(57)【要約】複数の磁気素子を含む磁気メモリをプログラミングする方法およびシステムを開示する。この方法およびシステムは、磁気メモリの温度を検知して、磁気メモリの温度の指示を与えることを含む。また、この方法およびシステムは、磁気メモリの温度の指示に基づく電流を供給することを含む。この電流は、温度に依存し、別個に生成される電流を追加することなく、複数の磁気素子の少なくとも一部をプログラミングする際に使用可能である。加えて、この方法およびシステムは、複数の磁気素子の少なくとも一部に電流を搬送することも含む。温度は、少なくとも１つの温度センサによって検知されることが好ましく、電流は、温度センサ（複数の温度センサ）に結合された電流源によって供給されることが好ましい。【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の磁気素子を含む磁気メモリをプログラミングするシステムであって、
前記磁気メモリの温度を検知し、前記磁気メモリの温度の指示を与える少なくとも１つの温度センサと、
前記少なくとも１つの温度センサと結合されている電流源であって、前記磁気メモリの温度の前記指示に基づいて電流を供給し、該電流は温度に依存し、別個に生成される電流の追加がなくとも、前記複数の磁気素子の少なくとも一部をプログラミングする際に使用可能である、電流源と、
前記電流源に結合され、前記複数の磁気素子の少なくとも一部に前記電流を搬送する複数の導電線と、
を備えるシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源は、更に、前記磁気メモリの温度が低下するに連れて増大し、前記磁気メモリの温度が上昇するに連れて減少する大きさを有する電流を供給する、システム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源は、更に、前記少なくとも１つの温度センサに結合されている制御信号源であって、前記少なくとも１つの温度センサによって与えられる温度の前記指示に基づいて制御信号を供給する制御信号源を含む、システム。
【請求項４】
請求項３に記載のシステムにおいて、前記制御信号源は、電圧源であり、前記制御信号は電圧である、システム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つの順方向バイアスｐｎ接合を含む、システム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの温度センサは、順方向にバイアスされた少なくとも１つのエミッタ／ベース接合を有する少なくとも１つのダイオード接続トランジスタを含む、システム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つの熱電対を含む、システム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つのサーミスタを含む、システム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの温度センサは、少なくとも１つの金属構造を含む、システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のシステムにおいて、前記少なくとも１つの金属構造は、少なくとも１つのプラチナ膜またはワイヤを含む、システム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記温度センサは、負の温度係数を有する、システム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記温度センサは、正の温度係数を有する、システム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源は、カレント・ミラーを含む、システム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源は、温度の線形関数である電流を供給する、システム。
【請求項１５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源は、温度の非線形関数である電流を供給する、システム。
【請求項１６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記電流源により生成されるいずれの電流も温度に依存する、システム。
【請求項１７】
複数の磁気素子を含む磁気メモリをプログラミングする方法であって、
（ａ）少なくとも１つの温度センサを用いて前記磁気メモリの温度を検知して、前記磁気メモリの温度の指示を与えること、
（ｂ）前記磁気メモリの温度の前記指示に基づいて、電流を供給することであって、該電流は温度に依存し、別個に生成される電流の追加がなくとも、前記複数の磁気素子の少なくとも一部をプログラミングする際に使用可能である、電流を供給すること、
（ｃ）前記複数の磁気素子の少なくとも一部に前記電流を搬送すること、
を備える方法。
【請求項１８】
請求項１７に記載の方法において、前記電流を供給すること（ｂ）は、更に、
（ｂ１）前記磁気メモリの温度が低下するに連れて電流を増大させ、前記磁気メモリの温度が上昇するに連れて前記電流を減少させるステップ、
を含む、方法。
【請求項１９】
請求項１７に記載の方法において、前記電流を供給すること（ｂ）は、更に、
（ｂ１）前記少なくとも１つの温度センサによって与えられる温度の前記指示に基づいて制御信号を供給するステップであって、前記制御信号は前記電流を制御する、ステップ、
を含む、方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の方法において、前記制御信号を供給するステップ（ｂ１）は、更に、
