(57)【要約】本発明は、情報層（13）および当該情報層（13）と協働するセンサ（2,22）を具える磁気メモリシステム（1,20）に関する。情報層（13）は、ビット位置のアレイを構成する磁気ビット（4a,4b,4c,4d,24a,24c,24d）のパターンを具える。ビット位置におけるビット磁界（3a,3b,3c,3d）が、論理値（L0,L1/2,L1）を表す。センサ（2,22）は、固定磁性層（7）および自由磁性層（8）を有する磁気抵抗素子（6,26）を具える。自由磁性層（8）は、磁化軸（10）を有し、それに沿って自由磁化方向（11b,11c,21b,21c）を保有する。ビット位置の１つにおける第１ビット磁界（3b,3c）が、磁化軸（10）に対してほぼ平行な自由磁化方向（11b,11c,21b,21c）により、磁気抵抗素子（6,26）に第1抵抗値（Rmax,Rmid,Rmin）を提供することで、第１の論理値（L0,L1/2,L1）を示す。ビット位置のうちの１つにおける第２ビット磁界（3a,3d）が、磁化軸（10）に対して角度（12a,12d,27）を有する自由磁化方向（11a,11d,21a,21d）により、磁気抵抗素子（6,26）に第２抵抗値（Rmax,Rmid,Rmin）を提供することによって、第２の論理値（L0,L1/2,L1）を表す。第２抵抗値（Rmax,Rmid,Rmin）を提供する第２ビット磁界（3a,3d）は、自由磁性層（8）の２つの安定磁化方向のうちの１つではないため、第1抵抗値（Rmax,Rmid,Rmin）とは異なる。センサ（2,22）の自由磁性層（8）の磁化方向を、読み出し前に設定する必要がなくなる。
2008529195.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
情報層および当該情報層と協働するセンサを具える磁気メモリシステムであって、
前記情報層は、ビット位置のアレイを構成する磁気ビットのパターンを具え、ビット位置におけるビット磁界が論理値を表し、ビット磁界がビット磁界強度およびビット磁化方向を有し、
前記センサは、固定磁性層および自由磁性層を含む層のスタックから成る磁気抵抗素子を具え、前記固定磁性層が一定の磁化方向を有し、前記自由磁性層が、磁化軸を有して、当該磁化軸に沿う自由磁化方向を保有する、磁気メモリシステムにおいて、
前記ビット位置の１つにおける第１ビット磁界が、磁化軸に対してほぼ平行な自由磁化方向により、磁気抵抗素子に第１抵抗値を提供することで、第１の論理値を示し、かつ、ビット位置のうちの１つにおける第２ビット磁界が、磁化軸に対して或る角度を有する自由磁化方向により、磁気抵抗素子に第２抵抗値を提供することで、第２の論理値を示す、
磁気メモリシステム。
【請求項２】
前記第１ビット磁界が、ほぼゼロの第１の磁界強度を有する、請求項１に記載の磁気メモリシステム。
【請求項３】
前記第２ビット磁界が、前記磁化軸に対してほぼ垂直な第２の磁化方向を有する、請求項１に記載の磁気メモリシステム。
【請求項４】
前記磁化軸に対して、前記第２の論理値をもたらす前記角度とは異なる別の角度を有する自由磁化方向により、前記磁気抵抗素子に別の抵抗値を提供することによって、前記ビット位置のうちの１つにおける別のビット磁界が、別の論理値を表す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の磁気メモリシステム。
【請求項５】
前記固定磁化方向が、前記自由磁性層の前記磁化軸に対してほぼ平行である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気メモリシステム。
【請求項６】
前記固定磁化方向が、前記自由磁性層の前記磁化軸に対してほぼ垂直である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の磁気メモリシステム。
【請求項７】
前記システムが、基準回路を具え、当該基準回路が、前記第１抵抗値と前記第２抵抗値とを区別するために、基準磁気抵抗素子に基づく、少なくとも１つの基準レベルを提供する、請求項１に記載の磁気メモリシステム。
【請求項８】
前記基準回路が、２つの基準レベルの間に設定されている抵抗値を区別するために、基準磁気抵抗素子に基づく第２の基準レベルを少なくとも提供する、請求項７に記載の磁気メモリシステム。
【請求項９】
前記ビット位置のうちの１つにおける前記ビット磁界が、当該ビット位置のうちの１つにおける磁化された磁性体の有無により提供される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の磁気メモリシステム。
【請求項１０】
前記センサが、磁気抵抗素子の２次元のアレイを具える、請求項１〜９のいずれか一項に記載の磁気メモリシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載の磁気メモリシステムに用いる情報担体であって、当該情報担体は、ビット位置のアレイを構成する磁気ビットのパターンを有する情報層を具え、ビット位置におけるビット磁界が論理値を表し、ビット磁界が、ビット磁界強度およびビット磁化方向を有し、
前記ビット位置のうちの１つにおける第１ビット磁界が、前記磁化軸に対してほぼ平行な自由磁化方向により、前記磁気抵抗素子に第１抵抗値を提供することによって、第１の論理値を表し、前記ビット位置のうちの１つにおける第２ビット磁界が、前記磁化軸に対して或る角度を有する自由磁化方向により、前記磁気抵抗素子に第２抵抗値を提供することによって、第２の論理値を表し、さらに、前記ビット位置の１つにおける別のビット磁界が、前記磁化軸に対して別の角度を有する自由磁化方向により、前記磁気抵抗素子に別の抵抗値を提供することによって、別の論理値を表し、前記別の角度は、前記第２の論理値をもたらす前記角度とは異なる、情報担体。
