(57)【要約】  磁場強度を検知するためのセンサは、センサ素子と、センサ素子の抵抗のレベルを検出するための検出回路とを有し、抵抗のレベルは、検査対象の磁場と共に変化し、かつヒステリシスを有しており、電磁励起が起こると、抵抗は、２つ以上の安定したレベルの間で、検査対象の磁場が変化するにつれてスイッチすることができる。センサは、抵抗のレベルに応じたデジタル信号を出力する。センサ出力は、電磁励起が起こった際の状態の変化に関して、さらに解釈することができる。センサは、磁気メモリセルからの異なる特性をもはや必要としないので、アナログセンサよりもずっと容易に構成し、磁気メモリセルと統合することができる。励起信号は、抵抗がスイッチする、検査対象の磁場に対するしきい値を変化させ、異なるしきい値による複数の測定を可能にする。複数のセンサ素子は、異なる形状または大きさを持つことで、異なるしきい値を持つことができる。センサは、複数の入力電流が検知される場合の、電流検知、およびプログラマブル磁気ロジックにおける適用を有する。しきい値を変えることで、論理演算をＡＮＤおよびＯＲの間で変えることができる。
2008504519.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の磁場の強度を検知するためのセンサであって、センサ素子と、前記センサ素子の抵抗のレベルを検出するための検出回路とを有し、前記抵抗のレベルは、前記検査対象の磁場と共に変化する、センサにおいて、
前記センサ素子の前記抵抗のレベルの変化は、ヒステリシスを有しており、電磁励起が起こると、前記抵抗は、２つ以上の安定したレベルの間で、前記検査対象の磁場が変化するにつれてスイッチすることができ、前記センサは、前記抵抗のレベルに応じたデジタル信号を出力する、ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記抵抗のレベルを、前の抵抗のレベルと比較し、前記比較に応じたデジタル信号を出力するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記抵抗のレベルを、検知前に初期化するための回路を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
少なくとも１つの電磁励起信号を、前記センサ素子に供給するための回路を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
電磁励起の異なるモードの間でモード選択および変更を行ない、抵抗のレベルを上または下にスイッチするための回路を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
【請求項６】
同一の電磁励起信号を供給して、抵抗のレベルを上または下にスイッチするための回路を有する、ことを特徴とする請求項４に記載のセンサ。
【請求項７】
前記抵抗がスイッチする前記検査対象の磁場に対するしきい値を、変化させるための手段を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項８】
前記検査対象の磁場に対する異なるしきい値によって、一連の測定を行なうように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項９】
複数のセンサ素子を有し、前記複数のセンサ素子は、前記検査対象の磁場に対して異なるしきい値を有する、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記複数のセンサ素子は、異なる形状または大きさを有する、ことを特徴とする請求項９に記載のセンサ。
【請求項１１】
前記検査対象の磁場の極性を検出するように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１２】
前記検査対象の磁場が、しきい値を超えた場合にスイッチするように、または前記検査対象の磁場が、しきい値よりも下がった場合にスイッチするように構成されている、ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項１３】
コンダクタ内の電流によって生じる磁場を検知するように構成されている、請求項１に記載のセンサを有する、ことを特徴とする電流センサ。
【請求項１４】
ロジック入力を表す電流を伝えるための２つ以上の入力コンダクタを有し、かつ、前記電流を検知するための請求項１３に記載の電流センサを有し、前記センサの出力値は、前記入力に関する論理演算の結果を表している、ことを特徴とする磁気ロジック回路。
【請求項１５】
前記電流センサは、前記論理動作の種類を変えるために変化させることができる電磁励起信号を供給するための回路を有する、ことを特徴とする請求項１４に記載の回路。
【請求項１６】
同一の電磁励起信号を使用して、レベルを上または下にスイッチさせるように構成されている、ことを特徴とする請求項１５に記載の回路。
【請求項１７】
前記論理演算は、ＡＮＤ、ＯＲ、ＮＡＮＤまたはＮＯＲ動作のいずれか、あるいはこれらの組み合わせを備える、ことを特徴とする請求項１２に記載の回路。
【請求項１８】
請求項１３に記載の電流センサまたは請求項１４に記載の回路を有する、ことを特徴とする集積回路。
【請求項１９】
集積化されたランダムアクセス磁気メモリ素子を有する、ことを特徴とする請求項１８に記載の集積回路。
【請求項２０】
前記センサ素子に、ＣＭＯＳ層を使用し、前記ロジック入力のための前記コンダクタに、隣接する金属層を使用することを特徴とする、請求項１４に従属する場合の、請求項１８に記載の集積回路。
【請求項２１】
請求項１８に記載の集積回路を製造する方法。
【請求項２２】
請求項１に記載のセンサを用いて磁場または電流を検知する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル磁場センサ、電流センサ、磁気ロジック回路製品、およびこのようなセンサを有する集積回路、ならびに、このようなセンサを製造するための対応する方法および、このようなセンサを使用するための対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
オンチップ電流の検知を、システムオンチップ（ＳｏＣ：system-on-chip）および他の集積回路（ＩＣ：integrated circuit）に設けることが知られている。これは、ＢＩＣＳ（Built In Current Sensor）としても知られている。そのいくつかが、米国特許第５，９６３，０３８号に記載されており、この文献は、集積回路内のコンダクタを通る電流を、コンダクタの近くに位置するセンサによって測定することにより、集積回路内の欠陥を検出することを開示している。センサは、様々なやり方で、コンダクタを通る電流によって生成される場を測定するように構成することができる。開示された例は、Ｈａｌｌセンサ、ＭＲ（磁気抵抗）センサおよびＧＭＲ（巨大磁気抵抗）センサを含む。これは、外部検査装置によっては容易にアクセスできないコンダクタの検査を可能にし、或いは、１つのパスのみがたとえ導通していた場合でさえも抵抗率検査をパスしてしまう、並列パスにおける個々のパスの欠陥の検出するための検査を可能にする。
