(57)【要約】【課題】物理的複製困難関数を生成するように構成されている磁気論理ユニット（ＭＬＵ）ベースの磁気装置と、当該装置を使う認証方法を提供する。【解決手段】本発明は、複数のＭＬＵベースの磁気セル（１０）を備えるＭＬＵベースの磁気装置（１００）に関し、各ＭＬＵセル（１０）は、第１磁化（２１０）を有する第１強磁性層（２１）と、第２磁化を有する第２強磁性層（２３）と、第１及び第２強磁性層（２１、２３）の間のスペーサ層（２２）とを備える。磁気装置（１００）は、第２磁化（２３０）に対して第１磁化（２１０）の向きを変更し、ＭＬＵ装置（１００）の抵抗（Ｒ）を変化させるように適合されている入力信号（４４）を生成するように構成されている入力装置（４）と、抵抗（Ｒ）を測定するように適合されているセンス信号（３１）を通過させるように構成されたビット線（３）と、センス信号（３１）から電気的変動を計算し、電気的変動署名（５０）を出力するように構成されている処理ユニット（５１）とを備える。本開示はさらに、ＭＬＵ装置を読み取るための認証方法に関する。
2021518653.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ＭＬＵセル（１０）が、第１磁化（２１０）を持つ第１磁性層（２１）と、第２磁化（２３０）を持つ第２磁性層（２３）と、第１磁性層（２１）と第２磁性層（２３）との間のスペース層（２２）とを備える１つ又は複数のＭＬＵベースの磁気セル（１０）を備える、磁気論理ユニット（ＭＬＵ）ベースの磁気装置（１００）であって、
複数のＭＬＵセル（１０）において第２磁化（２３）に対して第１磁化（２１０）の配向の変更と、ＭＬＵ装置（１００）の抵抗（Ｒ）の変更とに適合されている入力信号（４４）を生成するように構成されている入力装置（４）と、
抵抗（Ｒ）の測定に適合されているセンス信号（３１）を通過するように構成されているビット線（３）と、
処理ユニット（５１）と
を備える前記ＭＬＵ装置において、
入力信号が、階段的な増加で変わる大きさを持つ読み取り磁場（４４）を備え、
センス信号（３１）から電気的変動を計算して電気的変動署名（５０）を出力するように処理ユニット（５１）が構成されていて、
出力された電気的変動署名（５０）が、読み取り磁場（４４）の異なる大きさで切り替わる、異なるＭＬＵセル（１０）のセンス（２１０）に対応する
ことを特徴とする、ＭＬＵ装置（１００）。
【請求項２】
ＭＬＵ装置（１００）は複数のＭＬＵベースの磁気セル（１０）を備え、複数のＭＬＵセル（１０）のそれぞれが、ビット線（３）を介した直列又は並列に、又はビット線（３）を介した直列及び並列配列の組み合わせで、電気的に接続されている、請求項１に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項３】
複数のＭＬＵセル（１０）は、ハーフブリッジ又はフルブリッジ構成を形成している、請求項１又は２に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項４】
処理ユニット（５１）は、電気的変動署名（５０）を、基準ＭＬＵ装置（１００）について計算された基準電気的変動署名（５２）と比較して、電気的変動署名（５０）と基準電気的変動署名（５２）との一致又は不一致の情報を備える出力信号（５４）を出力するように構成されている比較回路（５３）を備える、請求項１から３のいずれか一項に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項５】
出力信号（５４）が、一致の場合は論理「１」データ値に相当して、不一致の場合は論理「０」データ値に相当するか、あるいは
出力信号（５４）が、一致の場合は論理「０」データ値に相当して、不一致の場合は論理「１」データ値に相当する、請求項４に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項６】
ＭＬＵ装置（１００）は物理的複製困難関数（ＰＦＵｓ）を生成するように構成されていて、読み取り磁場（４４）がチャレンジとして使用可能であり、出力信号（５４）が応答に使用可能である、請求項４又は５に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項７】
電気的変動がノイズスペクトラル密度を備える、請求項１から６のいずれか一項に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項８】