（ｂ１ｉ）前記制御信号として電圧を供給するステップ、
を含む、方法。
【請求項２１】
請求項１７に記載の方法において、前記電流を供給すること（ｂ）は、更に、
（ｂ１）温度の線形関数である前記電流を供給するステップ、
を含む、方法。
【請求項２２】
請求項１７に記載の方法において、前記電流を供給すること（ｂ）は、更に、
（ｂ１）温度の非線形関数である前記電流を供給するステップ、
を含む、方法。
【請求項２３】
請求項１７に記載の方法において、前記電流は、電流源によって生成され、前記電流源によって生成されるいずれの電流も温度に依存する、システム。
【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（ＭＲＡＭ：Magnetic Random Access Memory ）のような不揮発性磁気メモリの読み取りに関し、更に特定すれば、磁気メモリの温度に基づいてデータを信頼性高くプログラミングする方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＲＡＭ、ＦＬＡＳＨ、およびＳＲＡＭは、市場における三種類の主要な従来の半導体メモリである。製造コストは、ＤＲＡＭが最も低い。しかしながら、リフレッシュの必要性、比較的遅い速度、および高電力消費というような欠点に加えて、ＤＲＡＭは揮発性である。その結果、ＤＲＡＭは、電源を切ると、データを失う。ＦＬＡＳＨメモリは不揮発性であるが、非常に遅い。ＦＬＡＳＨメモリの書き込みサイクルの耐久性は、１００万サイクル未満である。この書き込みサイクルの耐久性のために、高データ・レートの市場では、ＦＬＡＳＨメモリの応用には限界がある。ＳＲＡＭは高速メモリである。しかしながら、ＳＲＡＭは揮発性であり、セル当たり占めるシリコン面積が大き過ぎる。高速、不揮発性、小セル面積、および高い耐久性を提供する万能なランダム・アクセス・メモリの研究において、多くの会社が薄膜磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）を開発しつつある。
【０００３】
従来のＭＲＡＭは、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：Anisotropic Magnetoresistance ）素子、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ：Giant Magnetoresistance ）素子、および磁気トンネリング接合（ＭＴＪ：Magnetic Tunneling Junction ）スタックというような、種々の磁気素子を用いたメモリ・セルによって製作することができる。例えば、従来のＭＴＪスタックは、製造および使用が比較的単純である。このため、ここではＭＲＡＭを主要な例として用いる。
【０００４】
可変磁気ベクトルの方位を変化させる磁界は、通常、互いに実質的に直交する２本の導電線によって供給されている。電流が２本の導電線を同時に通過すると、２本の導電性内における電流と伴う２つの磁界が、可変磁気ベクトルの方向を配位するように作用する。
【０００５】
図１Ａは、従来のＭＲＡＭ１の一部を示す。従来のＭＲＡＭは、従来の直交導電線１０および１２、ＭＴＪ３０を有する従来の磁気記憶セル、ならびに従来のトランジスタ１３を含む。設計によっては、従来のトランジスタ１３がダイオードで置き換えられている場合や、または完全に省略され、従来のＭＴＪセル３０が直接従来のワード線１０と接触している場合もある。従来のＭＲＡＭ１は、従来の磁気トンネル接合（ＭＴＪ）スタック３０をメモリ・セルとして用いる。従来のＭＴＪスタック３０を使用することにより、高い集積密度、高速、低読み出し電力、およびソフトウェア・エラー・レート（ＳＥＲ：Software Error Rate ）耐性を備えたＭＲＡＭセルを設計することが可能となる。導電線１０および１２は、データを磁気記憶デバイス３０に書き込むために配されている。従来の導電線１０および１２を、それぞれ、従来のワード線１０および従来のビット線１２と呼ぶ。これらの名称は、しかしながら、相互交換可能である。行線、列線、ディジット線、およびデータ線というような他の名称を用いてもよい。
【０００６】
従来のＭＴＪ３０のスタックは、主に、可変磁気ベクトル（明示的には示さない）を有する自由層３８、固定磁気ベクトル（明示的には示さない）を有する固着層３４、ならびに２つの磁気層３４および３８の間にある絶縁体３６を含む。絶縁体３６の厚さは、通例、磁気層３４および３８間における電荷キャリアのトンネリングを可能にする程度に薄くなっている。層３２は、通常、シード層および強磁性体（ＡＦＭ：Antiferromagnetic ）層の複合体であり、強磁性体層は、固着磁気層に強く結合されている。層３２に含まれるＡＦＭ層は、通常、ＩｒＭｎ，ＮｉＭｎ，ＰｔＭｎ，ＣｒＰｔＭｎ等のような、Ｍｎ合金である。ＡＦＭ層は、通例、固着層３４に強く交換結合されており、固着層３４の磁気ベクトルが特定の方向に確実に強く貼り付けられる(pin) ようにしている。
【０００７】
自由層３８の磁気ベクトルが、固着層３４のそれと一直線上となるとき、ＭＴＪスタックは低抵抗状態にある。自由層３８の磁気ベクトルが固着層３４のそれと非平行となると、ＭＴＪスタック３０は高抵抗状態となる。このため、絶縁層３４間で測定するＭＴＪスタック３０の抵抗は、層３４および３８の磁気ベクトルが平行のときの方が、層３４および３８の磁気ベクトルが反対方向であるときよりも低くなる。
【０００８】