【０００３】
ＭＲセンサは、センサの平面を通して外部磁場に依存する抵抗を有する。様々な種類のＭＲセンサが存在する。異方性磁気抵抗（ＡＭＲ：anisotropic magnetoresistance）に基づくセンサが、この数年、磁気記録ヘッドに使用されている。ＭＲセンサは、異方性磁気材料の層を有し、この層を通る電流は、外部磁場による影響を受け、外部磁場は、抵抗を変化させる。ＧＭＲ（Giant MagnetoResistive）センサは、固定された方向の磁気材料の層と、測定される抵抗に変化を起こす外部磁場によって磁気方向が影響され得る、磁気材料の層とを有している。種類および構造に応じて、ＭＲセンサは、センサの平面において、一方向の感度がより高く、他の方向の感度がより低くなっている。
【０００４】
検知とメモリ技術を、単一の材料スタックにおいて組み合わせる場合、両方の技術のための主パラメータの間で、トレードオフを行なわなければならない。（アナログ）センサ技術の性能が、リニア性、レンジ、ヒステリシスがないこと、等のパラメータで表されるのに対して、メモリ技術は、むしろ、最も重要なことには安定したヒステリシス曲線など、矛盾した必要条件を有する。１つの選択肢は、メモリ素子を、９０度を超えて回転させ、優先される磁化軸のフリーおよびハード層の間でのいわゆる交差異方性（crossed anisotropy）を形成し、センサ特性をリニア（linearize）にすることである。しかしながら、この解決策は、特定の従来の構成のＭＲＡＭスタックに限定される。モトローラ社（Motorola）は、異なるＭＲＡＭ解決策を開発しており、この技術は、特にメモリ技術に適しているが、アナログ検知の解決策にはあまり適していない。この技術に基づく磁気センサは、小さな磁場に対しては小さな信号しか生成せず、よって、実際には大きな磁場しか測定することができない。結論として、現在では、両方の技術を、メモリと検知の機能性を兼ね備える単一のプラットフォームに組み合わせることができるかどうかは、疑わしいままである。
【０００５】
また、ロジックデバイス向けの磁気スイッチング特性の使用も知られている。いくつかの種類の磁気ロジックデバイスが、過去に提案されているが、その全てが、磁気トンネル接合などのＭＲ素子の２Ｄスイッチング特性に基づいている。しかしながら、全ての選択肢は、これまでのところ、１つまたは複数の磁気トンネル接合を備え得るロジックデバイスの状態に頼っている。ロジック機能は、選択された基準または特定のプリセット状態を誘起すること、のいずれかによって定義できる。その例を、［１］ブラック（Black）ら、巨大磁気抵抗およびスピン依存トンネリングデバイスを用いたプログラマブルロジック（Programmable logic using giant-magnetoresistance and spin-dependent tunneling devices）、Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．８７，６６７４−６６７９（２０００）、および［２］リッチャー（Richter）ら、磁気トンネリング素子に基づくフィールドプログラマブルスピンロジック（Field programmable spin-logic based on magnetic tunneling elements）、Ｊ．Ｍａｇｎ．Ｍａｇｎ．Ｍａｔｅｒ．２４０，１２７−１２９（２００２）に見出すことができる。ＭＲ素子のスイッチングしきい値を交互に切り替えること、またはいくつかのＭＲ素子をそれぞれ組み合わせることによる、プログラマブルスピンロジック素子の形成が提案された。この機能性は、追加のアドレッシング（‘設定’）手順によって、２つの独立した入力ラインを有する単一の素子にさらに組み合わせることができ、ＡＮＤおよびＯＲゲートの間の選択を与えるプリセットされた磁気状態を誘起する[ネイ（Ney）ら、単一の磁気抵抗デバイスによるプログラマブルコンピューティング（Programmable computing with a single magnetoresistance device）、ネイチャー（Nature）４２５、４８５−８７（２００３）]。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
全ての提案の根本的な限界は、機能性および出力についての決定を行なうために、デバイスのスイッチング特性を解釈（interpret）する必要があることである。より具体的には、リッチャーらは、２つの異なる基準レベルを使用して、ＡＮＤとＯＲの機能性を区別し、これに対してネイらは、異なるプリセット状態を使用して、状態を区別している。サンプルの磁気履歴は、測定された状態または出力を定義し、これは、ハイまたはロー、例えば＜１＞または＜０＞とすることができる。全ての方法は、論理変数ＡおよびＢ用の２つの入力ラインを使用する。
【０００７】
本発明の目的は、改善された装置、特に、デジタル磁場センサ、電流センサなどのセンサ、磁気論理ゲートおよびこのようなセンサを有する集積回路、ならびにその製造または動作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の態様によると、本発明は、
磁場強度を検知するためのセンサであって、センサ素子と、センサ素子の抵抗を検出するための検出回路とを有し、抵抗のレベルは、検査対象の磁場と共に変化する、センサにおいて、センサ素子の抵抗のレベルの変化は、ヒステリシスを有しており、電磁励起が起こると、抵抗は、２つ以上の安定したレベルの間で、検査対象の磁場が変化するにつれてスイッチすることができ、センサは、抵抗のレベルに応じたデジタル信号を出力する、ことを特徴とするセンサを提供する。センサ出力は、電磁励起が起こった際の状態の変化に関してさらに解釈してもよい。
【０００９】
このようなデジタルセンサは、多くの利点を有する。センサは、磁気メモリセルからの異なる特性をもはや必要としないので、アナログのセンサよりもずっと容易に構成し、メモリセルと統合することができる。センサは、特に、検査対象の磁場が所定のしきい値を超えたかどうかを知る必要がある検査または監視などの適用に適している。この場合、アナログセンサと比べると、出力回路は、例えば、比較器およびしきい値信号へと簡略化できるが、これに対して、‘複雑な’増幅器が、高感度のアナログセンサに必要とされるであろう。本発明の場合、ＭＲＡＭの読み出し機能を、例えば、比較器の形態で、しきい値信号と組み合わせて再使用できる。ＭＲＡＭにおいては、専用の基準を、メモリセルと同一の基準セルのセットから推論することができる。
【００１０】
