(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１固定強磁性層、第１非磁性層及び第１自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第１自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能な第１磁気抵抗素子を含むメモリセルと、
第２自由強磁性層、第２非磁性層及び第２自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第２自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する複数の第２磁気抵抗素子を含み、前記メモリセルの読み出し動作時に用いられるリファレンスセルと、
前記メモリセルの読み出し動作時に、前記メモリセル及び前記リファレンスセルへ読み見出し電流を供給する読み出し電流回路と
を具備し、
前記複数の第２磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、
前記複数の第２磁気抵抗素子のうちの一方の第２磁気抵抗素子は、前記第２自由強磁性層及び前記第２自由強磁性層の磁化の向きが平行であり、
前記複数の第２磁気抵抗素子のうちの他方の第２磁気抵抗素子は、前記第２自由強磁性層及び前記第２自由強磁性層の磁化の向きが反平行であり、
前記一方の第２磁気抵抗素子と前記他方の第２磁気抵抗素子とは、前記第２固定強磁性層同士又は前記第２自由強磁性層同士が電気的に接続され、
前記読み出し電流回路は、
前記第２固定強磁性層同士が電気的に接続されている場合には、前記一方の第２磁気抵抗素子の前記第２自由強磁性層から前記第２固定強磁性層を通り、前記他方の第２磁気抵抗素子の前記第２固定強磁性層から前記第２自由強磁性層へ向かう向きに読み出し電流を供給し、
前記第２自由強磁性層同士が電気的に接続されている場合には、前記他方の第２磁気抵抗素子の前記第２固定強磁性層から前記第２自由強磁性層を通り、前記一方の第２磁気抵抗素子の前記第２自由強磁性層から前記第２固定強磁性層へ向かう向きに読み出し電流を供給する
磁気ランダムアクセスメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法に関し、特にスピン注入方式を用いた磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気抵抗素子を記憶素子として用いる磁気ランダムアクセスメモリ（以下、「ＭＲＡＭ」と記す）が不揮発メモリとして提案されている。磁気抵抗素子としては、主にＴＭＲ（Ｔｕｎｎｅｌ  ＭａｇｎｅｔｏＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ）効果を持つ強磁性層／トンネルバリア層／強磁性層を有するＴＭＲ素子が用いられている。ＴＭＲ素子においては、２つの強磁性層の磁化の向きの相対角が平行の場合に、低抵抗（以下「Ｒ０」と記す）、反平行な場合に高抵抗（以下「Ｒ１」と記す）になり、その抵抗変化率は数１０〜数１００％になることが知られている。
【０００３】
図１は、従来のＴＭＲ素子を用いたＭＲＡＭのセルの構成を示す断面図である。ＴＭＲ素子（磁気抵抗素子）１５０は、配線層１５１と配線層１５６との間に設けられ、反強磁性層１５２、強磁性層である固定磁性層１５３、トンネルバリア層１５４、強磁性層である自由磁性層１５５から構成されている。固定磁性層１５３は、隣接して設けられた反強磁性層１５２により、その磁化の向きが実質的に固定されている。一方、自由磁性層１５５は、その磁化が磁化容易軸方向を向き、その磁化の向きと固定磁性層１５３の磁化の向きとの相対角度が平行、反平行のいずれかとなる。データの読出しは、ＴＭＲ素子１５０に垂直方向に電流を印加し、その抵抗、すなわち、電圧を測定することにより行われる。読み出された電圧から、どちらのデータが記憶されていたかを判断するためには、参照電圧が必要となる。参照電圧の生成には、ＴＭＲ素子を用いたリファレンスセルを用いることができる。図２は、米国特許ＵＳ６，３９２，９２３号公報に開示されたリファレンスセル１６０を示す等価回路図である。記憶されたデータが異なるＴＭＲ素子１５０を直並列に配置することにより、リファレンスセル１６０の抵抗値Ｒｒｅｆを（Ｒ０＋Ｒ１）／２としている。
【０００４】
一方、データの書き込みは、ＴＭＲ素子１５０に隣接した書き込み配線に書き込み電流を印加し、その漏洩磁界により自由磁性層１５５の磁化の向きを変化させることによりおこなわれる。このときの書き込み電流の方向はＴＭＲ素子１５０の面に平行な方向であり、図１の配線層１５５においては図面に垂直な方向となる。
【０００５】
このＭＲＡＭに対するデータの書き込み方法では、ＴＭＲ素子１５０のサイズにほぼ反比例して、自由磁性層１５５の磁化を反転させるために必要な反転磁界が大きくなる。つまり、メモリセルが微細化されるにつれて、書き込み電流が増加する傾向にある。そのため、メモリセルの微細化により、消費電力、電流密度、及び、電流を印加するためのドライバが大きくなるという問題点がある。
【０００６】
微細化に伴う書き込み電流の増加を抑制可能な書き込み方式として、「スピン注入（ｓｐｉｎ  ｔｒａｎｓｆｅｒ）方式」が提案されている（例えば、Ｍ．Ｈｏｓｏｍｉ，ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｓｐｉｎ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：  Ｓｐｉｎ−ＲＡＭ”，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ４７３（２００５））。このスピン注入方式では、データの書き込みは、読出しと同様に、ＴＭＲ素子の面に垂直方向に電流を印加することによりおこなわれる。
【０００７】
図３は、従来のスピン注入方式による書き込み方法の原理を示す断面図である。電流が自由磁性層１５５から固定磁性層１５３へ、すなわち、電子が固定磁性層１５３から自由磁性層１５５へ流れる場合を考える。固定磁性層１５３を通過する電子は、固定磁性層１５３の磁化との相互作用により固定磁性層１５３の磁化と同じ方向にスピンを持つようになる。このスピン偏極した伝導電子は自由磁性層１５５を通過する際、自由磁性層１５５の磁化と相互作用し、自由磁性層の磁化にトルク１６１が発生する。このトルク１６１が十分に大きいと自由磁性層１５５の磁化は反転し、反平行から平行への磁化の遷移がおこる。一方、逆に電子が自由磁性層１５５から固定磁性層１５３へ流れる場合、固定磁性層１５３の磁化の向きと反対向きのスピンを持つ電子が固定磁性層１５３により反射される。そのため、その反対向きのスピンを持つ電子により、平行から反平行への磁化の遷移がおこる。なお、トンネルバリア層１５４としての非磁性層はＴＭＲ素子１５０で用いられる絶縁膜の他、金属膜でもよいことが知られている。