データを従来のＭＴＪスタック３０に格納するには、磁界を従来のＭＴＪスタック３０に印加する。印加された磁界が有する方向は、自由層３０の可変磁気ベクトルを、選択した方位に移動させるように選択されている。書き込みの間、電流Ｉ１が従来のビット線１２内を流れ、Ｉ２が従来のワード線１０内を流れて、自由層３８上に２つの磁界が生ずる。電流Ｉ１およびＩ２により生成された磁界に応答して、自由層３８における磁気ベクトルは、特定の安定方向に配位される。この方向は、Ｉ１およびＩ２の方向および振幅、ならびに自由層３８の特定および形状に依存する。一般に、ゼロ（０）を書き込むには、Ｉ１またはＩ２のいずれかの方向が、イチ（１）を書き込むときとは異なっていなければならない。通例、一直線状になる方位を論理１または０、一方、一直線状にならない方位を逆、即ち、論理０または１にそれぞれ指定することができる。
【０００９】
従来のＭＲＡＭ１は機能するが、従来のＭＲＡＭ１には誤動作が起こることは、当業者には容易に認められよう。磁界、したがって従来のＭＴＪスタック３０に書き込むために必要な電流は、従来のＭＲＡＭ１の温度に依存する。即ち、層３８における可変磁気ベクトルの方向を切り換えるために必要な磁界の振幅は、自由層３８の温度に依存する。図１Ｂは、ＭＴＪスタック３０の切換磁界の温度に対する関係のグラフ５０を示す。図１Ａおよび図１Ｂを参照すると、グラフ５０は、異なる寸法を有する２つのデバイスについて示すデータである。グラフ５０に示すように、０．２５μｍ×０．５μｍのデバイスでは、温度が摂氏０度（２７３ケルビン）から摂氏１００度（３７３ケルビン）まで変化すると、切換磁界は、８０エルステッドから６０エルステッドまで変化する可能性がある。切換磁界は、自由層３８の磁気ベクトルが方向を変化させる磁界である（例えば、自由層３８の磁気ベクトルに対して非平行から、固着層３４の磁気ベクトルに対して平行に、またはその逆）。同様に、０．９μｍ×１．８μｍのデバイスでは、切換磁界は、摂氏０度と１００度との間で増加する。更に、０．９μｍ×１．８μｍのデバイスについてのデータを、０．２５μｍ×０．５μｍのデバイスについてのデータと比較すると、切換磁界の温度依存性は、デバイスの大きさが小さい程高くなることが分かる。したがって、小型デバイスの切換磁界は、大型デバイスの切換磁界よりも温度依存性が強い。この温度による切換磁界の変化のために、従来のＭＲＡＭ１は、同じ書き込み磁界が全ての温度で用いられると、誤動作を起こす可能性がある。誤動作（複数の誤動作）には、温度が低下したときにデータを書き込むことができなくなることや、選択していないセルに偶然データが書き込まれることが含まれるが、これらに限定される訳ではない。この問題は、デバイス・サイズが縮小するに連れて、増々重大となると予測されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、ＭＲＡＭデバイスにおいて温度変化を補償する書き込み磁界を供給する方法およびシステムが求められている。本発明は、この要望に取り組むのである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、複数の磁気素子を含む磁気メモリをプログラミングする方法およびシステムを提供する。この方法およびシステムは、磁気メモリの温度を検知して、磁気メモリの温度の指示を与えることを含む。また、この方法およびシステムは、磁気メモリの温度の指示に基づく電流を供給することを含む。この電流は、温度に依存し、別個に生成される電流を追加することなく、複数の磁気素子の少なくとも一部をプログラミングする際に使用可能である。加えて、この方法およびシステムは、複数の磁気素子の少なくとも一部に電流を搬送することも含む。温度は、少なくとも１つの温度センサによって検知されることが好ましく、電流は、温度センサ（複数の温度センサ）に結合された電流源によって供給されることが好ましい。
【００１２】
ここに開示するシステムおよび方法によれば、本発明は、磁気メモリの温度に基づいて、磁気素子をプログラミングする際に用いられる電流（複数の電流）を可変とする方法およびシステムを提供する。その結果、磁気メモリの性能を向上させることができる。
【００１３】
本発明は、複数の磁気素子を含む磁気メモリを読み取る方法およびシステムを提供する。この方法およびシステムは、複数の磁気素子の少なくとも１つの第１抵抗を判定することを含む。また、この方法および装置は、複数の磁気素子の前述の少なくとも１つに外乱磁界を印加し、外乱磁界が印加されている間に、複数の磁気素子のうちの前述の少なくとも１つの第２抵抗を判定することを含む。更に、この方法およびシステムは、第１抵抗を第２抵抗と比較することを含む。
【００１４】
本発明は、複数の磁気素子を含む磁気メモリをプログラミングする方法およびシステムを提供する。この方法およびシステムは、磁気メモリの温度を検知して、磁気メモリの温度の指示を与えることを含む。また、この方法およびシステムは、磁気メモリの温度の指示に基づく電流を供給することを含む。この電流は、温度に依存し、別個に生成される電流を追加することなく、複数の磁気素子の少なくとも一部をプログラミングする際に使用可能である。加えて、この方法およびシステムは、複数の磁気素子の少なくとも一部に電流を搬送することも含む。温度は、少なくとも１つの温度センサによって検知されることが好ましく、電流は、温度センサ（複数の温度センサ）に結合された電流源によって供給されることが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