追加の任意の機能として、センサは、抵抗のレベルを、検知前に初期化するための回路を有し、センサは、少なくとも１つの電磁励起信号を、センサ素子に供給するための回路を有し、またはセンサは、抵抗がスイッチする検査対象の磁場に対するしきい値を、変化させるための手段を有する。これを用いて、測定精度を向上させることができる。これは、異なるしきい値による一連の測定によって、または複数のセンサ素子を有することによって、達成することができ、複数のセンサ素子は、例えば異なる形状または大きさを有することにより、検査対象の磁場に対して異なるしきい値を有する。センサは、電磁励起の異なるモードの間でモード選択および変更を行ない、レベルを上または下にスイッチするための回路を有してもよい。これは、モード選択を含むＭＲＡＭに関し、モード選択は、極性に依存し、よって、センサの状態に基づく。あるいは、センサは、同一の電磁励起信号を供給して、抵抗のレベルを上または下にスイッチするための回路を有してもよく、これは、極性の依存が無いトグル概念に関係する。センサは、場の極性を検出するように構成することができる。センサは、磁場がしきい値を超えた場合にスイッチするように、または磁場がしきい値よりも下の場合にスイッチするように構成することができる。センサは、また、抵抗のレベルを、前の抵抗のレベルと比較し、比較に応じたデジタル信号を出力するように構成することもできる。センサは、また、検査対象の磁場に対するしきい値を、前のしきい値と比較し、比較に応じたデジタル信号を出力するように構成することもできる。この場合、センサは、しきい値を前の値と比較し、磁場を増加／減少させるためのロジック出力を与えることによって、検査対象の磁場を追跡する。
【００１１】
本発明の他の態様は、
電流が検査対象の磁場を生成する、上述のように構成された磁場センサを有する電流センサ、および好ましい機能のいずれかを提供する。
【００１２】
本発明の他の態様は、
磁場センサまたは電流センサを有する集積回路を提供する。加えて、集積回路は、磁気メモリ素子を有することができる。これらは、センサ素子と同じ構成を有することができる。
【００１３】
本発明の他の態様は、
ロジック入力を表す電流を伝えるための２つ以上の入力コンダクタを有し、かつ、電流を検知するための上述の電流センサを有し、センサの出力値は、入力に関する論理演算の結果を表す、磁気ロジック回路を提供する。本発明によると、センサすなわち論理ゲートは、トリガリングの際の状態の変化を測定する。センサ出力は、電磁励起が起こった際の状態の変化に関してさらに解釈される。
【００１４】
これは、例えば磁気メモリと同じ構造を共有することができる場合に、より容易に製造することができるロジック回路を作製することを可能にする。原理的に、ロジック回路は、どのような種類の磁気センサ素子構成と共に使用することもできる。
【００１５】
追加の機能として、センサは、電磁励起信号を提供するための回路を有する。これは、デジタルセンサに、入力コンダクタによって生じるような検査対象の磁場、または、バックグラウンドの磁場の、（バックグラウンドの）磁場レベルを提供し、この磁場レベルは、結果としてスイッチングをもたらすように、検査対象の合計磁場に対するしきい値に直接関連付けることができる。電磁レベルのレベルを変化させることによって、論理演算の種類を、ＡＮＤおよびＯＲタイプの演算、またはこれらの組み合わせの間で変化させることができる。これは、磁場においてランタイムでプログラム可能なプログラマブルロジック回路を、可能にすることができ、かつ、プリセット状態の誘起を必要とすることにより生じる、従来技術デバイスの遅延をこうむる必要がない。異なる論理演算に関する各回路向けの異なる基準レベルを供給する、余計な複雑さの必要性もない。これは、広範囲の適用を持つことができる、より簡素で高速なプログラマブルロジックを可能にすることができる。回路は、集積回路とすることができ、磁気メモリ素子を含むことができる。センサ素子は、米国特許第６５４５９０６号から知られるように、サフチェンコ型（Savchenko-type）またはトグル型のＭＲＡＭセルとして構成することもできる。その利点は、同一の励起パルスを、ハイおよびロー状態の間でのスイッチに適用できることである。従来のＭＲＡＭ型セルに必要とされる双方向性は、もはや必要ではない。よって、これらのパルスを生成するための回路を、簡素化することができる。
【００１６】
本発明の他の態様は、対応するこのようなセンサまたは回路を作る方法、および検知する方法を含む。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明をどのように実施できるかを、添付の概略的な図面を参照し、これより説明する。明らかに、本発明の要旨から逸脱することなしに、様々な変形および修正を行なうことができる。従って、本発明の実施形態は、単なる例示であり、特許請求の範囲の限定を意図するものではないことを明確に理解されたい。
【００１８】
本発明の特徴は、添付の図面を参照することで、よりより良く理解され、図面は、本発明の好適な実施形態を例として示すものである。
【００１９】
本発明は、特定の実施形態に関して、特定の図面を参照して説明されるが、本発明はこれらに限定されず、特許請求の範囲によってのみ限定される。説明される図面は、単に概略的なものであり、非限定である。図面において、いくつかの要素の大きさは強調されている場合があり、例示を目的とするため、正しい縮尺では描かれていない。単数名詞を呼ぶ際に不定冠詞または定冠詞、例えば“ａ”または“ａｎ”、“ｔｈｅ”が用いられている箇所では、他のものが特に述べられていない限り、これは、この名詞の複数形も含む。
【００２０】
特許請求の範囲において使用される、“備える”という用語は、その後に列記される手段に限定されると解釈されるべきではなく、この用語は、他の要素またはステップを除外しない。よって、“手段ＡおよびＢを備えるデバイス”との表現の範囲は、構成要素ＡおよびＢのみから構成されるデバイスに限定されるべきではない。これは、本発明に関して、単にデバイスに関係する構成要素がＡとＢである、ということを意味している。
【００２１】
さらに、本明細書および特許請求の範囲における第１、第２、第３等の用語は、類似の要素を区別するために使用され、必ずしも連続的または時系列的順序を述べるものではない。このように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であること、およびここに述べられる本発明の実施形態は、ここに述べられまたは例示されるもの以外の順序で動作することも可能であることを理解されたい。
【００２２】
さらに、明細書および特許請求の範囲内の上、下、上方、下方等の用語は、説明の目的で使用され、必ずしも相対的な位置を述べるものではない。このように使用される用語が、適切な状況下で交換可能であること、およびここに述べられる本発明の実施形態は、ここに述べられまたは示される以外の配向で動作することも可能であることを理解されたい。
【００２３】
本発明の実施形態の説明を始めるにあたり、いくつかの動作原理および既知の原理を説明する。第１の解決策は、デジタル磁場センサを、ＭＲＡＭメモリ技術に加えることに関する。デジタル磁場センサは、電子フリップフロップと類似する。換言すると、‘磁気’フリップフロップが、開示される。便利な適用の１つは、パワーピン（power-pin）検査のためにセンサ技術が必要とされる、ＩＣ（集積回路）の検査の分野に存する。現在のＩＣでは、チップに対する複数の並列の電力接続が設けられている。しかしながら、並列であるために、簡素な手段では欠陥接続を検出することができない。パワーピン検査を簡単に行なうやり方は、頑強なＩＣ検査を実現するための要因となるであろう。ここで提案されるデジタルセンサは、特定の電流レベルが存在するかどうかを検出することができる。センサの原理は、‘フリップフロップ’がトリガされているときに、検査対象の電流ラインによって引き起こされる（余分な）磁場が、デジタル磁気センサの状態の変化を区別できるか否か、ということに基づいている。すなわち、状態の変化が検出できるか否かである。