【０００８】
スピン注入方式での書き込み方法では、書き込み電流の閾値が電流密度に依存する。そのため、メモリセルサイズが縮小されるにつれ、書き込みに必要な電流が減少する。したがって、メモリセルの微細化、ＭＲＡＭの大容量化に有利であることが期待される。
【０００９】
しかしながら、従来のスピン注入方式のＭＲＡＭには書き込み動作時と読み出し動作時の電流が同じ方向であることに起因した問題がある。すなわち、スピン注入方式のＭＲＡＭにおいては、読み出し動作時に誤って書き込みを行ってしまう可能性がある。例えば、自由磁性層１５５の磁化が固定磁性層１５３の磁化と反平行で、高抵抗状態にある場合を考える。データの読み出しのために、自由磁性層１５５から、固定磁性層１５３へ電流を印加する。この場合、電子が固定磁性層１５３から自由磁性層１５５に流れるとき、その読み出し電流値が書き込み電流の閾値と比較して十分小さくない限り、自由磁性層１５５の磁化を反転させてしまうリスクがある。このリスクを低減するためには、読み出し電流値を小さくするか、あるいは、書き込み電流の閾値を大きくする必要がある。しかしながら、読出し電流値が小さいと、信号品質が劣化し、高速、かつ、正確な読出しを行うことが困難になってしまう。また、書き込み電流の閾値を大きくすることは、消費電力やトランジスタのサイズの観点から好ましくない。
【００１０】
この読み出し動作時の誤書き込みは、データが記憶されるメモリセルだけでなく、データの読み出し時に参照される参照電圧を生成するリファレンスセルにＴＭＲ素子が用いられている場合、このリファレンスセルにおいても大きな問題となる。これはリファレンスセルがメモリセルよりも高頻度で読出しが行われ、かつ、リファレンスセルのエラーが行（列）単位のエラーになってしまうためである。
【００１１】
磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し時の誤書き込みのリスクをより抑制し、かつ、より正確な読み出しを可能とする技術が望まれる。磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し時の誤書き込みのリスクをより抑制し、より正確な読み出しを可能としつつ、且つ、書き込み電流及び消費電力を小さくすることが可能な技術が求められる。
【００１２】
関連する技術として特表２００５−５３５１２５（ＷＯ２００４／０１３８６１）号公報にスピントランスファーを利用する磁性素子及び磁性素子を使用するＭＲＡＭデバイスが開示されている。この磁性素子は、第１ピンド層と、非磁性スペーサ層と、自由層と、バリア層と、第２ピンド層とを備える。第１ピンド層は、強磁性体であり、かつ第１方向に固定される第１磁化を有する。非磁性スペーサ層は、導電体である。自由層は、第１非磁性スペーサ層が前記第１ピンド層と前記自由層との間に位置するとともに、強磁性体であり、かつ第２磁化を有する。バリア層は、絶縁体であり、かつトンネリングを可能にする厚さを有する。第２ピンド層は、強磁性体であり、かつ第２方向に固定される第３磁化を有する。前記バリア層は、前記自由層と前記第２ピンド層との間に位置する。前記自由層の前記第２磁化の方向は、書き込み電流が磁性素子を流れるときにスピントランスファーによって変わる。
【００１３】
特開２００５−１１６８８８号公報に磁気メモリが開示されている。この磁気メモリは、第１磁化固着層と、磁気記録層と、第１非磁性層と、第２磁化固着層と、第２非磁性層とを備えたメモリセルを含む。第１磁化固着層は、スピンの向きが固着されている。磁気記録層は、書き込み電流によりスピンの向きが可変である。第１非磁性層は、前記第１磁化固着層と前記磁気記録層との間に設けられている。第２磁化固着層は、読み出し電流用の第１配線に電気的に接続され、スピンの向きが固着されている。第２非磁性層は、前記磁気記録層の前記第１非磁性層と反対側の面の第１領域と、前記第２磁化固着層の前記第１配線に電気的に接続された面と反対側の面との間に設けられている。前記磁気記録層の前記第１非磁性層とは反対側の面の第２領域に、前記書き込み電流用の第２配線が電気的に接続されている。前記第１磁化固着層の前記第１非磁性層と反対側の面が前記書き込み電流および前記読み出し電流用の第３配線に電気的に接続されている。
【００１４】
特開２００５−１１６９２３号公報（対応米国特許：ＵＳ７，１１０，２８４）にスピントルクを用いた不揮発性磁気メモリセルおよびこれを用いた磁気ランダムアクセスメモリが開示されている。この不揮発性磁気メモリセルは、自由層と絶縁障壁層と固定層とを備えるトンネル型磁気抵抗効果膜と、前記自由層の磁化情報の書き込みと読み出しを行うためのワード線とビット線とを備えた磁気メモリセルである。前記自由層の磁化方向をスピントルクにより回転させるためのスピントルク磁化反転層が前記トンネル型磁気抵抗効果膜に隣接して形成されている。前記トンネル型磁気抵抗効果膜は前記スピントルク磁化反転層を介して、ドレイン電極、ソース電極、ゲート電極、ｎ型半導体、およびｐ型半導体から構成されているＭＯＳＦＥＴのドレイン電極と電気的に接続している。
【００１５】
特開２００３−２２９５４４号公報に磁気記憶装置が開示されている。この磁気記憶装置は、磁化方向が固定された固着層と、スピン偏極した電子の注入によって磁化方向が変化する記録層と、前記固着層と前記記録層との間に配置されたトンネル絶縁層とを有するトンネル磁気抵抗効果素子の少なくとも２つが、作動検出可能なように積層されている。
【００１６】
特開２００３−１７７８２号公報にキャリヤスピン注入磁化反転型磁気抵抗効果膜と該膜を用いた不揮発性メモリー素子及び該素子を用いたメモリー装置が開示されている。このキャリヤスピン注入磁化反転型磁気抵抗効果膜は、固定磁化層の上に絶縁層を積層し、該絶縁層の上に、キャリヤ誘起磁性を備える。キャリヤスピンの注入により磁化の方向が反転する磁化反転層を積層し、誘導磁場に依らず磁化の方向が反転する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１７】
【特許文献１】米国特許ＵＳ６，３９２，９２３号公報