【請求項１２】
請求項１に記載の磁気メモリシステムにて、磁気抵抗素子を具えるセンサから論理値を読み出すために用いる読み出し回路であって、当該読み出し回路は、基準磁気抵抗素子に基づき少なくとも２つの基準レベルを提供するための基準回路を具え、かつ、前記磁気抵抗素子の抵抗値と、前記少なくとも２つの基準レベルとを比較することによって、前記論理値を読み出す、読み出し回路。
【請求項１３】
２つの基準レベルを有する、請求項１２に記載の読み出し回路であって、基準抵抗値の範囲を前記２つの基準レベルの間にあるように設定し、かつ、第１の論理値は、前記抵抗値が前記基準抵抗値の範囲内にある場合に読み出され、さらに、第２の論理値は、前記抵抗値が前記基準抵抗値の範囲外にある場合に読み出される、読み出し回路。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、情報層および当該情報層と協働するセンサを具える磁気メモリシステムであって、当該情報層は、ビット位置のアレイを構成する磁気ビットのパターンを具え、ビット位置におけるビット磁界が論理値を表し、ビット磁界が、ビット磁界強度およびビット磁化方向を有し、前記センサは、固定磁性層および自由磁性層を含む層のスタックから成る磁気抵抗素子を具え、前記固定磁性層が、一定の磁化方向を有し、前記自由磁性層が、磁化軸を有し、当該磁化軸に沿う自由磁化方向を保有する、磁気メモリシステムに関する。
【０００２】
本発明はさらに、情報担体および読み出し回路にも関する。
【背景技術】
【０００３】
磁気抵抗素子を用いる複数の種類の磁気メモリが既知である。磁気抵抗素子は、一般に層のスタックを具え、当該スタックの抵抗値は、磁性層の磁化方向に依存する。ＭＲＡＭの構成において、層のスタックは、磁気抵抗素子に論理値を格納可能にする、２つの安定な磁化方向を有する自由磁性層を具える。
【０００４】
読み出し専用の磁気情報システムは、例えば、ＷＯ２００４／０３２１４９に開示されている。この文献には、情報担体部および読み出し部を具える記憶装置が開示されている。情報担体部は、読み出し部と協働する情報プレーンを具える。読み出し部は、電磁センサ素子の２次元のアレイを具える。読み出しは、磁気抵抗現象に依存する抵抗値の測定によって行われる。情報担体の具体例において、ビット位置でビットを表す電磁材料は、硬磁性体で構成されている。硬磁性体のパターンは、外部磁界内で恒久的に磁化されて、全てがほぼ同一の所定の磁界方向および磁界強度を有する、磁化された磁気ビットのパターンを作っている。センサの具体例において、センサは、異なるスイッチング磁界強度を有する２つの強磁性層を具える。センサの読み出しは、２つの強磁性層のスイッチング磁界強度の中間の磁界強度を有し、かつ、逆の磁界方向を有する２つの磁界パルスを、連続的にセンサで発生させながら、センサの抵抗値を測定することによって行われる。より高いスイッチング磁界を有し、通常固定磁性層と呼ばれる層は変化せず、一方で、より低いスイッチング磁界を有し、通常自由磁性層と呼ばれる層の磁化は、第１の磁界パルスによって所定の方向に定められ、その後、第２の磁界パルスによって反対方向に向けられる。特定のセンサに磁気ビットの磁界が存在する場合には、その特定センサの自由磁性層の磁化方向は、第２の磁界パルスの期間中に反対方向に向けることができないため、磁気ビットが存在しないセンサと比べると逆向きの磁化方向を有するようになる。この、自由磁性層の２つの逆の磁化方向は、２つのセンス抵抗値、すなわち、第１の磁化方向における第１抵抗値、および逆の磁化方向における、（第１抵抗値と異なる）第２抵抗値をもたらす。各ビット位置におけるセンサ素子の抵抗を測定すると、各ビット位置の論理値を判定することができる。
【０００５】
既知の磁気ＲＯＭ記憶システムにおいて、センサにおける自由磁性層は、典型的には２つの安定磁化方向を有し、センサに２つの抵抗値をもたらす。測定の当初には、自由磁性層は、２つの安定磁化方向のいずれかをとり得る。センサを読み出せるようにするために、自由層の磁化方向は、ビット位置の論理値を読み出す前に磁界を発生させて、設定しなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、自由磁性層を設定することなく磁気ビットを読み出すことのできる、記憶システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的は、本発明の第１態様によれば、冒頭で規定した磁気メモリシステムにおいて、ビット位置のうちの１つにおける第１ビット磁界が、磁化軸に対してほぼ平行な自由磁化方向によって磁気抵抗素子に第１抵抗値を提供することで、第１の論理値を示し、かつ、ビット位置のうちの１つにおける第２ビット磁界が、磁化軸に対して或る角度を有する自由磁化方向によって磁気抵抗素子に第２抵抗値を提供することで、第２の論理値を示す、ようにして達成される。
【０００８】