【００２４】
このデジタルセンサ技術は、従って、開発され得るどのようなＭＲＡＭ技術とも、完全に類似しており、よって、デジタル磁気センサは、どのようなＩＣのＭＲＡＭ技術とも統合することができる。余分なプロセスステップまたは余分なマスクによる、余分な費用をかける必要がない。単一の磁気スタック配置を用いて、メモリセルおよびデジタル磁気センサのパターニングを行うことができる。さらに、全ての必要な電子回路は、ＭＲＡＭセルの書込みおよび読取りに用いられるものと同じものとすることができ、よって、設計作業において、余分な負担は必要とされない。最後に重要なことに、新たな機能性を、既存のバウンダリスキャンスキャン検査方法論とともに、またはビルトインセルフテスト（ＢＩＳＴ）において、実施することができる。
【００２５】
図１は、本発明の実施形態に係るデジタル磁気センサの概略描写を示している。検査対象の電流Ｉｔｅｓｔが、主ブロックの電磁励起信号と‘比較’される。例として、励起電流Ｉｅｘｃが選択される。両方の信号ＩｔｅｓｔおよびＩｅｘｃに基づいて、デジタル磁気センサの状態Ｓを、補足的な状態に変えることができる（Ｓは新しい状態を示す）。励起動作の後に、デジタルセンサの状態を測定して、ロジック出力を与えることができる。
【００２６】
図２、３：従来のＭＲＡＭ書き込みおよび読み取り動作
図２は、１Ｔ−１ＭＴＪ  ＭＲＡＭアーキテクチャの動作原理（図２の左側に書き込み動作、右側に読み取り動作）を示している。この構造、およびその製造方法は、良く知られており、ここで再び詳細に述べる必要はない。要約すると、このようなＴＭＲベースのＭＲＡＭは、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）であるセルを含む。ＭＴＪは、基本的に、フリー磁性層２０と、絶縁層（トンネルバリア２１）と、ピン止め磁性層２２と、ピン止め層２２を固定方向に磁化するために用いられる反強磁性層とを含む。磁気トンネル接合は、２つの安定した磁化状態を有し、この状態は、ビットライン２３およびワードライン２４のアレイを用いてアドレスすることができる。ゼロ磁場においては、安定した磁化状態、すなわち、基準層２２に対するフリー記憶層２０の平行および逆平行の並びは、抵抗に大きな違いを有する。読み取りは、メモリマトリックス内の他の要素を通じたスニーク電流（sneak current）を避けるために、直列トランジスタ２５によって行なわれる。書き込み動作の間、ビットライン２３およびワードライン２４の電流によって生成される局部磁場におけるビット状態を、変化させることができる。２つの磁場成分を用いて、選択されたビットと他の要素とが区別されることに留意されたい。
【００２７】
素子のスイッチング曲線は、図３（左上）に示すように、そのいわゆるアストロイド曲線によって表すことができる。アストロイド曲線は、スイッチングと非スイッチングのイベントを明確に分ける。換言すれば、アストロイド内で場が印加されていれば、素子はスイッチせず、それらの磁化状態を維持するのに対して、アストロイドを超える場は、前の状態が反対の状態である場合、素子をスイッチすることができる。従って、２つの磁場成分が存在する場合にのみ、ビット状態をスイッチすることができる。
【００２８】
図３は、また、情報がソフト層の磁化方向に記憶される従来のＭＲＡＭの書き込みおよび読み取り戦略を示している。書き込み動作の間、ビットアドレス指定能力が、一致電流スキームにおいて、ソフト層２０のアストロイド曲線に描かれるように提供される。情報は、抵抗によって読み取られ、これは、基本的には、ソフト層２０およびハード層すなわち基準層２２における磁化状態を比較する。
【００２９】
図４、図５：本発明の実施形態に係るデジタル磁気センサ動作
本発明の実施形態に係るデジタル磁気センサは、ＭＲＡＭアレイで用いられるものと同じ磁気デバイスに基づくことができる。磁気センサは、従って、非常に小さく、図４に示すように、チップ上の最も小さいライン内の電流の存在を測定することができる。図４の左側は、センサ励起を示しており、図４の右側は、センサ読み取り動作を示している。磁気センサは、セルへの書き込みに似た動作、従って、センサ励起の間の局部磁場の存在によって活性化される。成功した書き込み動作は、検査対象の電流ライン４１の電流によって生じる余分な磁場が存在すること、あるいは、この電流が存在しないことを示すことができる。デジタル磁気センサの状態は、磁気素子４０の磁化状態から読み取られる。読み取り動作は、ＭＲＡＭ技術向けのどのような読み取り動作とも等しい。しかしながら、ロジック０および１の値を表す測定電圧は、存在し得る余分な磁場に依存し得ることに留意されたい。専用の基準素子または回路を用いて、デジタル磁気センサの磁気素子４０の状態を、基準と比べることができる。図５の模式図は、測定手順の例の概略を提供している。まず、デジタルセンサの初期状態が、ステップ４００にて測定される。必要であれば、ステップ４１０において、センサが初期化される。初期化は、完全な書き込み手順を含むことができる。読み取りは、ステップ４２０において、電磁励起信号をセンサ素子に送ることにより開始される。ステップ４３０において、センサの状態が、抵抗を読み取ることによって測定される。ステップ４４０において、前の状態との比較が行なわれ、状態が変化すなわちトグルしたかどうかが確認される。ステップ４５０におけるロジック出力は、比較器の出力に依存する。
【００３０】
ここで、異なる実施形態を説明する。第１の実施形態は、ビットライン２３およびワードライン２４に対する位置も含めてＭＲＡＭメモリセルと同一である、単一の磁気素子４０で構成されるデジタル磁気センサを有する。換言すれば、磁気センサは、メモリアレイのうちの単一のセルと基本的に同一である。加えて、余分な磁場を、異なる導電層、例えば金属層に位置する検査対象の電流ライン４１に、検査対象の電流ライン４１が電流を伝えているかどうかに応じて、生成することができる。理想的には、メモリアレイに使用される導電層に隣接する導電層、すなわちデジタル磁気センサを接続するビットライン２３およびワードライン２４用の金属層が、選択される。
【００３１】
２つの動作モードを使用することができる。（１）加算モードでは、検査対象の電流ライン４１の電流からの余分な磁場が存在する場合、デジタルセンサ内のセルが、状態を変えることができ、（２）減算モードでは、検査対象の電流ライン４１からの余分な磁場が存在する場合、デジタルセンサ内のセルは、その状態を変えることができない。加算および減算という用語は、１つの場の成分に沿って、動作している２つの場の符号に応じて、磁場が加算または減算されることに関係する。両方のモードの組み合わせは、最後の回路において実施することができる。より詳細な説明を、以下で提供する。
【００３２】