【特許文献２】特表２００５−５３５１２５号公報
【特許文献３】特開２００５−１１６８８８号公報
【特許文献４】特開２００５−１１６９２３号公報
【特許文献５】特開２００３−２２９５４４号公報
【特許文献６】特開２００３−１７７８２号公報
【非特許文献】
【００１８】
【非特許文献１】Ｍ．Ｈｏｓｏｍｉ，ｅｔ  ａｌ．，“Ａ  Ｎｏｖｅｌ  Ｎｏｎｖｏｌａｔｉｌｅ  Ｍｅｍｏｒｙ  ｗｉｔｈ  Ｓｐｉｎ  Ｔｏｒｑｕｅ  Ｔｒａｎｓｆｅｒ  Ｍａｇｎｅｔｉｚａｔｉｏｎ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ：  Ｓｐｉｎ−ＲＡＭ”，Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｄｅｖｉｃｅｓ  Ｍｅｅｔｉｎｇ，  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｄｉｇｅｓｔ，ｐ４７３（２００５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
従って、本発明の目的は、読み出し時の誤書き込みのリスクをより抑制し、かつ、より正確な読み出しを可能とすることが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法を提供することにある。
【００２０】
本発明の他の目的は、読み出し時の誤書き込みのリスクをより抑制し、より正確な読み出しを可能としつつ、且つ、書き込み電流及び消費電力を小さくすることが可能な磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法を提供することにある。
【００２１】
この発明のこれらの目的とそれ以外の目的と利益とは以下の説明と添付図面とによって容易に確認することができる。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、第１磁気抵抗素子と、読み出し回路とを具備する。第１磁気抵抗素子は、第１固定強磁性層、第１非磁性層及び第１自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第１自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能である。読み出し回路は、読み出し動作時において、第１固定強磁性層と自由強磁性層との間に読み出し電流を流して得られる第１磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて、第１磁気抵抗素子のデータの読み出しを行う。読み出し回路は、読み出し電流の印加及びデータの読み出しを複数回行うことで、一つの読み出しデータを決定する。複数回のうち２回目以降の読み出し電流の印加方向を、前回読み出されたデータに基づいて、第１自由強磁性層の磁化が反転しないように決定する。
本発明の磁気ランダムアクセスメモリでは、読み出し動作時に、誤書き込み、すなわち、磁化の反転が起こらない方向の電流を第１磁気抵抗素子（メモリセル）に印加する。そのために、まず、第１磁気抵抗素子に対して、誤書き込みがほとんど起こらない小さな読み出し電流、または、印加時間の短い読み出し電流によって予備読み出しを行い、予備的にデータを読み出す。この予備的に読み出されたデータに基づいて、第１自由強磁性層の磁化が反転しないように次の読み出し電流の方向を決定する。そして、次に、十分な大きさの読み出し電流を、決定された方向に流すことにより、本番のデータの読み出しを行う。本番のデータの読み出しにより、データの読み出しを確実に行うことができる。それと共に、第１自由強磁性層の磁化が反転しない方向の読み出し電流を用いることにより、読み出し電流の印加時の第１磁気抵抗素子への誤書き込みの確率を大幅に低減することができる。
【００２３】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、前回読み出されたデータが、第１磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、次回の読み出し電流の印加方向を第１自由強磁性層から第１固定強磁性層へ向う方向とする。前回読み出されたデータが、第１磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、次回の読み出し電流の印加方向を第１固定強磁性層から第１自由強磁性層へ向う方向とする。
【００２４】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路が、回数の増加と共に読み出し電流の値を順次大きくする。
【００２５】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、読み出し電流の印加及びデータの読み出しを２回行うことで、一つの読み出しデータを決定する。２回目の読み出し電流の値は、１回目の読み出し電流の値よりも大きい。
【００２６】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、回数の増加と共に読み出し電流の印加時間を順次長くする。
【００２７】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、読み出し電流の印加及びデータの読み出しを２回行うことで、一つの読み出しデータを決定する。２回目の読み出し電流の印加時間は、１回目の読み出し電流の印加時間よりも長い。
【００２８】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、読み出し電流の印加及びデータの読み出しをＮ（Ｎは２以上の自然数）回行うことで、一つの読み出しデータを決定する。（Ｎ−１）回目のデータの読み出しの結果と、Ｎ回目のデータの読み出しの結果とは、５０％以上の確率で一致している。
【００２９】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、第２固定強磁性層、第２非磁性層及び第２自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第２自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する第２磁気抵抗素子を一つ又は複数含むリファレンスセルを更に具備する。読み出し回路は、リファレンスセルに対する読み出し電流の印加方向を、スピン注入による磁化が反転しないように決定する。