処理ユニットが、ノイズスペクトラル密度署名（５０）を計算するように構成されているノイズスペクトラム分析器（５１）を備える、請求項７に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項９】
入力装置は、読み取り磁場（４４）を生成する読み取り電流（４３）の通過に適合されている界磁線（４）を備える、請求項１から８のいずれか一項に記載のＭＬＵ装置（１００）。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか一項に記載のＭＬＵ装置（１００）を使用する認証方法において、
第２磁化（２３０）に対して第１磁化（２１０）の配向を変え、ＭＬＵ装置（１００）の抵抗（Ｒ）を変更する入力信号（４４）を提供することと、
抵抗（Ｒ）を測定する、ビット線（３）におけるセンス信号（３１）を提供することと、
を備え、
入力信号が読み取り磁場（４４）を備え、
前記方法が、読み取り磁場（４４）の大きさを増分ステップにより変えることと、
センス信号（３１）から電気的変動を計算して電気的変動署名（５０）を出力することと、を備え、
出力される電気的変動署名（５０）が、読み取り磁場（４４）の異なる大きさで切り替わる異なるＭＬＵセル（１０）のセンス（２１０）に対応することと
を特徴とする方法。
【請求項１１】
電気的変動がノイズスペクトラル密度を備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
ノイズスペクトラル密度は、変化する読み取り磁場（４４）の大きさの全て又は一部について、単一周波数にて、又は複数の周波数にて計算される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
ノイズスペクトラル密度は、０．１Ｈｚと１０ｋＨｚとの間の複数の周波数で計算される、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
ノイズスペクトラル密度は、変化する読み取り磁場（４４）の大きさの全て又は一部について、１つのバンド幅にわたって計算される、請求項１２又は１３に記載の方法。
【請求項１５】
処理ユニットはさらに比較回路（５３）を備え、当該方法は、電気的変動署名（５０）を基準電気的変動署名（５２）と比較しに比較回路（５３）を使うステップと、
電気的変動署名（５０）と基準電気的変動署名（５２）との一致又は不一致の情報を備える出力信号（５４）を出力するステップと
を備える、請求項１０から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
非一時的コンピュータ可読媒体の形態であり、処理ユニット（５１）に請求項１０から１５のいずれか一項に記載の方法を実行させるコンピュータコードを備える、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、認証機能を実行し、物理的複製困難関数を生成するように構成された磁気論理ユニット（ＭＬＵ）ベースの磁気装置に関する。本発明はさらに、ＭＬＵベースの磁気装置を使用する認証方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
物理的複製困難関数（物理的複製防止機能）（ＰＵＦｓ）の開発は、現在、セキュリティの分野で注目されているトピックである。
【０００３】
ＰＵＦは、製造プロセスのばらつきによる制御不可能なランダム性を利用することによって、集積回路（ＩＣｓ）からチップ固有の署名を抽出可能である。
これらの署名は、認証、偽造防止、ＩＣメータリング、署名の生成、難読化を含む、多くのハードウェアセキュリティアプリケーションに使用可能である。これらのＰＵＦは、物理特性に依存して、装置の明確で固有の偽造不能な識別を可能する。
【０００４】
ＰＵＦｓはチャレンジ／レスポンスの原則に基づいていて、入力信号（チャレンジ）をＰＵＦｓに提供し、その出力（レスポンス）を、一致するか否かの対象のアイデンティティに対応する基準と比較することで認証が実行される。
【０００５】
ＰＵＦｓの主な特性の１つは、装置が一方向であることである。これは、応答を明確にそのチャレンジにたどれないことを意味するが、単一のチャレンジでは常に同じ応答が発生する。
【０００６】
認証の典型的な例は、ソフトウェアライセンスの場合であり、ライセンスは単一の装置に対してのみアクティブとされて、ＰＵＦはハッキングと偽装を完全に防止する。
【０００７】