実施形態２：第２の実施形態は、ＭＲＡＭメモリセルと同一の単一の磁気素子で構成されるデジタル磁気センサを説明する。しかしながら、実施形態１とは反対に、検査対象の電流は、ビットライン２３またはワードライン２４のいずれかにて供給される。デジタルセンサの状態は、両方の場成分が存在する場合に変えることができ、場成分の一方は、検査対象の電流によって生成される。詳しくは、以下を参照されたい。
【００３３】
測定手順：ＭＲＡＭデバイスは、ナノ秒足らずでスイッチすることができる。予想される励起パルスのパルス持続時間は、従って、ＭＲＡＭ動作と同じである。測定手順は、異なるステップを備える。まず、デジタルセンサの状態が読み取られ、結果として、論理値０または１を生じる。これに、１つまたは複数の励起パルス、原理的には電流による、デジタルセンサの電磁励起が続く。励起パルスの振幅および方向は、デジタルセンサの元の論理状態の結果、とりわけスイッチング曲線における対称性の結果とすることができることに留意されたい。他の実施形態においては、デジタルセンサの初期状態は、好ましい向きに設定することができるが、これはしかしながら、書き込み動作の間に静磁場が存在する場合は無視できない。励起後に、デジタルセンサの状態が、再び読み取られる。完全なビルディングブロックの出力は、検査対象の電流が存在するかどうかを示す論理値０／１である。
【００３４】
このテーマにおける多くの変形が、本発明の範囲に含まれる。いくつかの例を、以下に示す。
（１）デジタルセンサにおけるセルは、ＭＲＡＭアレイにおけるセルと比べて、異なる形状または大きさを持たせて、特定の電流レベルの測定に適したものとすることができる。さらに、これは、１つのＩＣにおいて異なる電流レベルを測定することを可能にする。
（２）単一のデジタル磁気センサモジュールは、互いに異なり得るいくつかの磁気セルを備えることができ、動作の正確さを改善し、または異なるレベルの区別を可能にする。
（３）測定手順を、より複雑にすることができ、例えば、検査対象の電流ライン４１における電流の存在について決定を行なう前に、複数の励起および読み取り動作を可能にする。
（４）ここまでは、電流の有無を検出可能な磁気デジタルセンサを述べた。合理的で簡素な拡張は、振幅は固定されているが極性が変化した電流の符号の検出を含むことである。
（５）検査対象の電流ライン４１は、ビットライン２３またはワードライン２４の向きに沿って、しかし代わりに４５度の方向で揃えることができる（さらに、実施形態１のみについて−を参照されたい）。これは、従来のＭＲＡＭセルにおける誤りのある半選択に対する安定性を改善することができる。これは、特定の角度に限定されないことに留意されたい。
【００３５】
図６：実施形態１の詳細な説明
第１の実施形態に基づいて、デジタル磁気センサにおける磁気セルは、従来のＭＲＡＭメモリセルに、または、米国特許第６５４５９０６号においてモトローラにより紹介された、より先進的なサフチェンコ（Savchenko）セルに基づくことができる。このセルの状態は、最初に、例えば平行状態で読み取られ、この状態は、ロジック０に類似している。読み取り動作は、検査対象の電流ライン４１にて生成される余分な磁場が存在し得る状態で行なわれることに留意されたい。しかしながら、これは、正しく設計されていれば、読み取り動作に影響を及ぼさない。センサセルは、次いで、電磁励起信号の作用を受け、これは、使用されている技術に応じて、磁気メモリセルに対する標準の書き込み動作に類似する。両方の技術において、２つの場成分が、特定のタイミングを有する２つの独立する電流パルスの形態で、メモリセルに提供される。デジタルセンサセルを励起する場合、これらの場成分の１つが、検査対象の電流ライン４１において生成される余分な場と同じ方向に揃えられる（電流ライン４１は、ビットライン２３またはワードライン２４のいずれかに沿って向きが合わされていると仮定する）。
【００３６】
動作の加算および減算モードを、これより説明する。第１のケース（加算モード）では、余分な磁場と対応する電磁励起パルスの合計が十分に高い場合に、素子４０における磁化状態のスイッチングがある。換言すると、検査対象の電流ライン４１に電流が存在する場合のみに、スイッチングがある。第２のモード（減算モード）においては、余分な磁場および対応する電磁励起パルスは、反対の符号を有し、よって、余分な磁場がない場合にのみ、スイッチングがある。検査対象の電流ライン４１に電流が存在する場合、磁場成分の１つは、スイッチングを起こすには小さすぎる。第１のケースでは、システムは、両方の電流の合計が、信頼性のある書き込み動作のための目標電流であるようなやり方で設計すべきであることに留意されたい。厳しい半選択の問題を回避するために［しかしながら、半選択の問題は、ＭＲＡＭアレイにおけるデータ保持ほどはシビアではなく、その上、システムは、もはや従来のＭＲＡＭのための４５度の書き込み動作に制限されないことに留意されたい］、検査対象の電流ライン４１からの差別的な成分が、理想のシナリオにおける加算演算のための対応する電磁励起パルスと同程度の大きさとなるべきである。換言すれば、検査対象の電流ライン４１からの差別的な成分は、理想のシナリオにおける信頼性のあるＭＲＡＭ書き込み動作に必要とされる合計の磁場成分の、半分程度となるべきである。また、第２の動作モードにおいても、検査対象の電流ライン４１からの差別的な成分は、信頼性のあるＭＲＡＭ書き込み動作に必要とされる合計の磁場成分の（少なくとも）半分となるべきである。加算モードは、本質的に、より低い電流レベルを電磁励起信号に必要とし、より低い電力消費をもたらすことに留意されたい。
【００３７】
従来のＭＲＡＭタイプに対するより良い半選択頑強性を有する改善されたバージョンは、検査対象の電流ライン４１を、加算および減算モードのそれぞれにおいて、完全な電磁励起場が強化されるか、または減少されるようなやり方で、メモリセルのレイアウトに対して４５度で再び揃えることである。
【００３８】
図６は、この実施形態において開示される異なるモードの概略を示す。上の１番目の一対のグラフは、検査対象のライン４１が、困難軸（ＨＡ）（図の左側）および容易軸（ＥＡ）（図の右側）のそれぞれと揃えられている、加算モードのものである。２番目の一対のグラフも、同様だが、実施形態１に従うデジタル磁気センサの動作の減算モードのものである。下の３番目の一対のグラフは、検査対象の電流ライン４１が４５度をなす、改善されたバージョンを表している。破線６０は、いわゆるアストロイド曲線の一部である、スイッチングするために打ち勝つべき磁場を示す。実線矢印６１は、‘標準’のＭＲＡＭ書き込み動作を示す。破線矢印６２は、電磁励起信号からの磁場成分を示し、一方で、実線矢印６３は、検査対象の電流ライン４１において生成することができる余分な磁場を示す。両方のモードで、太い破線矢印６４は、検査対象のライン４１に電流がない場合の、励起の間の結果としての磁場を示す。太い実線矢印６５は、検査対象のライン４１に電流が存在する場合の、結果としての磁場を示す。
【００３９】