【００３０】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、読み出し回路は、リファレンスセルに記憶されたリファレンス用データが、第２磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、読み出し電流の印加方向を第２自由強磁性層から第２固定強磁性層へ向う方向とする。リファレンスセルに記憶されたリファレンス用データが、第２磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、読み出し電流の印加方向を第２固定強磁性層から第２自由強磁性層へ向う方向とする。
【００３１】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、リファレンスセルは、複数の第２磁気抵抗素子を含む。複数の第２磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、第２自由強磁性層の磁化の向きが互いに逆の向きで、第２固定強磁性層の磁界の向きが互いに同じ向きで、第２固定強磁性層同士又は第２自由強磁性層同士が電気的に接続されている二つの第３磁気抵抗素子を有する。
【００３２】
上記の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、リファレンスセルを初期化するために、リファレンスセルに、第２自由強磁性層の磁化が反転する閾値電流よりも大きい一方向の書き込み電流を印加することにより、リファレンス用データを書き込む書き込み回路を更に具備する。
【００３３】
上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリは、メモリセルと、リファレンスセルとを具備する。メモリセルは、第１固定強磁性層、第１非磁性層及び第１自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第１自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能な第１磁気抵抗素子を含む。リファレンスセルは、第２自由強磁性層、第２非磁性層及び第２自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第２自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する複数の第２磁気抵抗素子を含み、メモリセルの読み出し動作時に用いられる。複数の第２磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、自由強磁性層の磁化の向きが互いに逆の向きで、固定強磁性層の磁界の向きが互いに同じ向きで、固定強磁性層同士又は自由強磁性層同士が電気的に接続されている。
【００３４】
上記課題を解決するために、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法は、（ａ）第１固定強磁性層、第１非磁性層及び第１自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第１自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能な第１磁気抵抗素子に対して、読み出し動作時において、第１固定強磁性層と自由強磁性層との間に読み出し電流を流すステップと；（ｂ）読み出し電流を流して得られる第１磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて、第１磁気抵抗素子のデータの読み出しを行うステップと；（ｃ）（ａ）ステップと（ｂ）ステップとを複数回行うことで、一つの読み出しデータを決定するステップとを具備する。（ａ）ステップは、（ａ１）複数回のうち２回目以降の読み出し電流の印加方向を、前回読み出されたデータに基づいて、第１自由強磁性層の磁化が反転しないように決定するステップを備える。
【００３５】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ１）ステップは、（ａ１１）前回読み出されたデータが、第１磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、次回の読み出し電流の印加方向を第１自由強磁性層から第１固定強磁性層へ向う方向と決定するステップと；（ａ１２）前回読み出されたデータが、第１磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、次回の読み出し電流の印加方向を第１固定強磁性層から第１自由強磁性層へ向う方向とと決定するステップとを含む。
【００３６】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ）ステップは、（ａ２）回数の増加と共に読み出し電流の値を順次大きくするステップを備える。
【００３７】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ１）読み出し電流の印加及びデータの読み出しを２回行うことで、一つの読み出しデータを決定するステップを備える。（ａ）ステップは、（ａ３）２回目の読み出し電流の値を、１回目の読み出し電流の値よりも大きくするステップを備える。
【００３８】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ）ステップは、（ａ４）回数の増加と共に読み出し電流の印加時間を順次長くするステップを備える。
【００３９】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ２）読み出し電流の印加及びデータの読み出しを２回行うことで、一つの読み出しデータを決定するステップを備える。（ａ）ステップは、（ａ５）２回目の読み出し電流の印加時間を１回目の読み出し電流の印加時間よりも長くするステップを備える。
【００４０】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ｃ）ステップは、（ｃ３）読み出し電流の印加及びデータの読み出しをＮ（Ｎは２以上の自然数）回行うことで、一つの読み出しデータを決定するステップを備える。（Ｎ−１）回目のデータの読み出しの結果と、Ｎ回目のデータの読み出しの結果とは、５０％以上の確率で一致している。