特定の種類の磁気メモリ・セル、素子の特定の構成、および特定の磁気素子に関して、本発明を説明する。例えば、本発明を、例示の磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）およびＭＴＪスタックに関連付けて説明する。しかしながら、本発明が、いずれの特定的な磁気メモリ・デバイスにも、磁気メモリ素子にも限定されないことは、当業者には認められよう。つまり、本方法およびシステムは、本発明とは一致しないその他の磁気メモリ・セル、ならびにその他の磁気素子および構成でも有効に動作することは、当業者には容易に認められよう。例えば、本発明のメモリ・アーキテクチャに修正を加えて、または加えなくとも、スピン・バルブ巨大磁気抵抗メモリ素子も同様に用いることができる。加えて、本発明を、金属酸化物半導体（ＭＯＳ：Metal-Oxide-Semiconductor ）デバイスおよびＭＴＪスタックに関連付けて説明するが、本発明がこのようなデバイスに限定される訳ではないことは、当業者には容易に認められよう。逆に、その他の適したデバイス、例えば、バイポーラ接合トランジスタ・デバイスおよびスピン・バルブ巨大磁気抵抗メモリ素子も、メモリ・アーキテクチャに修正を加えて、または加えなくとも、同様に用いることができる。ここに記載する本発明による実施形態は、負の温度係数を有する電流源を中心に据える。しかしながら、本発明に多少の修正を加えれば、正の温度係数を有する電流源も難なく得られることは、当業者には容易に認められよう。更に、本発明を、例示の磁気ランダム・アクセス・メモリ（ＭＲＡＭ）デバイスに関連付けて説明する。しかしながら、本発明が、この磁気メモリ・デバイスにもいずれの特定の磁気メモリ・デバイスにも限定されるのではないことは、当業者には容易に認められよう。逆に、本発明を、更に一般的には、温度に依存する出力を有する電流源を備えることが望ましい、電子デバイスに適用することもできる。更にまた、本発明の一部をダイオードと記載する。しかしながら、ダイオード接続したトランジスタおよびダイオードが、通例、相互接続可能であることは、当業者には容易に認められよう。
【００１６】
本発明による方法およびシステムを更に特定的に例示するために、これより図２を参照すると、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行うシステム１００の一実施形態の上位ブロック図が示されている。システム１００は、磁気素子３０’と結合されており、磁気素子３０’は、図１Ａに示したように結合されていることが好ましい。しかしながら、他の構成の使用、あるいは図１Ａに示されていない別の構成要素および／または追加の構成要素の使用を妨げるものは何もない。
【００１７】
再度図２を参照すると、温度依存プログラミング・システム１００は、電流源１２０に結合されこれを制御する少なくとも１つの温度センサ１１０を含む。電流源１２０は、電流を磁気素子３０’に供給する。磁気素子３０’は、図１Ａに図示した従来のＭＴＪスタック３０に類似している。再度図２を参照すると、導電線（複数の導電線）１０２が、電流源によって供給された電流を、磁気素子３０’に、および／またはその近隣に搬送する。つまり、磁気素子３０’において行われるプログラミング（２本の線における電流を用いて磁界を生成するという事実）は、従来のＭＲＡＭ１に対して行われるプログラミングに類似することが好ましい。このため、電流源１２０が供給する電流は、温度に依存し、別個に生成される電流の追加を伴わずに、複数の磁気素子の少なくとも一部におけるプログラミングに用いることができる。言い方を変えると、好適な実施形態では、電流源１２０が生成する各電流は、温度に依存する。しかしながら、異なる方式でプログラミングを実行することを妨げるものは何もない。
【００１８】
温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、磁気素子３０’がその一部であるＭＲＡＭの温度を検知する。この温度は、磁気素子３０’の温度に対応する。好適な実施形態では、温度センサ（複数の温度センサ）１００が検知した温度は、磁気素子３０’の自由層（明示的に示されていない）の温度に対応する。また、温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、検知した温度の指示も与える。このため、温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、磁気メモリの温度を示す温度信号を供給することが好ましい。例えば、温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、検知した温度に対応する電圧または電流を供給するとよい。一実施形態では、温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、正の温度係数を有し、供給する電圧または電流は、温度の上昇に伴い増加する。別の実施形態では、温度センサ（複数の温度センサ）１１０は、負の温度係数を有し、供給する電圧または電流は、温度の上昇に伴い減少する。
【００１９】
電流源１２０は、温度センサ１１０に結合されている。電流源１２０は、好ましくは、温度センサ１１０が供給する温度の指示を受け取る。電流源１２０は、温度センサ１１０が供給する温度の指示に応じた電流を供給する。好ましくは、電流源１１０が供給する電流は、温度が上昇するに連れて減少する。好適な実施形態では、電流源１２０は、カレント・ミラーと、温度センサに結合されている第２電流源とを含む。第２電流源は、温度センサ（複数の温度センサ）からの温度信号に応じた電流を供給する。次いで、カレント・ミラーは、第２電流源を介した電流に基づく電流を供給する。電流源１２０が供給する電流は、導電線１０２を通じて、磁気素子３０’のある部分に供給される。磁気素子３０’は、スピン・バルブ・デバイス、磁気トネリング接合デバイス、またはその他の磁気抵抗デバイスとすることができる。したがって、磁気素子３０’に供給される電流は、磁気メモリの温度に依存する。