本発明による手段の効果は、第２ビット磁界が、自由磁化方向を回転させ、その結果、自由磁化方向と磁化軸との間に或る角度を生じさせることにある。回転した自由磁化方向は、固定磁性層の固定磁化方向と相まって、磁化抵抗素子に第２抵抗値をもたらし、この第２抵抗値は、第２の論理値を表す。第１ビット磁界を含むビット位置において、自由磁化方向は、自由磁性層の磁化軸に対してほぼ平行である。磁化軸に対して平行な自由磁化方向は、固定磁性層の固定磁化方向と相まって、磁気抵抗素子に第１抵抗値をもたらし、この第１抵抗値は、第１の論理値を表す。自由磁性層は、磁化軸に対して平行な２つの安定磁化方向を有するため、第１の論理値は、２つの安定磁化方向のいずれかに由来する。第２ビット磁界が自由磁化方向を回転させることによって、第１ビット磁界を有するビット位置と、第２ビット磁界を有するビット位置とを、区別できるようになる。第２抵抗値をもたらす磁化方向は、自由磁性層の２つの安定磁化方向のうちの１つではないため、第１抵抗値とは異なり、読み出し前に自由磁性層の磁化方向を設定する必要がなくなる。
【０００９】
本システムの実施態様において、第１ビット磁界はほぼゼロの第１の磁界強度を有する。ビット磁界がほぼゼロであるようなビット位置において、磁気抵抗素子の自由磁性層は、２つの安定磁化方向のいずれかをとり得るため、不確定となる。センサに第２ビット磁界を提供するビット位置は、自由磁化方向を回転させ、磁気抵抗素子の抵抗値を、自由磁化方向の２つの安定磁化方向のいずれからも区別することができる抵抗値にもたらす。情報層は、実質上、第２ビット磁界の有無がビット位置の論理値を決める磁気ビットのパターンを具えている。情報層に存在するビット磁界が、全てほぼ同一の磁化方向を有するため、この情報層の製造は比較的簡単である。
【００１０】
本システムの実施態様において、第２ビット磁界は、磁化軸に対してほぼ垂直の第２の磁界強度を有する。自由磁化方向は、第２ビット磁界により、第２ビット磁界に対してほぼ平行、従って、磁化軸にほぼ垂直となるように回転する。好適な実施態様において、固定磁化方向は、磁化軸に対してほぼ垂直とする。この実施態様の利点は、自由磁性層の２つの安定磁化方向が、両方とも、固定磁化方向に対して垂直になるため、磁気抵抗素子に、実質上同じ抵抗値を提供することにある。自由磁性層の２つの安定磁化方向が、単一の抵抗値で表されるため、ビット位置のうちの１つにおける第１または第２ビット磁界の存在を、例えば、単一の基準値を用いて区別することができる。
【００１１】
本システムの実施態様において、磁化軸に対して第２の論理値をもたらす角度とは異なる別の角度を有する自由磁化方向により、磁気抵抗素子に別の抵抗値を提供することによって、ビット位置のうちの１つにおける別のビット磁界は、別の論理値を表す。この別のビット磁界は、第１の論理値および第２の論理値とは異なる別の論理値を提供する。本実施態様の利点は、磁気ビットパターンに格納された情報が、バイナリシステムと対照的に、３次システムを表すことにある。本実施態様に示す３次システムは、３つの論理値、すなわち、第１の論理値と、第２の論理値と、別の論理値とを含む。
【００１２】
本システムの実施態様において、本システムは、ビット位置のアレイを構成する磁気ビットパターンを含む情報層を有する情報担体を具え、或るビット位置におけるビット磁界が論理値を表し、当該ビット磁界は、ビット磁界強度およびビット磁化方向を有し、ビット位置のうちの１つにおける第１ビット磁界は、磁化軸に対してほぼ平行な自由磁化方向により、磁気抵抗素子に第１抵抗値を提供することによって、第１の論理値を表し、ビット位置のうちの１つにおける第２ビット磁界は、磁化軸に対して或る角度を有する自由磁化方向により、磁気抵抗素子に第２抵抗値を提供することによって、第２の論理値を表し、さらに、ビット位置の１つにおける別のビット磁界は、磁化軸に対して別の角度を有する自由磁化方向により、磁気抵抗素子に別の抵抗値を提供することによって、別の論理値を表し、前記別の角度は、第２の論理値をもたらす角度とは異なる。本実施態様における情報担体は、バイナリシステムとは対照的な３次のシステムを表す、磁気ビットパターンを有する。３次のシステムは、３つの論理値、すなわち、第１の論理値と、第２の論理値と、別の論理値とを含む。
【００１３】
本システムの実施態様において、本システムは、磁気抵抗素子を具えるセンサから論理値を読み出すための読み出し回路を具えており、当該読み出し回路は、基準磁気抵抗素子に基づく少なくとも２つの基準レベルを提供するための基準回路を具え、磁気抵抗素子の抵抗値と、少なくとも２つの基準レベルとを比較することによって、論理値を読み出す。本実施態様の利点は、自由磁化方向が定まらず、２つの安定磁化方向のいずれかをとり得るシステムにてビット磁界を区別することができることにある。抵抗値を、少なくとも２つの基準レベルと比較することによって、第２ビット磁界に起因する抵抗値を、磁化軸に対して平行な自由磁化方向による２通り抵抗値から区別することができる。本実施態様のさらなる利点は、本実施態様が、例えば、３つの抵抗値を区別しなければならない３次のシステムの読み出しを可能にする、という点にある。
【００１４】
本システムの実施態様において、固定磁化方向は、自由磁性層の磁化軸に対してほぼ平行とする。自由磁化方向が固定磁化方向と同じ方向を指す場合、センス抵抗値は一般に最小抵抗値となり、例えば、論理値“０”を表す。自由磁化方向が、固定磁化方向に対して逆方向を指す場合、センス抵抗値は一般に最大抵抗値となり、例えば、論理値“１”を表す。ビット磁界が、自由磁性層の磁化軸から離れるように自由磁化方向を回転させると、センス抵抗は、最小抵抗値と最大抵抗値との間の中間抵抗値となり、例えば、論理値“１／２”を表す。
【００１５】