スイッチングしきい値６０は、従来のＭＲＡＭ向けに描かれているが、基本的なスケッチは、いわゆるサフチェンコ型（Savchenko-type）のＭＲＡＭに対しても有効である。この第２の種類のメモリ向けに、異なるアストロイド曲線を考えると、‘ノーマル’の加算または減算モードが、おそらくは好ましいであろう。検査対象の電流ライン４１から生じ得る磁場が、困難軸に沿って揃えられている場合のみ、デジタル磁気センサの初期論理値に応じて、励起パルスの方向は、この技術では困難軸方向のみが固定されると仮定して、従来のメモリセル向けに変化させることができる。その結果、容易軸励起場成分の符号を、異なる初期論理値のために、変化させる必要がある。全ての他のケースでは、一見して、事前定義された磁気素子が必要とされ、よって、測定手順は、標準ＭＲＡＭ書き込み動作で開始される。しかしながら、検査対象の電流ライン４１が、電流を伝えているかどうかは確実でないため、ほとんどの場合、生じ得る場と反対の単一の電流レベルによって、事前定義された状態にある磁気素子に書き込むことは、より困難となる。これは、より大きな電流レベルを必要とし、よって、システム全体の寸法が大きくなりすぎる可能性がある。代わりに、複数のレベルを有する電流源または可変電流源も、十分となり得る。
【００４０】
図７：モードスイッチング
他の解決策は、‘モードスイッチング’の概念にある。図７は、プリセットされた素子の必要性を避けるための、モードスイッチングの例を示している。検査対象の電流が、容易軸の方向の磁場成分をもたらす場合、モードスイッチングを使用することができる。この原理は、図７において、（１）上の２つのグラフにおける容易軸に沿った検査対象の磁場、および（２）下側の２つのグラフにおける４５度軸に沿った検査対象の磁場、の２つの選択された例のために示されている。１つ目の例では、初期のロジック０に対して、加算モードが使用され、一方で、ロジック１に対して、減算モードが用いられる。２つ目の例では、その逆となる。対応するモードを変更する場合、可能な場の反対の符号、すなわち換言すると、反対の電流方向を、測定することができる。
【００４１】
異なる種類の電流源を使用して、必要な励起パルスを供給することができる。従来のＭＲＡＭには、困難軸に沿った場があり得る場合に、困難軸方向（単極性）の１つの固定された場のパルス、および容易軸の双極性の電流源の必要性がある。換言すると、これは、ＭＲＡＭ書き込みの必要性と同じである。しかしながら、モードスイッチングによる１つ目の例では、容易軸に沿って、２つの異なるパルス振幅を有する双極性の電流源が必要である。そして、検査対象の電流ライン４１からの可能な電流が、４５度で揃えられた場合、容易軸と困難軸に沿って１つずつ、２つの異なるパルス振幅を有する２つの双極性の電流源が必要となる。換言すると、より頑強なシステムは、より複雑な励起スキームを必要とする。トグルタイプのＭＲＡＭ構成には、双極性電流源よりも、単極性のもので十分である。このスイッチング概念の性質を考えると、減算モードが、好ましい実施方法であると考えられる。モードスイッチングは必要ではない。
【００４２】
図８：実施形態２の詳細な説明
図８は、実施形態２に対応するデジタル磁気センサの動作を示している。表記法は、先の各図のものと同一である。実施形態２において、検査対象の電流ライン４１は、磁気素子の困難軸の成分を供給している。この実施形態には、合計で２つのみの電流ラインが存在するため、結果として容易軸成分を有する場を生じる検査対象の電流ライン４１は、もはや選択肢ではない。図８は、初期のロジック０または１の値に対する生成される磁場の概略表現を提供している。グラフ内のグレースケールおよびラインスタイル（line stiles）等は、図６および図７に用いられたものと類似している。検査対象のライン４１での電流により存在し得る困難軸によって、ロジック０および１の値の間の差は、磁場に依存し、これは、磁化が、容易軸に対して、ある角度をなしているかもしれないためである。４５度で向きが合わされている合計の書き込み場への制限は、もはやないことに留意されたい。概念の簡潔さを考えると、実施形態２は、従来のＭＲＡＭ向けに好ましい動作モードかもしれない。トグルタイプのＭＲＡＭデバイスへの適合性は、より低い。
【００４３】
磁場の存在の測定に適したデジタル磁気センサを、説明してきた。磁場は、外部磁場であってもよいが、検査対象の電流ライン４１に生成される局部磁場であってもよい。直接的な適用は、オンチップパワーピン検査（電流の有無）であろう。センサは、全てのＭＲＡＭ技術に完全に適合し、ほとんどゼロの費用で追加することができる。
【００４４】
上述のように、実施形態は、その上の電流を明確に検出することができる特定のしきい値より大きい、検査対象の電流の存在の観察に限定される。換言すると、電流の大きさ、または、例えば経時変化による、この電流の変化に関する情報はない。これは、チップに電力を供給する異なる並列の１０個のピンを、動作前に、および可能であればチップの耐用年数の間に検査する必要がある、パワーピン検査などの適用に有用であろう。シナリオとしては、チップの耐用年数の前または間に、オープンなコンタクトが発生することがあり、これは結果として、他のピンで電流が増加することと組み合わせて、コンタクトの１つにもはや電流が存在しないことをもたらす。測定されている電流の大きさにおける変化をより正確に‘測定’するために、単一の測定を行なうよりもむしろ、センサが、特定の測定パターンの作用を受けて、この測定パターンから、電流レベルに関する余分な情報および経時変化を推論することができる。電流の変化は、センサ内のスイッチング確率の変化から推論される。あるいは、センサのアレイを、平均的な目的のために実施してもよい。
【００４５】
変化の測定に関する論理的背景
論理に限定されることなく、磁気素子のスイッチングは、単一のエネルギーバリアより上の熱活性化に関するアレニウス−ニール形式（Arrhenius-Neel formalism）に関係する。２つの安定したエネルギー最小量を有する所定の素子に対し、エネルギーバリアΔＥより上の局部最小量から全体最小量への弛緩（relaxation）のための遷移レートは、
【数１】
2008504519.tif 000003
で与えられ、ここで、τ０は、反転のための試行時間を示しており、典型的にはτ０＝１ｎｓである。指数において、ボルツマン係数が、ボルツマン定数ｋＢおよび温度Ｔの積として見出される。
【００４６】
Ｎ０個の同一の磁気素子の組に対して、時間ｔの後にスイッチしていないビットの数Ｎ（ｔ）が、ｄＮ（ｔ）／ｄｔ＝−Ｎ（ｔ）／τ（ΔＥ）のレート式で与えられ、ここで、τ（ΔＥ）は、磁場に依存するエネルギーバリアΔＥ（ＨＥＡ，ＨＨＡ）の大きさに依存する特徴的な反転時間である。解決策は、次の式となる。
【数２】
2008504519.tif 000004
【００４７】
時間の関数としての、素子がスイッチする確率は、
【数３】
2008504519.tif 000005
となる。
【００４８】
エネルギーバリアより上の弛緩のための遷移レートγの定義、
【数４】
2008504519.tif 000006
を用いて、特徴的な反転時間を、次のように計算できる。
【数５】
2008504519.tif 000007
【００４９】
ＭＲＡＭ内の書き込み動作の間に、または、デジタル電流センサを励起する場合に、特定のパルス持続時間ｔＳを有する電磁電流パルスが印加される。このようなパルス長のために打ち勝つべきエネルギーバリアは、パルス持続時間ｔＳを、特徴的な反転時間にマッピングすることで計算できる。次いで、時間間隔［０，ｔＳ］においてスイッチングする確率、Ｐ（ｔＳ）は、