【００４１】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ）ステップは、（ａ６）第２固定強磁性層、第２非磁性層及び第２自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される第２自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する第２磁気抵抗素子を一つ又は複数含むリファレンスセルに対する読み出し電流の印加方向を、スピン注入による磁化が反転しないように決定するステップを備える。
【００４２】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ６）ステップは、（ａ６１）リファレンスセルに記憶されたリファレンス用データが、第２磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、読み出し電流の印加方向を第２自由強磁性層から第２固定強磁性層へ向う方向と決定するステップと；（ａ６２）リファレンスセルに記憶されたリファレンス用データが、第２磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、読み出し電流の印加方向を第２固定強磁性層から第２自由強磁性層へ向う方向と決定するステップとを含む。
【００４３】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、リファレンスセルは、複数の第２磁気抵抗素子を含む。複数の第２磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、第２自由強磁性層の磁化の向きが互いに逆の向きで、第２固定強磁性層の磁界の向きが互いに同じ向きで、第２固定強磁性層同士又は第２自由強磁性層同士が電気的に接続されている二つの第３磁気抵抗素子を有する。
【００４４】
上記の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、（ａ）ステップは、（ａ７）リファレンスセルを初期化するために、リファレンスセルに、第２自由強磁性層の磁化が反転する閾値電流よりも大きい一方向の書き込み電流を印加することにより、リファレンス用データを書き込むステップを更に備える。
【発明の効果】
【００４５】
本発明により、読み出し時の誤書き込みのリスクがより抑制され、より正確な読み出しが可能となる。更に、読み出し時の誤書き込みのリスクの抑制と正確な読み出しの実現に加えて、書き込み電流及び消費電力を小さくすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】図１は、従来のＴＭＲ素子を用いたＭＲＡＭのセルの構成を示す断面図である。
【図２】図２は、米国特許６，３９２，９２３号公報に開示されたリファレンスセルを示す等価回路図である。
【図３】図３は、従来のスピン注入方式による書き込み方法の原理を示す断面図である。
【図４】図４は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の構成を示すブロック図である。
【図５】図５は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の単一メモリセルの構成を示す断面図である。
【図６】図６は、本発明で用いる磁気抵抗素子の抵抗と印加した電流との関係を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の動作における、読み出し動作のアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態において用いられるリファレンスセルの構成を示す図である。
【図９】図９は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態において用いられるリファレンスセルの構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態において用いられるリファレンスセルの構成を示す図である。
【図１１】図１１は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの原理及び効果を説明するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４７】
以下、本発明の磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法の実施の形態に関して、添付図面を参照して説明する。
【００４８】
まず、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の構成について説明する。図４は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の構成を示すブロック図である。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）１は、複数のメモリセル１０、書き込み線デコーダ２０、複数の第１書き込み線２１ａ、複数の第２書き込み線２１ｂ、選択線デコーダ３０、複数の選択線３１、書き込み制御回路４１、読み出し制御回路４２、電流源回路４３、及び読み出し判定回路４４を具備する。
【００４９】
複数のメモリセル１０は、ＭＲＡＭ１内にマトリクス状に配置され、メモリセルアレイを形成している。メモリセル１０は、磁気抵抗効果を用いてデータを記憶する磁気抵抗素子５０と選択トランジスタ９を備える。磁気抵抗素子５０は、後述される構成（図５）を有し、上部電極（上部の配線層）と下部電極（下部の配線層）とに挟まれている。磁気抵抗素子５０の一端は、上部電極を介して第１書き込み線２１ａに接続され、その他端は下部電極を介して選択トランジスタ９のソース／ドレインの一方に接続されている。選択トランジスタ９のソース／ドレインの他方は、第２書き込み線２１ｂに接続されている。選択トランジスタ９のゲートは、選択線３１に接続されている。
【００５０】
複数の第１書き込み線２１ａ及び複数の第１書き込み線２１ｂは、それぞれ一端を書き込み線デコーダ２０に接続され、Ｘ方向（第１方向）へ伸びている。第１書き込み線２１ａと第２書き込み線２１ｂとは、一組の書き込み線対２１を構成している。複数の選択線３１は、それぞれ一端を選択線デコーダ３０に接続され、Ｘ方向（第１方向）と略垂直なＹ方向（第２方向）へ伸びている。複数のメモリセル１０は、複数の書き込み線対２１と複数の選択線３１との交点の各々に対応して設けられている。