本発明の実施態様において、固定磁化方向は、自由磁性層の磁化軸に対してほぼ垂直とする。自由磁性層の２通りの安定磁化方向のいずれかが、磁気抵抗素子にほぼ同じ抵抗値を提供し、当該抵抗値は、最大抵抗値と最小抵抗値との間のほぼ中間の値になる。第２ビット磁界は、例えば、自由磁化方向を固定磁化方向に対して平行になるように回転させ、例えば論理値“０”を表すか、あるいは、例えば自由磁性層を固定磁化方向に対して逆向きになるように回転させ、例えば論理値“１”を表す。本実施態様の利点は、自由磁性層の２つの安定磁化方向が、実質上、単一の抵抗値を提供し、そのため、第１ビット磁界の存在と、第２ビット磁界の存在とを区別するのには、単一の抵抗値で十分である、ということである。
【００１６】
本システムの実施態様において、本システムは基準回路を具え、当該基準回路が、第１抵抗値と第２抵抗値とを区別するために、基準磁気抵抗素子に基づく、少なくとも１つの基準レベルを提供する。磁気抵抗素子の抵抗値は、例えば、温度変化および／または老化効果により、影響を受け得る。基準レベルは基準磁気抵抗素子に基づくため、磁気抵抗素子に影響を及ぼす温度変化および老化効果は、基準レベルにも同様に影響を及ぼすことになり、例えば温度変化および／または老化効果に対し、基準レベルを自動的に補正することができる。
【００１７】
本システムの実施態様において、基準回路は、２つの基準レベルの間に設定される抵抗値を区別するために、基準磁気抵抗素子に基づく第２の基準レベルを少なくとも提供する。本実施態様の利点は、センス抵抗が３つの異なる抵抗値を含むシステムでの読み出しを可能にすることにある。この３つの異なる抵抗値は、それぞれが或る抵抗値を有する３つのビット磁界により、あるいは、ビット磁界のうちの１つが、２つの抵抗値をもたらす２つの安定磁化方向を有するような２つのビット磁界により、もたらすことができる。
【００１８】
本システムの実施態様において、ビット位置のうちの１つにおけるビット磁界は、ビット位置のうちの１つにおける磁化された磁性体の有無により提供する。磁性体は、第１ビット磁界、第２ビット磁界、または別の磁界を含むことができる。第１の磁界がほぼゼロであるような実施態様は、例えば、磁性体が無いことを表す。
【００１９】
本システムの実施態様において、センサは、磁気抵抗素子の２次元のアレイを具える。本実施態様の利点は、例えば、磁気抵抗素子のアレイを同時に読み出すことができ、このことが、データ交換率を向上させることにある。本実施態様の他の利点は、磁気抵抗素子の２次元アレイに対応するビットのアレイを、センサを移動させることなく読み出すことができることである。このことは、例えば、衝撃に対するシステムの感度を低くすることができる。
【００２０】
本発明のこれらおよび他の態様を、これ以降に述べる実施態様につき、明らかにかつ明瞭にしていく。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
図１は、磁気ビット４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｄの１次元のアレイを有する、本発明による第１の実施例を示す。
【００２２】
図１ａに示す実施例は、磁気ビット４ａ，４ｂの１次元のアレイを有し、各ビット磁界３ａ，３ｂは、ビット磁化方向５ａ，５ｂを有する。磁気ビット４ａ，４ｂは、情報担体１８の一部である情報層１３に位置している。情報担体１８は、システム１に一体化した情報担体１８とするか、または、取外し可能な情報担体１８とすることができる。図１ａには、３つの異なる位置Ｓｐ１，Ｓｐ２，Ｓｐ３で情報層１３と相互に作用するセンサ２も簡単に示してある。センサ２は、層のスタックを有する磁気抵抗素子６を具える。層のスタックは、固定磁性層７および自由磁性層８を含み、固定磁性層７は、近隣磁界の影響を受けないと見なされる固定磁化方向９を有する。自由磁性層８は、磁化軸１０を有し、自由磁性層８は、磁化軸１０に沿う２つの安定磁化方向１１ｃを保有する。図１に示す実施例において、自由磁性層８の磁化軸１０は、固定磁化方向９に対して垂直である。
【００２３】
第１のセンサ位置Ｓｐ１においては、センサ２は、第２ビット磁界３ａとしても表すビット磁界３ａを含む、磁気ビット４ａと相互に作用する。第２ビット磁界３ａは、磁化軸１０に対して垂直で、かつ固定磁化方向９に対して平行な、第２ビット磁化方向５ａを有する。第２ビット磁化方向５ａの存在は、安定磁化方向１１ｃのうちの１つからの自由磁化方向を、磁化軸１０と角度１２ａを成すように回転させる。第２ビット磁界３ａの磁界強度が十分である場合は、この第２ビット磁界３ａは、自由磁化方向１１ｃを磁化方向１１ａに回転させ、回転した自由磁化方向１１ａと磁化軸１０との間の角度１２ａは、ほぼ９０度になる。第１のセンサ位置Ｓｐ１のセンサ２において、自由磁化方向１１ａは、固定磁化方向９と同じ方向を指し、その結果、磁気抵抗素子６は低抵抗値Ｒｍｉｎになる。
【００２４】
第２のセンサ位置Ｓｐ２においては、センサ２は、第１ビット磁界３ｂとしても表すビット磁界３ｂを含む、磁気ビット４ｂと相互作用する。第１ビット磁界３ｂは、磁化軸１０に対して平行で、かつ（この実施例では）固定磁化方向９に対して垂直な、第１ビット磁化方向５ｂを有する。第１ビット磁界強度が十分である場合には、第１ビット磁界３ｂは、自由磁化方向１１ｃに安定位置１１ｂをとらせる。第２のセンサ位置Ｓｐ２のセンサ２において、自由磁化方向１１ｂは、固定磁化方向９に対して垂直であり、その結果、磁気抵抗素子６は中間の抵抗値Ｒｍｉｄになる。
