ領域の両端にある記録領域を各々移動させ、リザーブ領域を共通に利用することを特徴とした第５の構成に記載の磁気メモリの駆動方法。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明によれば、記録密度を向上させることができ、さらに、情報記録媒体の微小化に伴う消費電力の増加を防ぎ、ランダムアクセスすることが可能となる。したがって、ＭＲＴＭが、すべての不揮発性メモリを置き換えるようなユニバーサルメモリとして用いられる可能性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】図１は、本実施の形態にかかる磁気メモリにおいて、メモリを構成する単位セルの概略図を示している。
【図２】図２は、磁気メモリの主要部の概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、単位セルに配置された記録素子、再生素子、及び端子の様々な配置を示した図である
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は本実施の形態にかかる磁気メモリの駆動方法を説明する図である。
【図５】図５は、複数の単位セルを直列に接続した構造の磁気メモリを示す図である。
【図６】図６は、従来の磁気メモリの単位セル５つ分の長さを有する単位セルの概略図である。
【図７】図７は、従来の磁気メモリを構成する磁性細線のすべてを足し合わせた長さを有する磁性細線を単位セルとするＭＲＴＭの概略図である。
【図８】図８は、従来のＭＲＴＭの単位セルと、その一部を拡大して示す構成図である。
【図９】図９は、図８に示す記録素子及び再生素子の近傍を拡大した図である。
【図１０】図１０は、従来のＭＲＴＭの主要部を示す概略図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１    磁性細線
１０    磁気メモリ
１６    記録素子
１６ａ・１６ｂ    記録素子
１７    再生素子
１７ａ・１７ｂ    再生素子
２０    単位セル
２１ａ・２１ｂ・２１ｃ・２１ｄ    端子
３０    単位セル
４４    記録領域
４５    リザーブ領域
９３    磁区
９４ａ・９４ｂ    記録領域
９５    リザーブ領域
【図１】
2007273064.tif 000003
【図２】
2007273064.tif 000004
【図３】
2007273064.tif 000005
【図４】
2007273064.tif 000006
【図５】
2007273064.tif 000007
【図６】
2007273064.tif 000008
【図７】
2007273064.tif 000009
【図８】
2007273064.tif 000010
【図９】
2007273064.tif 000011
【図１０】
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