【００５１】
書き込み制御回路４１は、データの書き込みを制御する。すなわち、書き込み制御回路４１は、書き込み制御信号を電流源回路４３へ、選択線アドレス信号を選択線デコーダ（選択線ドライバ）３０へ、書き込み線アドレス信号及び電流方向信号を書き込み線デコーダ（書き込み線ドライバ）２０へそれぞれ出力する。書き込み制御信号は、書き込み電流ＩＷを調整するための信号である。選択線アドレス信号は、複数の選択線３１から書き込み対象のメモリセル１０（以下、「対象メモリセル１０」と記す）に対応する選択線３１を選択するための信号である。書き込みアドレス信号は、複数の書き込み線対２１から対象メモリセル１０に対応する書き込み線対２１を選択するための信号である。電流方向信号は、書き込み電流ＩＷの向きを示す信号である。書き込み電流ＩＷの向きは、対象メモリセル１０に書き込まれるデータに依存して決定される。
【００５２】
電流源回路４３は、書き込み制御回路４１からの書き込み制御信号に応答して、書き込み線デコーダ２０及び選択された書き込み線対２１を介して、対象メモリセル１０に対して、書き込み電流ＩＷの供給、変更及び停止を行う。
【００５３】
選択線デコーダ３０は、選択線アドレス信号に応答して、対象メモリセル１０につながる１本の選択線３１を選択する。これにより、対象メモリセル１０の選択トランジスタ９がＯＮになる。書き込み線デコーダ２０は、書き込み線アドレス信号に応答して、対象メモリセル１０につながる第１書き込み線２１ａ及び第２書き込み線２１ｂを選択する。そして、書き込み線デコーダ２０は、書き込み制御回路４１からの電流方向信号に応答して、電流源回路４３から出力される書き込み電流ＩＷを、電流方向信号が示す向きに一致するように、対象メモリセル１０（磁気抵抗素子５０）に流す。そのとき、第１書き込み配線２１ａ及び第２書き込み配線２１ｂのうちの一方を電流源回路４３に、他方を接地にそれぞれ接続する。
【００５４】
読み出し制御回路４２は、データの読み出しを制御する。すなわち、読み出し制御回路４２は、読み出し制御信号を電流源回路４３へ、選択線アドレス信号を選択線デコーダ３０へ、書き込み線アドレス信号及び読み出し信号を書き込み線デコーダ２０へそれぞれ出力する。読み出し制御信号は、読み出し電流ＩＲを調整するための信号である。選択線アドレス信号は、複数の選択線３１から対象メモリセル１０に対応する選択線３１を選択するための信号である。書き込み線アドレス信号は、複数の書き込み線対２１から対象メモリセル１０に対応する書き込み線対２１を選択するための信号である。読み出し信号は、読み出し動作を示す信号である。読み出し電流ＩＲの向きは、第１書き込み線２１ａから第２書き込み線２１ｂへ向かう向き、または、第２書き込み線２１ｂから第１書き込み線２１ａへ向かう向きのいずれか一方である。本発明においては、後述するように、読み出し電流の大きさ、供給（印加）時間、及び、向きを読み出し制御回路４２により制御する。
【００５５】
電流源回路４３は、読み出し制御回路４２からの読み出し制御信号に応答して、書き込み線デコーダ２０及び選択された書き込み線対２１を介して、対象メモリセル１０に対して、読み出し電流ＩＲの供給、変更及び停止を行う。
【００５６】
選択線デコーダ３０、及び、書き込み線デコーダ２０はデータの書き込み時と同様に対象メモリセル１０の選択をおこなう。読み出し判定回路４４は、対象メモリセル１０の磁気抵抗素子５０からの信号を検出し、対象メモリセル１０に書き込まれているデータを判定し、その結果を読み出し制御回路４２へ出力する。読み出し判定回路４２の動作の詳細については後述する。
【００５７】
図５は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の単一メモリセルの構成を示す断面図である。トランジスタが形成された基板（図示されず）の上方に、配線層５１、反強磁性層５２、固定磁性層５３、トンネルバリア層５４、自由磁性層５５、配線層５６が順次形成される。配線層５１及び配線層５６のいずれか一方は、図４における第１書き込み配線層２１ａに、他方は選択トランジスタ９を介して第２書き込み配線層２１ｂに、それぞれ直接又は間接に接続されている。反強磁性層５２、固定磁性層５３、トンネルバリア層５４及び自由磁性層５５は、磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）５０を形成している。強磁性層である固定磁性層５３の磁化の向きは反強磁性層５２との交換相互作用により固定されている。強磁性層である自由磁性層５５の磁化の向きはその磁化容易軸に沿って、固定磁性層５３の磁化と平行、反平行のいずれかに向く。自由磁性層５５の磁気異方性は材料に依存した結晶磁気異方性、歪誘導異方性、及び平面形状に依存した形状磁気異方性のうちのいずれか、又は、これらの組み合わせにより決定される。
【００５８】
図５においては、自由磁性層５５の磁気異方性の方向、及び固定磁性層５３の磁化の方向は各層内（各膜面内）としているが、各層（各膜面）に垂直な方向であってもよい。また、固定磁性層５３の磁化の固定方法は反強磁性層５２を用いずに、固定磁性層５３として保磁力の大きな材料を用いることで代替することも可能である。また、自由磁性層５５及び固定磁性層５３のいずれも、非磁性金属を介して強磁性的、あるいは、反強磁性的に結合した積層磁性膜を用いてもよい。さらに、各層の積層順序は反対にすることも可能である。各層に用いられる材料としては、典型的には、以下のものが用いられる。すなわち、配線層５１、５６としてはＡｌ、Ｃｕなどの金属膜が、反強磁性層５２としてはＦｅＭｎ、あるいはＩｒＭｎ、ＰｔＭｎなどの反強磁性膜が用いられる。自由磁性層５５、固定磁性層５３としてはＣｏＦｅ、ＮｉＦｅ、ＮｉＦｅＣｏ、ＣｏＦｅＢなどの強磁性膜が用いられる。トンネルバリア層５４としてはアルミニウム酸化膜、ＭｇＯなどの絶縁膜が用いられる。
【００５９】
次に、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の動作について説明する。
自由磁性層５５と固定磁性層５３の磁化が平行で低抵抗である状態を“０”、反平行で高抵抗である状態を“１”と定義する。図５において、スピン注入法により、“１”状態から“０”状態に書き込むためには、書き込み電流ＩＷを自由磁性層５５側から固定磁性層５３側へ流せばよい。このとき、スピン偏極した電子が固定磁性層５３から自由磁性層５５へ流れる。スピントルク効果により、自由磁性層５５の磁化が反転し、“０”状態となる。なお、初期状態が“０”である場合、自由磁性層５５の磁化は変化しない。逆に、“０”状態から“１”状態に書き込むためには、書き込み電流ＩＷを固定磁性層５３側から自由磁性層５５側に流せばよい。ここで、“０”状態が“１”に書き込まれる書き込み電流ＩＷの方向を正方向と定義する。