【００２５】
第３のセンサ位置Ｓｐ３においては、センサ２は、情報層１３からの磁気ビット４とは相互作用しない。自由磁化方向１１ｃは、磁化軸１０に対して平行な２つの安定磁化方向のいずれかをとり得る。各２つの安定磁化方向において、自由磁化方向１１ｃは、固定磁化方向９に対して垂直となる。第２のセンサ位置Ｓｐ２でのセンサ２と同様に、磁気抵抗素子６の抵抗値は、中間の抵抗値Ｒｍｉｄとなる。
【００２６】
センサ２は、基準回路１４を具える読み出し回路１９に、センス抵抗値Ｒｍｉｎ，Ｒｍｉｄを提供する。基準回路１４は、基準の磁気抵抗素子を具える基準値発生器１５，１６から、２つの基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２を提供する。読み出し回路はさらに、センス抵抗値Ｒｍｉｎ，Ｒｍｉｄと、少なくとも１つの基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２とを比較する、比較回路１７をも具えている。比較回路１７は、情報層１３の磁気ビット４ａ，４ｂにより磁気抵抗素子６が呈する抵抗値に、論理値Ｌ０，Ｌ１／２を割当てる。
【００２７】
図１ｂは、第１ビット磁界３ｃの磁界強度が、ほぼゼロである実施例を示す。さらに、図１ｂの例は、第１ビット磁界３ｃに隣接して、第２ビット磁化方向５ａに対して反対向きの、別の磁化方向５ｄを有する別のビット磁界３ｄも含む。
【００２８】
第１のセンサ位置Ｓｐ１において、センサ２は、図１ａに示すような低抵抗値Ｒｍｉｎを有する。
【００２９】
第４のセンサ位置Ｓｐ４において、センサ２は、磁気ビットが存在しないビット位置４ｃと相互作用する。そこには、（磁化方向が原理上任意の方向である）いくらかの残留のまたは漂遊磁界３ｃが存在する可能性があるが、ビット位置４ｃの磁界は、センサ２の磁化方向１１ｃを変化させるには不十分である。第４のセンサ位置Ｓｐ４にあるセンサの自由磁化方向１１ｃは、不確定であり、自由磁性層８の２つの安定磁化方向のどちらかをとり得る。自由磁性層８の安定磁化方向１１ｃは、両方とも磁化軸１０に対して垂直であるため、磁気抵抗素子６の抵抗値は、常に中間の抵抗値Ｒｍｉｄとなる。
【００３０】
第５のセンサ位置Ｓｐ５において、センサ２は、別のビット磁化方向５ｄを有する別のビット磁界３ｄを含む、磁気ビット４ｄと相互作用する。別のビット磁化方向５ｄは、磁化軸１０に対して垂直であり、かつ、第２のビット磁化方向５ａと比較して、逆の方向を指す。別のビット磁界３ｄの存在は、安定磁化方向１１ｃのうちの１つの自由磁化方向を、磁化軸１０と角度１２ｄを成すように回転させる。別のビット磁界３ｄの磁界強度が十分である場合は、この別のビット磁界３ｄは、自由磁化方向１１ｃを磁化方向１１ｄに回転させ、回転した自由磁化方向１１ｃと磁化軸１０との間の角度１２ｄは、ほぼ９０度になる。第５のセンサ位置Ｓｐ５のセンサ２において、自由磁化方向１１ｄは、固定磁化方向９と逆の方向を指し、その結果、磁気抵抗素子６は高抵抗値Ｒｍａｘになる。
【００３１】
センサ２は、各センサ位置Ｓｐ１，Ｓｐ４，Ｓｐ５におけるセンス抵抗値Ｒｍａｘ，Ｒｍｉｄ，Ｒｍｉｎを、読み出し回路１９に提供し、比較回路１７が、情報層１３の、磁気ビット４ａ，４ｄにより、または、ビット位置４ｃにより磁気抵抗素子６が呈する抵抗値に、論理値Ｌ０，Ｌ１／２，Ｌ１を割当てる。
【００３２】
本質的に２つの論理値Ｌ０，Ｌ１／２を有するバイナリシステムを開示する、図１ａに示すシステムとは対照的に、図１ｂに示すシステムは、３つの論理値、すなわちＬ０，Ｌ１／２，Ｌ１を有する３次のシステムを開示している。３つの論理値Ｌ０，Ｌ１／２，Ｌ１を区別できるようにするため、読み出し回路１９は、図３で説明するように、２つの基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２を有さなければならない。
【００３３】
図２は、磁気ビット２４ａ，２４ｃ，２４ｄの２次元パターンを具える情報担体２３を有する、本発明による実施例を示す。この実施例においても、情報担体２３は、システム２０に一体化した情報担体２３とするか、または、取外し可能な情報担体２３とすることができる。各磁気ビット２４ａ，２４ｃ，２４ｄは、第２のビット磁化方向２５ａを有する第２ビット磁界（図示せず）を発生する。第１ビット磁界の磁界強度は、ほぼゼロであり、これを、磁気ビットが存在しないビット位置２４ｃによって示してある。図２に示すシステム２０は、磁気抵抗素子２６の２次元のアレイを含むセンサ２２をさらに具える。各磁気抵抗素子２６は、図１ａおよび１ｂの磁気抵抗素子６と同じように、固定磁性層７および自由磁性層８を有する層のスタックを具える。図１ａおよび１ｂに示す磁気抵抗素子６と、図２に示す磁気抵抗素子２６との間の差異は、磁気抵抗素子２６における自由磁性層８の磁化軸１０が、固定磁化方向９に対して平行なことにある。
【００３４】
第２のビット磁化方向２５ａを有する第２ビット磁界が、磁気抵抗素子２６に存在する場合は、２つの安定磁化方向２１ｂ，２１ｃのうちの１つから、第２のビット磁化方向２５ａとほぼ同じ方向を指す磁化方向２１ａに、自由磁化方向を回転させる。回転した自由磁化方向２１ａは、固定磁化方向９に対して垂直になり、その結果、磁気抵抗素子２６は中間の抵抗値Ｒｍｉｄになる。
【００３５】