【００２０】
このため、システム１００を用いると、温度依存電流を、１つ以上の磁気素子３０’のプログラミングの間に供給することができる。温度依存電流を、磁気素子３０’をプログラミングするための磁界を駆動するために用いることができる。つまり、磁気素子３０’のプログラミング中に、温度に依存する磁界を生成する。その結果、磁気メモリの温度において磁気素子３０’を切り換えるために適した磁界を供給することができる。このように、データを書き込むことができない、あるいは選択されていないセルに不用意に書き込まれるというような誤動作を減少または回避することができる。
【００２１】
図３は、本発明による温度依存プログラミングを行うシステム１００’の一実施形態の更に詳しい図を示す。システム１００’に加えて、メモリ素子３０’も図示されている。システム１００’は、温度センサ（複数の温度センサ）１１０’、電流源１２０’、スイッチ１６０、アドレス・デコーダ１７０、および好ましくは電流シンク１８０を含む。電流源１２０’は、好ましくは電圧回路１３０である制御信号源１３０を含む。また、電流源１２０’は、第２電流源１４０、およびカレント・ミラー１５０も含む。
【００２２】
温度センサ１１０’は、ダイオード接続バイポーラ・トランジスタ、単なるダイオード、熱電対、および／またはサーミスタというような、多数の異なるセンサを含むことができる。しかしながら、好適な実施形態では、ダイオード接続トランジスタまたはダイオードを用いる。熱電対および／またはサーミスタのような他の技術が用いられる場合、温度センサ１１０’は、シリコン・チップ内に集積されず、代わりに外部デバイスとして接続される。好適な実施形態では、温度係数（温度センサ１１０’の出力信号の変化対温度）は負である。しかしながら、代替実施形態では、温度センサ１１０’の温度係数を正にすることもできる。しかしながら、電流源１２０’が供給する電流が、温度が上昇するに連れて減少するためには、システム１００’を多少修正する。例えば、シリコンにおける順方向バイアスしたｐｎ接合間の電圧降下は、約−２ｍＶ／Ｋの負の温度係数を有する。この温度係数は、オンチップ温度測定に用いることができる。
【００２３】
容易にアクセス可能なｐｎ接合は、温度センサ１１０に用いることもでき、ＢｉＣＭＯＳ技術におけるバイポーラ・トランジスタ、または標準的なＣＭＯＳ技術における横および縦バイポーラ・デバイスというような数種類の半導体デバイスにおいて見られる。バイポーラ技術の場合、ＮＰＮまたはＰＮＰトランジスタのいずれかがダイオードとして接続される。ＣＭＯＳ技術の場合、基板ＰＮＰまたは基板ＮＰＮを、ｎ型ウェルおよびｐ型ウェルＣＭＯＳ技術にそれぞれ利用することができる。ｎ型ウェル技術では、業界では一般に好ましいＣＭＯＳ技術であり、ｎ型ウェルおよびｐ型ウェルの内側にＰ＋拡散によって、ＰＮＰトランジスタを形成する。Ｐ＋拡散によってエミッタを形成し、ｎ型ウェルはベースを形成し、ｐ型基板はコレクタを形成する。尚、ＣＭＯＳ技術において固有に存在するこれらのバイポーラ・トランジスタ構造において、コレクタは、別個の端子としては利用できないことを注記しておく。何故なら、これらは共通基板によって形成されるからである。この基板は、ｎ型ウェルＣＭＯＳではｐ型であり、ｐ型ウェルＣＭＯＳ技術ではｎ型である。更に、ｐｎ接合ビア電圧は、負の温度係数を有し、これは温度センサ１１０’には好ましい。このように、前述の技術は、いずれもが温度センサ１１０’に用いるのに適していると考えられる。
【００２４】
電圧回路１３０は、温度センサ１１０’に結合されており、温度センサ（複数の温度センサ）１１０’から出力を受け取る。温度センサ（複数の温度センサ）１１０’の出力は、温度信号であり、例えば、電圧または電流でもよい。電圧回路１３０は、温度信号を入力として受け取り、制御信号を生成する。電圧回路１３０が生成する制御信号は、好ましくは、電圧ＶＵＰＴＡＴである。この電圧は、絶対温度に対して反比例であることが好ましい。異なる言い方をすると、電圧回路１３０が供給する電圧は、温度に依存し、負の温度係数を有することが好ましい。電圧回路１３０が出力する電圧は、第２電流源１４０に供給される。
【００２５】
電圧回路１３０は、第２電流源１４０に結合され、これを駆動するために用いられる。第２電流源は、好ましくは、そのゲートが電圧回路１３０に接続されているＮチャネルＭＯＳ（ＮＭＯＳ）トランジスタである。第２電流源１４０は、電圧回路１３０が供給する電圧ＶＵＰＴＡＴによって制御される。即ち、電圧回路１３０が供給する電圧が高い程、高いソース／ドレイン電流ＩＤＳが第２電流源１４０を通過する。電圧回路１３０が供給する電圧は、好ましくは、温度が上昇するに連れて減少し、第２電流源１４０において用いられるＮＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン・チャネルを介して駆動する電流が減少する。その結果、好ましくは、第２電流源１４０が生成する電流は、磁気メモリの温度が上昇するに連れて減少する。尚、第２電流源１４０におけるＮＭＯＳトランジスタをＰＭＯＳトランジスタ（図示せず）と置き換えることも可能であることを注記しておく。このようなＰＭＯＳトランジスタは、温度センサ１１０’が正の温度係数を有するときには望ましいと考えられる。
【００２６】