【００６０】
図６は、本発明で用いる磁気抵抗素子の抵抗と印加した電流との関係を示すグラフである。縦軸は磁気抵抗の大きさ（抵抗値）を示し、横軸は書き込み電流ＩＷの大きさ（電流値）を示す。抵抗値と電流値との間にはヒステリシスが存在し、電流値が閾値Ｉ０１又はＩ０２を超えると、自由磁性層５５の磁化が反転し、それに伴い抵抗値がジャンプし、“０”から“１”（図中（ａ）の場合）、あるいは、“１”から“０”（図中（ｂ）の場合）の遷移がおこる。なお、図６において、電流値の絶対値が大きくなるにつれ抵抗値が下がるのは、トンネル抵抗のバイアス電圧依存性に起因したものである。
【００６１】
図７は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態の動作における、読み出し動作のアルゴリズムを示したフローチャートである。本発明においては、読み出し動作時に、読み出し電流ＩＲを複数回（Ｎ回、Ｎは自然数）印加する。Ｎ回目の読み出し電流ＩＲの電流値が、十分な信号品質が得られる本来（従来）の読み出し電流ＩＲの電流値である。以下、説明の簡略化ため、Ｎ＝２とする。そして、１回目の読み出し電流ＩＲの印加による読み出し動作を「予備読み出し」、２回目の読み出し電流ＩＲの印加による読み出し動作を「本番読み出し」と呼ぶことにする。
【００６２】
読み出し制御回路４２は、まず、内部に格納された読み出し回数Ｎを確認する（ステップＳ０１）。この例では、Ｎ＝２である。そして、以下の動作をｉ＝１からＮまで繰り返すために、まずｉ＝１とする（ステップＳ０２）。ｉ＝１は、最初の読み出し動作である予備読み出しを示す。
【００６３】
読み出し制御回路４２は、予備読み出しの読み出し電流＝Ｃｒｎｔ（１）を設定し、電流源回路４３、選択線デコーダ３０及び書き込み線デコーダ２０を制御する（ステップＳ０３）。それにより、電流源回路４３は、予備読み出しの読み出し電流＝Ｃｒｎｔ（１）を対象メモリセル１０へ印加する。読み出し判定回路４４は、読み出し電圧（第１書き込み線２１ａと第２書き込み線２１ｂとの間の電圧差）を検出し、読み出しデータが“０”か“１”かを判定する。そして、判定結果を読み出し制御回路４２へ出力する（ステップＳ０４）。
【００６４】
この予備読み出しでの読み出し電流は、本番読み出しの読み出し電流よりも絶対値が小さい、または、印加時間が短いように設定される。そのため、予備読み出しの電流による誤書き込みの確率は著しく低くなっている。ただし、本番読み出しと比較して、十分な信号量を得ることができないため、ある程度の読み出しエラーが生じる可能性はある。
【００６５】
読み出し制御回路４２は、判定結果に基づいて、次の読み出し動作（ｉ＝２）である本番読み出しでの読み出し電流を決定する（ステップＳ０５）。すなわち、本番読み出しにおいては、予備読み出しで得たデータに基づいて、読み出し電流の方向を決定する。例えば、予備読み出しの結果が“０”の場合（ステップＳ０５：“０”）、本番読み出しの読み出し電流の方向は図５、図６の負方向とする（ステップＳ０７）。この条件により、データの“１”状態への変化が起こらない。逆に、予備読み出しの結果が“１”の場合（ステップＳ０５：“１”）、本番の読み出し電流の方向は図５、図６の正方向とする（ステップＳ０６）。この条件により、データの“０”状態への変化が起こらない。
【００６６】
読み出し制御回路４２は、ｉ＝ｉ＋１を算出し（ステップＳ０８）、ｉ＞Ｎか否かを判定する（ステップＳ０９）。ｉ＝２（≦Ｎ）の場合（ステップＳ０９：Ｎｏ）、ステップＳ０３へ戻る。ｉ＝２は、最後の読み出し動作である本番読み出しを示す。
【００６７】
読み出し制御回路４２は、本番読み出しの読み出し電流＝Ｃｒｎｔ（２）を設定し、電流源回路４３、選択線デコーダ３０及び書き込み線デコーダ２０を制御する（ステップＳ０３）。それにより、電流源回路４３は、本番読み出しの読み出し電流＝Ｃｒｎｔ（２）を対象メモリセル１０へ印加する。読み出し判定回路４４は、読み出し電圧（第１書き込み線２１ａと第２書き込み線２１ｂとの間の電圧差）を検出し、読み出しデータが“０”か“１”かを判定する。そして、判定結果を読み出し制御回路４２へ出力する（ステップＳ０４）。
【００６８】
読み出し制御回路４２は、ステップＳ０５〜Ｓ０８の動作を実行するが、ｉ＝３＞２なので、読み出し動作を終了し（ステップＳ０９）、直前（Ｓ０４）の読み出しデータを最終的な読み出しデータとする。
【００６９】
本番読み出しにおいては、十分な信号量を得ることができるので、読み出しデータを決定することができる。この方法では、予備読み出しにおいて正しくデータを読み出していれば、本番読み出しにおいて、そのデータが書き換えられない（誤書き込みをされない）ような向きに読み出し電流を設定することができる。すなわち、本番読み出しでは誤書き込みは発生しないことになる。ただし、上述のように予備読み出しでは読み出しエラーが生じる可能性がある。したがって、本番読み出しにおいて読み出し電流の印加時に誤書き込みが起きてしまう確率は、予備読み出しにおいて読み出しエラーが生じた確率に比例することになる。
【００７０】
従来のように予備読み出しを行わず、本番読み出しのみを行った場合、誤書き込みが生じる方向に読み出し電流を印加してしまう確率は０．５である。一方、本発明では、予備読み出しにおける読み出しエラーの確率を０．５未満にすることで、従来の読み出し方式と比較して誤書き込みの確率を０．５未満に低減することが可能となる。読み出しエラーを低減するという観点からは、予備読み出しにおける読み出し電流の大きさ及び印加時間は、本番読み出しの読み出し電流に近いほうが望ましい。ただし、予備読み出しの読み出し電流が本番読み出しの読み出し電流に近すぎると、予備読み出し時の誤書き込みの確率が高まってしまう。したがって、予備読み出しの回数（Ｎ−１）を増やし、順次、前回の読み出しデータに基づいて、印加電流をその方向を最適化しながら、電流値を大きく、又は／及び、印加時間を長くしていくことは、予備読み出しにおける読出しエラーの確率を下げるのに有効である。
【００７１】