磁気抵抗素子２６に磁気ビットが存在しないビット位置２４ｃにおいては、自由磁化方向は、２つの安定磁化方向２１ｂ，２１ｃのいずれかにをとり得る。自由磁化方向２１ｂが、固定磁化方向９と同一方向を指す場合は、磁気抵抗素子２６は低い抵抗値Ｒｍｉｎになる。自由磁化方向２１ｃが、固定磁化方向９と逆方向を指す場合は、磁気抵抗素子２６は高い抵抗値Ｒｍａｘになる。ビット位置２４ｃにおける自由磁化方向２１ｂ，２１ｃは、不規則に、２つの安定磁化方向２１ｂ，２１ｃのいずれかをとり得るため、不確定である。
【００３６】
図２に示す実施例２０にも、基準回路１４を具える読み出し回路１９が含まれる。基準回路１４は、基準の磁気抵抗素子に基づく、２つの基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２を提供する。比較回路１７は、情報層１３の、磁気ビット２４ａにより、または、ビット位置２４ｃにより磁気抵抗素子２６が呈する抵抗値に、論理値Ｌ０，Ｌ１／２を割当てる。
【００３７】
センス抵抗値Ｒｍａｘ，Ｒｍｉｄ，Ｒｍｉｎに論理値Ｌ０，Ｌ１／２を割当てられるようにするためには、基準回路１４は基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２の両方を必要とする。ビット位置２４ｃにおける自由磁化方向が、不規則に、（Ｒｍｉｎ，Ｒｍａｘである）２つの安定磁化方向２１ｂ，２１ｃのいずれかをとり得るため、比較回路１７が論理値Ｌ０を割当てなければならない抵抗値は、低抵抗値Ｒｍｉｎおよび高抵抗値Ｒｍａｘの両方である。比較回路１７が論理値Ｌ１／２を割当てなければならない抵抗値は、中間の抵抗値Ｒｍｉｄである。２つの基準値Ｒｅｆ１，Ｒｅｆ２が、例えば抵抗値である場合は、第１の基準抵抗値Ｒｅｆ１は、低抵抗値Ｒｍｉｎと中間の抵抗値Ｒｍｉｄとの間でなければならず、かつ、第２の基準抵抗値Ｒｅｆ２は、高抵抗値Ｒｍａｘと中間の抵抗値Ｒｍｉｄとの間でなければならない。これについての詳細は、図３で説明する。
【００３８】
情報担体２３は、別のビット磁化方向２５ｄを有する別の磁気ビット２４ｄを具えることができる。この別のビット磁化方向２５ｄは、磁化軸１０に対して垂直で、かつ第２のビット磁化方向２５ａと比較して、逆の方向を指す。別のビット磁界の存在は、安定磁化方向２１ｂ，２１ｃの１つからの、自由磁化方向を、自由磁化方向２１ｄへと回転させる。自由磁化方向２１ｄは、固定磁化方向９に対して垂直となり、その結果、中間の抵抗値Ｒｍｉｄになり、これは、自由磁化方向２１ｂに起因する中間の抵抗値Ｒｍｉｄと一致する。比較回路は、上述した構成で、別の磁化方向２５ｄを有するビット位置に、同じ論理値Ｌ１／２を割当てる。第２の磁気ビット２４ａと別の磁気ビット２４ｄとを区別できるようにするためには、例えば、自由磁化方向の回転を変更しなければならず、これは例えば、異なる磁界強度を用いたり、あるいは、第２のビット磁化方向２５ａと別のビット磁化方位２５ｄの方向を変更したりすることによって行う。
【００３９】
図３は、ビット磁化方向２５ａが磁化軸１０に対して垂直な場合の、ビット磁界強度Ｈｂｉｔに対する磁気抵抗素子３６におけるセンス抵抗Ｒを示す。図３は、図１ａ，１ｂ、および２における磁気抵抗素子６および２６と同一の、固定磁性層７および自由磁性層８を有する層のスタックを具える、５つの同一の磁気抵抗素子３６を示す。図３に示す磁気抵抗素子は、層３２を具えており、これは典型的には、固定磁性層７における固定磁化方向９を安定させるための安定化層である。この層は、例えば、固定磁性層７内の材料に磁気的に結合される反強磁性体で構成する。磁気抵抗素子３６における自由磁性層８の磁化軸１０は、固定磁化方向９に対して平行である。磁気抵抗素子３６ｂおよび３６ｃは、自由磁性層８の２つの安定磁化方向２１ｂ，２１ｃを示す。磁気抵抗素子３６ｂの自由磁化方向２１ｂは、固定磁化方向９と同一方向を指し、その結果、低抵抗値Ｒｍｉｎとなる。磁気抵抗素子３６ｃの自由磁化方向２１ｃは、固定磁化方向９と比較して逆の向きを指し、その結果、高抵抗値Ｒｍａｘとなる。ビット磁界が存在しないか、または最小ビット磁界Ｈｂｉｔｍｉｎを下回る場合、磁気抵抗素子３６の自由磁化方向は、安定磁化方向２１ｂ，２１ｃのどちらかをとり得る。磁気抵抗素子３６ａは、中間の抵抗値Ｒｍｉｄをもたらす、磁化軸１０に対して垂直に回転した自由磁化方向２１ａを示す。回転した自由磁化方向３２ａは、磁気抵抗素子３６ｂと、最小ビット磁界Ｈｂｉｔｍｉｎに近い磁界強度Ｈｂｉｔを有する磁気ビット２４ａとの間の相互作用に起因する。回転した自由磁化方向３２ｂは、磁気抵抗素子３６ｃと、最小ビット磁界Ｈｂｉｔｍｉｎに近い磁界強度Ｈｂｉｔを有する磁気ビット２４ａとの間の相互作用に起因する。グラフ内のライン３４ａおよび３４ｂは、磁気ビット２４ａのビット磁界強度が増加した場合の、磁気抵抗素子３６における抵抗値の変化を示す。基準抵抗値レベルＲｅｆ１，Ｒｅｆ２は、基準ライン３３ａおよび３３ｂで示す。
【００４０】
グラフは、ビット磁界強度が増加すると、磁気抵抗素子３６における抵抗値Ｒが変化することを示している。さらに、グラフは、例えば、最大抵抗値Ｒｍａｘと中間抵抗値Ｒｍｉｄとを区別するために、抵抗値の変化が、基準レベルＲｅｆ１，Ｒｅｆ２を横断しなければならないことも示している。基準レベルＲｅｆ１，Ｒｅｆ２の横断を可能にするためには、最小磁界強度Ｈｂｉｔｍｉｎが、磁気ビット２４ａに存在しなければならない。異なる抵抗値レベルを、例えば、比較回路１７（図１および２）によって区別できる場合には、比較回路（図１および２）は、図３に示すようなセンス抵抗値に、論理値Ｌ０，Ｌ１／２，Ｌ１を割当てることができる。図示した磁気抵抗素子３６の形態において、最大抵抗値Ｒｍａｘおよび最小抵抗値Ｒｍｉｎの両方は、ビット磁界がないか、またはビット磁界が非常に弱い（例えば、漂遊磁界）ような、同じ状態を表す。従って、比較回路１７は、例えばＬ０のような同じ論理値を、最大抵抗値Ｒｍａｘおよび最小抵抗値Ｒｍｉｎの両方に割当ててしまう可能性がある。