カレント・ミラー１５０は、第２電流源１４０と結合されている。図示の実施形態では、ＮＭＯＳトランジスタのドレインがカレント・ミラー１５０に接続されている。カレント・ミラー１５０は、アドレス・デコーダ１７０が制御する切換回路１６０を介して、導電線１０２’のアレイを駆動する。カレント・ミラー１５０は、第２電流源１４０の出力電流を入力として取り込む。好適な実施形態では、したがって、第２電流源１４０のソース／ドレイン電流は、カレント・ミラー１５０に供給される。第２電流源１４０からのソース／ドレイン電流に基づいて、カレント・ミラー１５０は電流を供給する。好ましくは、この電流を、磁気素子３０”をプログラミングする際に用いる。磁気素子３０”は、スピン・バルブ・デバイス、磁気トネリング接合デバイス、またはその他の磁気抵抗デバイスとすることができる。カレント・ミラー１５０からの電流の出力振幅は、磁気素子３０”の磁気状態を切り換えるのに適するように設計されている。このため、カレント・ミラー１５０からの電流は、１本以上の線１０２’によって、磁気素子３０”の、全てを含む、ある部分に搬送される。
【００２７】
どの線１０２’が電流を搬送するか決定するために、アドレス・デコーダ１７０およびスイッチ１６０を用いる。アドレス・デコーダ１７０は、線１０２’のどれが電流を搬送するか決定し、スイッチ１６０を制御して、所望の線（複数の線）１０２’をカレント・ミラー１５０に接続する。電流シンク１８０が、選択された磁気素子（複数の磁気素子）３０’に、該当する１つ以上のスイッチ１６９および対応して選択された線１０２’を通じて接続されている。このように、カレント・ミラー１５０からの電流は、所望の磁気素子（複数の磁気素子）３０’に供給することができる。こうして、所望の磁気素子（複数の磁気素子）をプログラミングすることができる。
【００２８】
図４Ａおよび図４Ｂは、本発明による温度センサ１１０”および１１０”’の好適な実施形態をそれぞれ示す。温度センサ１１０”は、ダイオード接続バイポーラ・トランジスタ１１２，１１４，および１１６を含む。温度センサ１１０”’は、ダイオード１１２’，１１４’，および１１６’を含む。３つのトランジスタ１１２，１１４，および１１６、ならびに３つのダイオード１１２’，１１４’，および１１６’を示すが、異なる数のトランジスタ１１２，１１４，および１１６またはダイオード１１２’，１１４，および１１６’の使用を妨げるものはない。温度センサ１１０”および１１０”’が好ましいのは、これらの温度センサはシリコン上に形成することができ、したがって製造中に磁気メモリに組み込むことができるからである。このため、温度センサ１１０”および１１０”’は、オンチップ温度測定に用いることができる。
【００２９】
シリコンにおける順方向バイアスされたｐｎ接続間の電圧降下は、温度に依存し、その傾きは約−２ｍＶ／Ｋである。典型的なｐｎ接合の順方向バイアスは、約０．７Ｖである。温度が摂氏１００度変化した場合、順方向バイアスの百分率変化は−２００／７００、即ち、約２８パーセットとなる。２８パーセントは、かなりの変化である。前述のように、容易にアクセス可能なｐｎ接合は、いくつかの半導体デバイスにおいて見られる。
【００３０】
温度センサ１１０”では、常温において、３つのダイオード接続した順方向バイアス・バイポーラ・トランジスタ１１２，１１４，および１１６間の電圧降下は、約２．１Ｖである。摂氏１２５度において、順方向バイアスは、約１．４Ｖに降下するが、これはなおも電流源１４０において用いられるＮＭＯＳトランジスタの閾値よりも高い。その結果、電流源１２０’は、線形範囲で動作することになる。更に、ＣＭＯＳ技術の発展により、次世代になる毎に、電源の電圧が低下している。ＣＭＯＳトランジスタの閾値電圧も、同様に低下しつつある。したがって、今後、同様の性能を提供しつつも、温度センサ１１０”に用いられるｐｎ接合１１２，１１４，および１１６の数が減少する可能性がある。
【００３１】
図５Ａは、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いる電圧回路１３０”の好適な実施形態を示す。電圧回路１３０’は、トランジスタ１３２、ならびにダイオード１３４，１３６，および１３８を含む。明確化のために、電圧回路１３０’の説明をシステム１００’と関連付けて行い、図３に示した電圧回路１３０に用いると仮定する。図３および図５Ａを参照すると、電圧回路１３０’は、温度センサ１１０，１１０’，１１０”，または１１０”’の出力を入力として受け取り、温度依存電圧出力ＶＵＰＴＡＴを供給する。電圧回路１３０’が供給する電圧は、好ましくは、負の温度係数を有する。
【００３２】
システム１００’の異なる実施形態に用いるには、電圧回路１３０’とは異なる温度感度が望ましい場合がある。例えば、図２のグラフ５０において示すように、温度による切換磁界の変化は線形関数でない場合があり、切換磁界の変化率は、デバイスのサイズが異なると、同一ではない場合がある。しかしながら、図２および図３に示したシステム１００および１１０’、ならびに図７および図８に示し以下で説明するシステム１００”および２００をなおも利用することができる。このようなシステムでは、電圧回路１３０’の温度感度の多少の変化が望ましい場合がある。
【００３３】
図５Ｂは、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いるシステムにおいて用いる電圧回路１３０”の第２実施形態を示す。図５Ｂに示す電圧回路１３０”は、図５Ａに示した電圧回路１３０’よりも大きな変化をＶＵＰＴＡＴに与える（大きな温度感度）。図５Ａおよび図５Ｂを参照すると、電圧回路１３０”は、電圧回路１３０’に類似した構成要素を含む。したがって、これらの構成要素には同様の符号を付ける。電圧回路１３０”は、電流源１３９も含む。電流源１３９は、絶対温度に比例する電圧ＩＰＴＡＴを生成する。したがって、トランジスタ１３２’が高温において生成する電流が多い程、付加電流を電流源１３９によって迂回させることができる。その結果、ダイオード１３４’，１３６’，および１３８’を通過する電流は増加する必要はなく、即ち、減少するように設計されており、温度によるＶＵＰＴＡＴの変化が大きくなる。