上記本番読み出し及び予備読み出しのいずれの場合でも、得られた読み出し電圧から記録されたデータを決定するためには、読み出し判定回路４３において、得られた読み出し電圧を参照電圧と比較する必要がある。参照電圧を生成する方法としては、図４に示す複数のメモリセル１０の一部をリファレンスセルとすることで、メモリセル１０と同様な構成を有するリファレンスセル（磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）５０＋選択トランジスタ９）を用いることができる。また、一般の抵抗素子を用いることもできる。前者の場合、ＴＭＲ素子の特性の面内分布やウェハ間分布の影響を相殺できるという長所がある。
【００７２】
図８〜図１０は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの実施の形態において用いられるリファレンスセルの構成を示す図である。図８は、記憶されたデータが異なるＴＭＲ素子を配線Ａと配線Ｂとの間に直並列に配置することにより、データ“０”の場合の抵抗値と“１”の場合の抵抗値との間の抵抗値を生成したリファレンスセル６０である。このリファレンスセル６０は、例えば、図４に示す複数のメモリセル１０の一つの磁気抵抗素子５０と置換することで、リファレンスセルとすることができる。この他、リファレンスセルとしては１つ、あるいは、複数のＴＭＲ素子に決められたデータを記録し、任意の参照信号を作り出した構成を採用することができる。
【００７３】
図９は、図８の破線で囲んだ部分の構成の一例について断面図を示している。本発明のリファレンスセル６０においては、読み出し電流印加時に定められて情報が誤書き込みにより失われないように、読み出し電流の印加方法を決定する。すなわち、“０”が記録されたＴＭＲ素子５０には負の方向の電流を、“１”が記録されてＴＭＲ素子５０には正の方向の電流が印加されるように、リファレンスセル６０のＴＭＲ素子５０の接続方法、および、電流方向を構成する。図９の場合、直列した２つのＴＭＲ素子５０の自由磁性層５５同士が電気的に接続されており、電流は配線Ｂから配線Ａに印加されている。これにより、配線Ａ側のＴＭＲ素子５０及び配線Ｂ側のＴＭＲ素子５０のいずれもデータが書き換わることは無い。
【００７４】
図１０は、図８の破線で囲んだ部分の構成の他の例について断面図を示している。このように、直列した２つのＴＭＲ素子５０の固定磁性層５２同士を電気的に接続し、電流を配線Ａから配線Ｂに印加してもよい。この場合にも、配線Ａ側のＴＭＲ素子５０及び配線Ｂ側のＴＭＲ素子５０のいずれもデータが書き換わることは無い。なお、リファレンスセル６０において、同じデータを持つＴＭＲ素子５０を直列に接続する必要がある場合、一方の自由磁性層５５と他方の固定磁性層５２とを接続する必要がある。本発明のリファレンスセル６０は、読み出し電流の方向と逆、すなわち、磁化反転が起こる方向に反転閾値以上の書き込み電流を印加することにより初期化することができる。
【００７５】
本実施の形態においては、読み出し時に電流を印加し、電圧を検知するとしたが、逆に読み出し時に電圧を印加し、電流を検知してもよいことは言うまでもない。
【００７６】
図１１は、本発明の磁気ランダムアクセスメモリの原理及び効果を説明するグラフである。縦軸は、読み出し確率及び書き込み確率を示す。横軸は、書き込みが行われる電流の閾値で規格化された読み出し電流及び書き込み電流を示す。曲線Ａは、従来の読み出し電流と読み出し確率との関係を示す。曲線Ｂは、書き込み電流と書き込み確率との関係を示す。
【００７７】
曲線Ｂを参照して、スピントルク効果により磁化状態が反転して書き込みが行われる確率は、閾値（規格化電流＝１）以上の電流を流すことにより１００％となる。しかし、閾値以下の電流の場合も熱擾乱の影響や個々の素子のばらつきの影響のため、小さい確率ではあるが反転する可能性がある。この確率は、図中に明示していないが、電流印加時間が長くなるほど高くなる。ただし、磁化が既に電流によるトルクを受ける方向を向いている場合、電流に依らず反転する確率はゼロである。一方、曲線Ａを参照して、従来の読み出し方法では、読み出しが正確に行われる確率は信号量に比例するため、電流が大きくなるほど高くなる。
【００７８】
本発明においては、まず、誤書込みの確率は非常に小さいが正確な読み出しの可能な確率は１００％ではない電流値（図中のＩａ）において、予備読み出しを行う。そして、その読み出した情報に基づいて、電流による反転確率がゼロになる方向に読み出し電流の方向を設定する。その後、その方向に正確な読み出しができる確率が１００％である電流値（図中のＩｂ）において、本番読み出しを行う。このように、誤書き込みの少ない予備読み出しで電流方向を決定し、誤書き込みの少ないその電流方向で本番書き込みを行うことで、従来の読み出し方式と比較して誤書き込みの確率を大幅に低減することが可能となる。なお、ここでいう１００％の読み出し確率、あるいは、書き込み確率はＥＣＣなどのエラー訂正機能を用いた場合と考えても良い。
【００７９】
本発明によれば、書き込みが起こらない方向に読み出し電流を印加することにより、対象メモリセル１０においては、誤書込みの確率を低減することが可能になり、リファレンスセル６０においては、誤書込みのリスクをなくすことが可能になり、正確な読み出しが可能であり、かつ、書き込み電流、消費電力が小さい磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法を提供することができる。
【００８０】
本発明は上記各実施の形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内において、各実施の形態は適宜変形又は変更され得ることは明らかである。
【符号の説明】
【００８１】
１    磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）
９    選択トランジスタ
１０    メモリセル
２０    書き込み線デコーダ
２１    書き込み線対
２１ａ    第１書き込み線
２１ｂ    第２書き込み線
３０    選択線デコーダ
３１    選択線
４１    書き込み制御回路
４２    読み出し制御回路
４３    電流源回路
４４    読み出し判定回路
５０    磁気抵抗素子（ＴＭＲ素子）
５１    配線層
５２    磁性層
５３    固定磁性層
５４    トンネルバリア層
５５    自由磁性層
５６    配線層
６０    リファレンスセル
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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