【００４１】
図４は、従来技術から既知であり、また図および２に示すような、磁化方向の好適配列の概要を示す。
【００４２】
図４ａは、固定磁化方向９およびビット磁化方向４２の両方が、磁気抵抗素子２６の磁化軸１０に対して平行である、従来技術の配列を示す。磁気抵抗素子２６は、図２で説明した磁気抵抗素子２６と同一である。磁気ビットが全く存在しない場合の、磁気抵抗素子２６の状態は不確定であり、自由磁性層８の２つの安定磁化方向２１ｃのいずれかをとり得る。磁気ビット４１が、（ビット磁界が十分に強い）磁気抵抗素子２６にある場合、自由磁化方向２１ａは、ビット磁化方向４２と同じ方向を指すことになる。しかしながら、磁気ビットが存在しない場合の磁気抵抗素子２６の不確定な状態のために、抵抗値Ｒｍａｘ，Ｒｍｉｎは、磁気ビットの存在を識別するための固有のパラメータにはならない。このことは、読み出しの前に、自由磁性層８を設定する必要があることを示している。
【００４３】
図４ｂは、図２で用いた磁化方向の配列を示す。ここでも、磁気ビットが全く存在しない場合、磁気抵抗素子２６の状態は不確定で、自由磁性層８の２つの安定磁化方向２１ｃのいずれかをとり得る。しかしながら、磁気ビット２４ａ，２４ｄのビット磁化方向２５ａ，２５ｄは、磁化軸１０に対して垂直である。磁気ビットの磁界強度が十分である場合、自由磁化方向２１ａ，２１ｄは、ビット磁界により回転させられることになり、その結果、中間抵抗値Ｒｍｉｄとなる。磁気ビット２４ａ，２４ｄが存在する場合の抵抗値Ｒｍｉｄは、磁気ビットが存在しない場合の抵抗値Ｒｍａｘ，Ｒｍｉｎと区別することができ、このことは明らかに、読み出しの前に自由磁性層を設定する必要性を排除する。
【００４４】
図４ｃは、図１で用いた磁化方向の配列を示し、固定磁化方向９は、磁化軸１０に対して垂直である。この実施例において、磁気ビットが存在しない場合、磁気抵抗素子６の状態が規定されて、中間抵抗値Ｒｍｉｄとなる。磁化軸１０に対して垂直な磁化方向を有する、（十分な磁界強度を有する）磁気ビット４ａ，４ｄを適用した場合、自由磁化方向１１ａ，１１ｄは、回転し、磁気ビット４ａ，４ｄのビット磁化方向５ａ、５ｄと同じ方向を指すようになる。従って、抵抗値は、回転した自由磁化方向１１ｄが、固定磁化方向９と比較して逆の方向を指す場合は、最大抵抗値Ｒｍａｘとなるか、あるいは、回転した自由磁化方向１１ａが、固定磁化方向９と同方向を指す場合は、最小抵抗値Ｒｍｉｎとなるかのどちらかとなる。
【００４５】
この実施例の利点は、逆向きの磁化方向５ａ，５ｄを有する２つの磁気ビット４ａ，４ｄを区別することができ、３つの論理値を含む３次システムを有効にする、ということである。
【００４６】
図５は、本発明による基準値発生器１５，１６の幾つかの実施例を示す。図５ａおよび５ｂは、それぞれが４つの基準磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４を具える、電圧基準値発生器１５，１６を示す。図５ｃは、電流ミラーＣＭ１，ＣＭ２を用いて基準レベルＲｅｆ１，Ｒｅｆ２を提供する、電流比較器のスキームを示す。
【００４７】
電圧基準発生器は、ＵＳ６４４５６１２から既知である。この文献では、４つの基準磁気抵抗素子は、図５ａおよび５ｂに示す配置に相当する配置に相当する配置の、ＭＲＡＭメモリセルに対する中間基準値を提供するのに用いられている。
【００４８】
図５ａは、４つの基準磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４を示し、第２の基準抵抗素子ＭＲ２に直列に接続している第１の基準磁気抵抗素子ＭＲ１は、第４の基準抵抗素子ＭＲ４に直列に接続している第３の基準磁気抵抗素子ＭＲ３に並列に接続されている。基準磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４は、それらが、最大抵抗値Ｒｍａｘと中間抵抗値Ｒｍｉｄとの間の抵抗値を示すように、あるいは、最小抵抗値Ｒｍｉｎと中間抵抗値Ｒｍｉｄとの間の抵抗値を示すように、プログラムすることができる。例えば、基準磁気抵抗素子のうちの１つが最大抵抗値Ｒｍａｘを示し、かつ、残りの基準磁気抵抗素子が最小抵抗値Ｒｍｉｎを示すような配置構成では、図５ａに示す完成回路は、Ｒｍｉｎに（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の２５％をプラスした値に近い抵抗値を示す。このような配置構成は、例えば、基準回路１４（図１および２を参照）における第１の基準レベルＲｅｆ１用として用いることができる。例えば、基準磁気抵抗素子のうちの１つが最小抵抗値Ｒｍｉｎを示し、かつ、残りの基準磁気抵抗素子が最大抵抗値Ｒｍａｘを示すような配置構成では、図５ａに示す完成回路は、Ｒｍｉｎに（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の７５％をプラスした値に近い抵抗値を示す。この配置構成は、例えば、基準回路１４における第２の基準レベルＲｅｆ２用として用いることができる。
【００４９】