【００３４】
図５Ｃは、本発明による温度依存プログラミングを行うシステムにおいて用いる電圧回路１３０”’の第３実施形態を示す。電圧回路１３０”’は、図５Ａに示した電圧回路１３０’よりも、出力電圧ＶＵＰＴＡＴの変化が小さい（温度感度が低い）。図５Ａおよび図５Ｃを参照すると、電圧回路１３０”’は、トランジスタ１３２”’、ならびにダイオード１３４”および１３６”を含む。これらの構成要素は、トランジスタ１３２、ならびにダイオード１３４および１３６と同一であることが好ましい。しかしながら、ダイオード１３８の代わりに、電圧回路１３０”’は抵抗器１３８”を利用している。抵抗器１３８”を利用するために、温度による出力電圧の変化が減少する。言い方を変えると、抵抗器１３８”は、電圧回路１３０”’の出力の温度感度を低下させる。
【００３５】
図６は、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いるシステムにおいて用いるカレント・ミラー１５０’の一実施形態を示す。カレント・ミラーは、トランジスタ１５２および１５４、ならびに接地に接続されている抵抗器１５６を含む。
【００３６】
図３、図５Ａ、および図６を参照して、システム１００の好適な実施形態の機能について説明する。最初に、ある周知のＣＭＯＳトランジスタおよびダイオード特性に基づいた、電圧回路１３０’が生成する電圧の簡略化した推定値は、以下の通りである。磁気メモリにおいて５ボルトの電源（図示せず）を用い、第２電流源１４０のＮＭＯＳトランジスタの閾値電圧Ｖｔｈは１ボルトであり、ダイオード１３４，１３６，または１３８の順方向バイアスＶｂｅは常温で０．７Ｖであると仮定する。また、第２電流源１４０に対する閾値電圧の温度係数は、−２．５ｍ／℃であり、ダイオード１３４，１３６，または１３８の順方向バイアス電圧の温度係数は、−２ｍＶ／℃であると仮定する。第２電流源１４０のＮＭＯＳトランジスタにおける電流は、Ｉｎ１４０＝ｋ（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）２と表すことができ、ここでｋは定数であり、チャネルの幅および長さに依存する。摂氏１度の温度上昇により、ダイオードの順方向バイアスは、一次までで、６ミリボルトだけ低下する。したがって、Ｖｇｓは約６ミリボルト上昇する。Ｉｎ１４０の百分率増加は、大まかに０．１パーセントとなる。この電流の増加により、ダイオードの順方向バイアスは、
（ＫＴ／ｑ）＊ΔＩ１／Ｉ１＊３（３つのダイオード）＝２６ｍＶ＊０．０１１＊３＝０．８６ｍＶ
だけ上昇する。したがって、ＶＵＰＴＡＴの有効変化は、常温において摂氏１度当たり約４．１４ｍＶとなる。つまり、電圧回路１３０’が出力する電圧は、温度が低下するに連れて上昇する。尚、前述の計算は、この回路がどのように機能するかを示すための、一次の推定に過ぎないことを注記しておく。自己無矛盾な方法（self-consistent method）を用いれば、一層精度の高い計算を行うことができる。
【００３７】
電圧回路１３０’の出力ＶＵＰＴＡＴは、第２電流源１４０として機能するＮＭＯＳトランジスタのゲートを駆動する。つまり、電圧回路１３０が出力する電圧は、第２電流源１４０におけるＮＭＯＳトランジスタのゲート・バイアスでもある。ゲート・バイアスが減少すると、第２電流源１４０においてＮＭＯＳトランジスタのソース／ドレイン・チャネルを通過する電流が減少する。常温において摂氏１度当たりの百分率変化は、ΔＶＵＰＴＡＴ／（Ｖｇｓ−Ｖｔｈ）＝−４．１４／（２１００−１０００）＝３．７％／℃となる。一次までで、１００℃の温度変化によって、電流振幅に３７パーセントの変化を得ることができた。
【００３８】
第２電流源１４０のＮＭＯＳトランジスタのドレインは、カレント・ミラー１５０’に接続されており、カレント・ミラー１５０’は、スイッチ１６０を介して、導電線１０２’のアレイを駆動する。カレント・ミラー１５０’は、２つのＰＭＯＳトランジスタ１５２および１５４を含むことが好ましい。トランジスタ１５２を流れる電流は、トランジスタ１５２のゲート／ソース電圧ＶＧＳ１５２に対応する。トランジスタ１５４のゲート／ソース電圧ＶＧＳ１５４はＶＧＳ１５２と同じであるので、トランジスタ１５２における電流と同じ電流またはその電流の倍数がトランジスタ１５４を流れることが理想的である。トランジスタ１５２および１５４が同じ大きさである場合、トランジスタ１５４が飽和領域において動作するのであれば、各トランジスタ１５２および１５４において同じドレイン電流が流れる。トランジスタ１５２における電流は、以下の式で示される。
【００３９】
Ｉｐ１５２＝ｋ１５２（ＶＧＳ１５２−Ｖｔｈ１５２）
ここで、ｋ１５２は、チャネルの幅および長さに依存する定数である。トランジスタ１５４を通過する電流は、Ｉｐ１５４＝ｋ１５４（ＶＧＳ１５４−Ｖｔｈ１５４）で示される。加えて、ＶＧＳ１５２はＶＧＳ１５２に等しく、Ｖｔｈ１５２はＶｔｈ１５４にほぼ等しい。結果的に、２つのＰＭＯＳトランジスタのドレイン電流間の比は、
Ｉｐ１５４／Ｉｐ１５２＝ｋ１５４／ｋ１５２＝（Ｗ１５４Ｌ１５２／Ｗ１５２Ｌ１５４）
となる。ここで、Ｗ１５２およびＷ１５４は、それぞれ、トランジスタ１５２および１５４のチャネル幅であり、Ｌ１５２およびＬ１５４は、それぞれ、トランジスタ１５２および１５４のチャネル長である。直上の式は、所望の出力電流を達成するためには、どのようにしてトランジスタ１５４のチャネル・サイズを調節するかを示す。こうして、動作温度範囲において磁気素子３０’にプログラミングするための所望の電流を得ることができる。
【００４０】