【数６】
2008504519.tif 000008
の場合に、６３％と等しくなる。
【００５０】
所定のパルス持続時間ｔＳのために打ち勝つことができるエネルギーバリアは、磁場に依存することを覚えておくべきである。単一の電流パルスに対して（固定の補助的な困難軸の場における）、エネルギーバリアは、次式を用いて磁場を生成する電流に関係付けることができる。
【数７】
2008504519.tif 000009
ここで、ＩＳＷは、熱影響がない場合の内在的なスイッチング電流であり、ａは、定数である。
【００５１】
すなわち、パルス時間が、ナノ秒の形式（nano-second regime）、例えば１０ｎｓの現実的な時間に固定される場合、この時間の間に打ち勝つことができるエネルギーバリアは、有効な場がパルスの間に存在することに、関連付けることができる。これらの実施形態において、場は、（１）２つの直交パルスを用いて生成された２−Ｄ磁場、および（２）検査対象の電流ラインにおいて生成された余分な磁場、の組み合わせである。
【００５２】
実際の現実化
図９において、いわゆる加算モード向けの測定手順が示されている。図９は、上の１番目の一対のグラフにおいて、検査対象の電流がある状態と無い状態の、困難（ＨＡ）および容易（ＥＡ）軸の磁場ベクトルを示している。中央のグラフは、困難軸に沿って変化するパルス振幅を有する出力の時間シーケンスを示している。変化するパルス振幅を有する単一のパルス列に対して、センサは、ＨＡｖａｒに対する特定値で、その状態をフリップし、ＨＡｖａｒは、測定すべき困難軸の場の存在、すなわちＨＡｍｅａｓおよびその大きさに依存する。黒色および白色のデータ点および曲線は、場ＨＡｍｅｓｓが存在する際のＨＡｖａｒにおける遷移を示している。改善されたバージョン（下）において、いくつかのパルス列の統計分析は、図９の下側のグラフに示すように、改善されたセンサの出力をもたらし得る。
【００５３】
増加する振幅を有する単一のパルス列に対して、磁気素子は、検査対象の電流ラインに生成されている余分な磁場ＨＡｖａｒのレベルに応じて、特定のパルス幅から前方へスイッチを開始する。この振幅は、測定すべき困難磁場、すなわちＨＡｍｅａｓの存在およびその大きさに依存する。これは、図９において、黒色のデータ点または実線の曲線の、白色のデータ点または点線の曲線への遷移によって表され、この遷移は、余分な磁場の（１）存在および（２）大きさによってトリガされる。明確さのために、パルス列は、それぞれ互いに対して正しいタイミングを有する２つのパルスを備える個別の‘書き込み’動作で構成されること留意されたい。これらのパルスのうちの１つの振幅のみが変化し、それは、図９の例では、困難軸方向への磁場をもたらす成分である。複数のパルス列を考慮すると、統計的に平均化されたスイッチング確率対パルス振幅を、磁気素子のために得ることができる。必要な正確さおよび範囲は、パルス列内の個別のレベルの正しい選択およびサイクルの数によって得られる。
【００５４】
異なる実施形態においては、全て同一のパルスの作用を受ける複数の磁気素子、および／または余分な場を、使用することができる。すなわち、単一のセルにおける反復性の測定スキームを使用することで、測定を時間的に拡散させるよりも（またはさせると共に）、個別のセルの読み出しによる異なる素子にわたる平均化が行なわれ、これは、類似した統計をもたらす。その上、全てのセルは、単一のセルに組み合わせることができ（並列／直列の組み合わせによって）、結果として、０％および１００％スイッチングを表す電圧の間の統計値を生成する単一の出力電圧をもたらす。５０％しきい値が、図９の下側のグラフに示されている。
【００５５】
２つの上述した原理の組み合わせを、考えることができる。例えば、ＨＡｖａｒ依存を、磁気素子の単一の（または複数の）アレイにおいて測定する。平均化は、測定を複数回繰り返すことによって得られる。
【００５６】
実験例
図１０は、より大きな磁気素子からの実験的データを示しており、ここで、素子（の一部）での単一領域のスイッチングイベントが、統計的な手法で測定および分析された。増加する振幅を有する電流パルスが、固定された補助的な場において、デバイスに加えられた。異なるパルス持続時間ｔｐに対する異なる曲線が、示されている。左側のグラフは、スイッチング確率を、パルス電流振幅の関数としてｍＡで示している。各データポイントは、所定のパルス時間ｔｐでのＩにおける１００パルスの結果である。実線は、データへの指数的な適合である。各ラインに対するパルス時間は、右から左へそれぞれ１０ｍｓ、１ｍｓ、１００μｓ、１０μｓ、および１μｓである。
【００５７】
図１０の右側のグラフは、式（７）における、電流パルス振幅Ｉと特徴的な反転時間τとの関係を示している。実線は、Ｐｓ＝６３％の場合にｔｐ＝τという事実（式（６））を用いて定義されたデータポイントに適合されている。
【００５８】
図１１は、実際のＭＲＡＭセルにおける熱活性化されたスイッチングのための他のデータセットを示している［リゾー（Rizzo）ら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．８０，２３３５−３７，２００２より］。持続時間Ｉｐ＝２０ｎｓの１０００個の場のパルスのうちの成功した反転の数が、０．４×１．３μｍの磁気トンネル接合のフリー層に対して、印加された電流Ｉに関してプロットされている。データの各セットは、０〜４０Ｏｅの範囲の異なる困難軸の場のためのである。実線は、式（５）および（７）と組み合わせて、式（２）に適合される。
【００５９】
事実として、困難軸の場は、スイッチングに必要とされる容易軸電流を下げるために、実際に使用される。異なる困難軸の場に対する、０％から１００％への鋭い遷移に留意されたい。換言すると、測定される確率における変化を、デバイスの磁気環境における変化にリンクできるという意味において、余分な情報を、反復性の測定から得ることができる。
【００６０】
要約すると、説明された実施形態は、単一のセンサ、または代わりに、複数のパルスの作用を受けるセンサアレイでの、反復性の測定を含む。直接的な適用は、オンチップパワーピン検査であろう。この機能は、全てのＭＲＡＭ技術に完全に適合し、ほとんどゼロの費用で追加することができる。
【００６１】
図１２：磁気ロジック
磁気抵抗（ＭＲ）素子は、配線によって機能性が固定されている、トランジスタベースのロジック素子の固定されたアーキテクチャと比べて、強化されたロジック能力を提示することができる。再プログラム可能な磁気ロジックデバイスは、現在、磁気学の分野において大きな論題となっている。磁界検知に関係する上述の原理は、磁気ロジックに適用することができる。センサ原理は、（余分な）磁場を、トリガされた場合にデジタル磁気センサの状態の変化の間で決定できるか否か、という事実に基づく。換言すると、状態の変化を推論することができるか否か、である。トリガ機能は、ＭＲＡＭに使用されるプログラム動作と原理的に同一の短い励起パルスである。センサ自体は、ＭＲＡＭ素子とすることができる。
【００６２】