図５ｂは、４つの基準磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４を示し、第３の基準磁気抵抗素子ＭＲ３に並列に接続している第１の基準磁気抵抗素子ＭＲ１は、第４の基準磁気抵抗素子ＭＲ４に並列に接続している第３の基準磁気抵抗素子ＭＲ３と、直列に接続されている。この配置構成においても、磁気抵抗素子ＭＲ１，ＭＲ２，ＭＲ３，ＭＲ４は、それらが、最大抵抗値Ｒｍａｘと中間抵抗値Ｒｍｉｄとの間の抵抗値を示すように、あるいは、最小抵抗値Ｒｍｉｎと中間抵抗値Ｒｍｉｄとの間の抵抗値を示すように、プログラムすることができる。例えば、基準磁気抵抗素子のうちの１つが最大抵抗値Ｒｍａｘを示し、かつ、残りの基準磁気抵抗素子が最小抵抗値Ｒｍｉｎを示すような配置構成では、図５ａに示す完成回路は、Ｒｍｉｎに（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の２０％をプラスした抵抗値を示す。このような配置構成も、例えば、基準回路１４（図１および２参照）における、第１の基準レベルＲｅｆ１用として用いることができる。例えば、基準磁気抵抗素子のうちの１つが最小抵抗値Ｒｍｉｎを示し、かつ、残りの基準磁気抵抗素子が最大抵抗値Ｒｍａｘを示すような配置構成において、図５ａに示す完成回路は、Ｒｍｉｎに（Ｒｍａｘ−Ｒｍｉｎ）の７０％をプラスした抵抗値を示す。この配置構成も、例えば、基準回路１４における、第２の基準レベルＲｅｆ２用として用いることができる。
【００５０】
図５ｃは、電流比較回路のスキームを示す。電流比較回路は、ＵＳ６６２１７２０から既知である。この特許文献には、図５ｃに示す配置に相当する配置のＭＲＡＭメモリセルに対する中間基準を提供するのに、２つの基準磁気抵抗素子を用いる電流比較回路が開示されている。
【００５１】
図５ｃに示す基準回路１４は、２つの基準レベルＲｅｆ１，Ｒｅｆ２を発生するための２つの基準値発生器１５，１６を具えている。基準値発生器１５，１６は、両方とも、４つの基準磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ８の並列配置、および、電流を基準電流に縮小するための、４：１の電流比率を有する電流ミラーＣＭ１，ＣＭ２を具えている。これにより、磁気抵抗素子の読み出し電流と基準電流とを比較することができる。基準磁気抵抗素子ＭＲ１〜ＭＲ８は、例えば、第１の電流ミラーＣＭ１が、最大抵抗値Ｒｍａｘと中間抵抗値Ｒｍｉｄとを区別するための電流を表し、さらに、例えば第２の電流ミラーＣＭ２が、最小抵抗値Ｒｍｉｎと中間抵抗値Ｒｍｉｄとを区別するための電流を表すように、プログラムすることができる。このことは例えば、第１の電流ミラーＣＭ１の基準磁気抵抗素子のうちの１つが、最大抵抗値Ｒｍａｘを示すと共に、第１の電流ミラーＣＭ１に接続されている残りの基準磁気抵抗素子が、最小抵抗値Ｒｍｉｎを示す場合で、かつ、第２の電流ミラーＣＭ２に接続されている基準磁気抵抗素子のうちの１つが、最小抵抗値Ｒｍｉｎを示すと共に、第２の電流ミラーＣＭ２に接続されている残りの基準磁気抵抗素子が、最大抵抗値Ｒｍａｘを示す場合に、達成することができる。これらの配置構成は、例えば、基準回路１４における、第１の基準レベルＲｅｆ１用および第２の基準レベルＲｅｆ２用として用いることができる。
【００５２】
上述した実施例は本発明を制限するものではなく、当業者は、添付の請求の範囲から逸脱することなく、多くの代わりの実施例を設計することができることに留意されたい。
【００５３】
請求項において、「具え」という言葉は、請求の範囲に挙げられたもの以外の要素またはステップの存在を排除するものではない。要素の前の「１つの」または「単一の」は、そのような要素が多数存在することを排除するものではない。本発明は、複数の別個の要素を具えるハードウェアによって実現することができる。複数の手段を列挙している装置クレームにおいて、それらの手段の幾つかを、同一のハードウェアによって実現することができる。ある手法を、互いに異なる独立項において引用しているという単なる事実は、それらの手法を組み合わせて使用することが有利ではない、ということを示すものではない。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１ａ】磁気ビットの１次元のアレイを有する、本発明による実施例を示す図である。
【図１ｂ】磁気ビットの１次元のアレイを有する、本発明による他の実施例を示す図である。
【図２】磁気ビットの２次元のアレイを有する、本発明による実施例を示す図である。
【図３】ビット磁界が自由磁性層の磁化軸に対して垂直である場合の、ビット磁界強度に対するセンス抵抗を示す図である。
【図４ａ】ビット磁界における磁化方向および磁化抵抗素子における磁化方向の好適な配置の一例を示す図である。
【図４ｂ】ビット磁界における磁化方向および磁化抵抗素子における磁化方向の好適な配置の他の例を示す図である。
【図４ｃ】ビット磁界における磁化方向および磁化抵抗素子における磁化方向の好適な配置のさらに他の例を示す図である。
【図５ａ】本発明による基準回路の一例を示す図である。
【図５ｂ】本発明による基準回路の他の例を示す図である。
【図５ｃ】本発明による基準回路のさらに他の例を示す図である。
【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４ｃ】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【国際調査報告】
2008529195.tif 000013
2008529195.tif 000014