図７は、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行うシステムの第２実施形態の更に詳しい図を示す。システム１００”の構成要素は、システム１００’と類似しており、したがって同様の符号を付する。つまり、システム１００”は、電圧回路１３０””（図５Ａに示した電圧回路１３０’と同一である）、第２電流源１４０’（図３に示した第２電流源１４０と同一である）、カレント・ミラー１５０”、スイッチ１６０’、アドレス・デコーダ１７０’、および線１０２”を含む。磁気素子３０”’は、線１０２”を通じてスイッチ１６０’および電流シンク１８０’に結合されている。
【００４１】
図７に示すシステム１００”では、トランジスタ１５４”のドレイン電流は、アドレス・デコーダ１７０’が制御するスイッチ回路を介して、１本以上の線１０２”に向けられている。アドレス・デコーダ１７０’は、アドレス信号をデコードし、どのメモリ・セル（複数のメモリ・セル）のうちのどれを、または等価的に、線１０２”のうちのどの書き込み線（複数の書き込み線）をカレント・ミラー１４０”の出力と接続すればよいか決定する。線１０２”の電流搬送導電線は、磁気素子３０”’にデータを書き込むための磁界を生成する。磁気素子３０”’は、スピン・バルブ・デバイス、磁気トンネリング接合デバイス、またはその他の磁気抵抗デバイスとすることができる。カレント・ミラーの出力振幅は、磁気素子３０”’の各々の磁気状態を切り換えるのに適当であるように設計されている。図７に示すシステム１００”を用いると、単一方向電流を用いて、磁気素子３０”’にバイアス磁界を生成することができる。
【００４２】
図８は、本発明にしたがって温度依存プログラミングを行うシステム２００の第３実施形態の更に詳細な図を示す。システム２００は、双方向電流を磁気素子３０””に供給することができる。システム２００は、システム１００’を２つ含み、これらを電流源Ａ１００”’および電流源Ｂ１００””と呼ぶ。システム１００”’および１００””は、前述のシステム１００および１００’の一部または全部を含むことができる。しかしながら、カレント・ミラー１００”’および１００””は、アドレス・デコーダ２１０を共有する。アドレス・デコーダが、電流シンク１８０”’をカレント・ミラー１００””と接続するようにスイッチ１６０”’および１６０””を方向付けると、右から左に流れる電流が生成される。カレント・ミラー１５０”’および電流シンク１８０”’を線１０２”’の中の同じ１本に接続することによって、逆方向の電流を生成することができる。データ・ビット信号は、電流の方向を変えるために、スイッチをトリガする際に用いることができる。このようにして、双方向、温度依存電流を供給することもできる。
【００４３】
システム１００，１００’，１００”および２００を用いると、本発明による方法およびシステムは、温度依存電流を供給する。好適な実施形態では、電流は、温度が低下するに連れて増大する。この電流は、磁界を生成し、素子３０，３０’，３０”，および２０”’のようなメモリ素子をプログラミングするために用いることができる。その結果、個々の動作温度には大き過ぎる電流または小さ過ぎる電流の使用による機能を回避することができる。
【００４４】
以上、改良した磁気メモリおよび磁気メモリを読み取るための方法のための方法およびシステムを開示した。図示した実施形態にしたがって本発明について説明したが、これらの実施形態に対する変形も可能であり、これらの変形も本発明の主旨および範囲に該当することは、当業者には容易にみとめられよう。したがって、添付した特許請求の範囲の技術思想および範囲から逸脱することなく、多くの変更を当業者は行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１Ａ】ビット線およびワード線の交点に位置する、ＭＴＪセルを含む従来の磁気メモリの一部の三次元図。
【図１Ｂ】従来のＭＴＪスタックに対する切換磁界対温度の関係を示すグラフ。
【図２】本発明による温度依存プログラミングを行うシステムの一実施形態の上位ブロック図。
【図３】本発明による温度依存プログラミングを行うシステムの一実施形態の更に詳細な図。
【図４Ａ】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられる、本発明による温度センサの一実施形態。
【図４Ｂ】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられる、本発明による温度センサの第２実施形態。
【図５Ａ】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられるシステムにおいて使用される電圧源の一実施形態。
【図５Ｂ】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられるシステムにおいて使用される電圧源の第２実施形態。
【図５Ｃ】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられるシステムにおいて使用される電圧源の第３実施形態。
【図６】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行う際に用いられるシステムにおいて使用されるカレント・ミラーの一実施形態。
【図７】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行うシステムの第２実施形態の更に詳細な図。
【図８】本発明にしたがって温度依存プログラミングを行うシステムの第３実施形態の更に詳細な図。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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