この概念は、複数の入力、すなわち例えば電流ラインによって起こされる磁場に対して一般化することができる。これは、いわゆる加算モードについて、図１２に例示されている。いくつかの他の変形も、考えられる。
【００６３】
図１２の例では、容易軸（ＥＡ）における特定の固定成分との組み合わせにおいて、困難軸（ＨＡ）でスイッチングするために、合計の場Ｈが必要であると仮定される。ＡＮＤ機能に対して、困難軸における励起パルスが、Ｈ／３のみであり、これに対して、容易軸での成分は、標準的なプログラムパルスと同一であると仮定する。入力変数ＡおよびＢが、それぞれ、検知素子においてＨ／３の大きさの余分な磁場をもたらす電流を有する場合、両方の変数の存在は、結果として状態の変化を生じ、これに対して、これらの１つのみがあるか、またはどちらもなければ、結果として状態の変化を生じるには十分ではない。これは実際には、変数ＡおよびＢのＡＮＤ機能の実現である。ロジックセルを、ＯＲ機能に変えるために、困難軸における励起パルスが、ほぼ２Ｈ／３に変えられ、よって、変数ＡまたはＢの１つで、ロジックセルが電磁的に励起されていない場合に状態の変化を十分に誘起することができる。
【００６４】
ＮＡＮＤおよびＮＯＲ機能は、状態の変化の異なる解釈によって実現することができる。換言すると、ＮＡＮＤ機能は、ロジック＜１＞が状態の無変化を表すＡＮＤ機能である。このロジックは、トグルＭＲＡＭ概念において実施することができる。この概念の利点は、同一の励起パルスを、ハイおよびロー状態の間のスイッチに適用できることである。従来のＭＲＡＭに必要とされる双方向性は、もはや必要とされない。従って、状態の変化の検出原理が、好適である。
【００６５】
異なるロジック機能を、プリセット状態（表１）を含むことによって、さらに適合させることができ、よって、励起の間に生じ得る状態の変化が、結果としてロジック出力、すなわち＜０＞＝Ｌｏｗ  Ｒ、＜１＞＝Ｈｉｇｈ  Ｒを直接反映する出力をもたらす。プリセット状態０／１は、結果として、図１２に示すように、‘ロー’励起パルスに対するＡＮＤ／ＮＡＮＤ機能をもたらし、一方で、プリセット状態０／１は、結果として、‘ハイ’励起パルスに対して、ＯＲ／ＮＯＲ機能をもたらす。
【表１】
2008504519.tif 000010
【００６６】
これまで、同様の磁場方向を発生する入力電流ラインを想定した。ロジックＥＸＯＲ機能などの他の機能を、電流の極性依存を含むことによって実現することもできる。ＥＸＯＲ機能は、同じ入力に対して＜０＞、および異なる入力に対して＜１＞である。実施の例は、２つの並列の電流ラインＡおよびＢを、デジタル磁気センサにおける困難軸成分を生成するように向けられた異なる電流方向で用いることによる。この例は、ロジックＡＮＤおよびＯＲゲートのために図１２で用いられる形状と類似する。その結果、両方の電流レベルが同一（電流ありまたは電流なし）の状態で、デジタル磁気センサに結果として生じる場が、事実上ゼロとなる。存在する両方の電流のうち１つのみに対して、十分な困難軸の磁場成分を、実現することができ、これは、デジタル磁気センサをスイッチする電磁励起パルスを補助するのに十分である。入力および励起信号の立ち上がりおよび立ち下がりエッジが重なる際に、タイミングの問題が起こり得ることに留意されたい。
【００６７】
変数ＡおよびＢは、２つの異なる入力ラインとすることができ、これは、互いに平行または直角のいずれか、あるいは４５度などの特定の角度にさえ、することができる。非限定であるが、２つの実施の例が、図１３に示される。さらに、これらの入力ラインは、プログラムおよび読み取りラインを含むＭＲＡＭセル、すなわちデジタルセンサの上部および／または下部に置くことができる。ＭＲＡＭの機能性が、ＣＭＯＳのバックエンドに組み込まれているという事実を考えると、隣接する金属層を用いて、変数ＡおよびＢを表す入力ロジック信号を、２つのレベルのどちらかでの電流の形態で提供することができる。一般に、３つ以上の入力電流ライン、および異なるラインにおける複数の電流レベルまたは極性を考慮することができる。
【００６８】
結論
上述のように、磁場強度を検知するためのセンサは、センサ素子と、センサ素子の抵抗を検出するための検出回路とを有し、抵抗は、検査対象の磁場と共に変化し、かつヒステリシスを有し、よって、電磁励起が起こると、抵抗は、２つ以上の安定したレベルの間で、検査対象の磁場が変化するにつれてスイッチすることができる。センサは、抵抗に応じたデジタル信号を出力する。センサ出力は、電磁励起が起こった際の状態の変化に関して、さらに解釈することができる。センサは、磁気メモリセルからの異なる特性をもはや必要としないので、アナログの磁気センサよりもずっと容易に構成し、磁気メモリセルと統合することができる。電磁励起信号は、抵抗がスイッチする、検査対象の磁場に対するしきい値を変化させ、異なるしきい値による複数の測定をさらに可能にする。複数のセンサ素子は、異なる形状または大きさを持つことで、異なるしきい値を持つことができる。センサは、複数の入力電流が検知される場合の、電流検知、およびプログラマブル磁気論理ゲートにおける適用を有する。電磁励起信号、よってしきい値を変えることで、論理演算をＡＮＤおよびＯＲの間で変えることができる。
【００６９】
当業者には、特許請求の範囲において、他の変形を考えることもできるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、実施形態に係るデジタル磁気センサの概略表現を示している。
【図２】図２は、従来のＭＲＡＭを示している。
【図３】図３は、従来のＭＲＡＭの特性および動作を示している。
【図４】図４は、実施形態に係るデジタル磁気センサを示している。
【図５】図５は、実施形態に係るデジタル磁気センサのための測定手順を示している。
【図６】図６は、実施形態に係るセンサの特性および動作のグラフを示している。
【図７】図７は、実施形態に係るセンサのためのモードスイッチングの例を示している。
【図８】図８は、検査対象の電流が困難軸磁場に影響を与えるように向けられた実施形態に係る他の例を示している。
【図９】図９は、異なるレベルの多くの励起パルスを使い、検査対象の磁場に対する異なるスイッチングしきい値を与える測定手順のためのグラフを示している。
【図１０】図１０は、異なるレベルの多くの励起パルスを使い、検査対象の磁場に対する異なるスイッチングしきい値を与える測定手順のためのグラフを示している。
【図１１】図１１は、異なるレベルの多くの励起パルスを使い、検査対象の磁場に対する異なるスイッチングしきい値を与える測定手順のためのグラフを示している。
【図１２】図１２は、磁気ロジックの動作のためのグラフを示している。
【図１３】図１３は、実施形態に係るデジタル磁気センサを示している。
【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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【図１２】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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