ただし、現時点では、ＰＵＦの全ての基準に厳密に対応する装置はほとんどない。参照される真のＰＵＦ機能の唯一の例は、透明媒体を通過するレーザ（チャレンジ）を用いる光学系で、ここでは、不完全な部分が固有の散乱パターン（レスポンス）を引き起す。しかし、このソリューションは扱いにくく、小型化が困難である。
【０００８】
特許文献１（ＵＳ２０１５０７１４３２）は、磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）セルのアレイに基づくＰＵＦを開示している。ＭＲＡＭセルのアレイへのチャレンジは、物理的複製困難関数に使用されるセルのいくつかを特定するであろう。チャレンジに対する応答は、セルのＭＴＪの１つ又は両方の抵抗を使用して、そのセルの応答として機能する値を取得することにより、各セルに対して取得可能である。
【０００９】
特許文献２（ＵＳ２０１５０７１４３１）は、ＰＵＦを実装する方法について記載している。この方法は、複数のＭＲＡＭセルのアレイを直交する外部磁場にさらすことを含む。複数のＭＲＡＭセルのそれぞれは、第１論理状態と第２論理状態のいずれかを表すように作られていて、直交外部磁場は、ＭＲＡＭセルの自由層の磁化容易軸線と直交する方向に向けられ、ＭＲＡＭセルを最初の論理状態又は２番目の論理状態ではないニュートラル論理状態に置く。この方法はさらに、直交外部磁場を除去して、アレイの各ＭＲＡＭセルを第１論理状態又は第２論理状態のいずれかにランダムに配置することを備える。
【００１０】
特許文献３（ＵＳ２０１７１７０８２７）は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）構造と、チップの識別及び／又は認証に使用される永久ビット文字列を開示する。ＭＴＪ素子構造は、ＭＴＪ素子構造の固有の変動性が、チップのフィンガープリントとなるビット文字列を符号化及び生成するために使用されるように、定義された抵抗プロファイルを有してもよい。
【００１１】
特許文献４（ＵＳ２０１３０７３５９８）は、エントロピー源と乱数（ＲＮ）生成器に関係している。一態様では、低エネルギーエントロピー源は、磁気抵抗（ＭＲ）素子及びセンス回路を備える。ＭＲ素子には静電流が印加され、ＭＲ素子の磁化に基づいて決定される可変抵抗を有する。センス回路は、ＭＲ素子の抵抗をセンスし、ＭＲ素子のセンスされた抵抗に基づいてランダムな値を提供する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１５／０７１４３２号明細書
【特許文献２】米国特許出願公開第２０１５／０７１４３１号明細書
【特許文献３】米国特許出願公開第２０１７／１７０８２７号明細書
【特許文献４】米国特許出願公開第２０１３／０７３５９８号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第号２０１３／２４１５３６明細書
【発明の概要】
【００１３】
本開示は、１つ又は複数のＭＬＵベースの磁気セルを備えるＭＬＵベースの磁気装置に関し、各ＭＬＵセルが、第１磁化を持つ第１磁性層と、第２磁化を持つ第２磁性層と、第１磁性層と第２磁性層との間のスペース層とを備える。当該磁気装置は、
複数のＭＬＵセルにおいて第２磁化に対して第１磁化の配向の変更と、ＭＬＵ装置の抵抗の変更とに適合されている入力信号を生成する入力装置と、
抵抗の測定に適合されているセンス信号を通過するように構成されているビット線と、
センス信号から電気的変動を計算して電気的変動署名を出力するように作られている処理ユニットと
を備える。
【００１４】
一実施形態では、処理ユニットは、電気的変動署名を、基準ＭＬＵ装置について計算される基準電気的変動署名と比較して、電気的変動署名と基準電気的変動署名との一致又は不一致の情報を備える出力信号を出力するように構成されている比較回路を備える。
【００１５】
本開示はさらに、ＭＬＵ装置を使用する認証方法に関し、以下を備える。
第２磁化について第１磁化の配向を変え、ＭＬＵ装置の抵抗を変更する入力信号を提供することと、
抵抗を測定する、ビット線におけるセンス信号を提供することと、
センス信号から電気的変動を計算して電気的変動応答（又は署名）を出力すること。
【００１６】
一実施形態では、入力信号は、磁場装置によって提供される読み取り磁場を備える。磁場装置は、読み取り磁場を生成する読み取り電流を通すように適合された界磁線を備えてもよい。
【００１７】
別の実施形態では、電気的変動は、ノイズスペクトル密度を備える。
【００１８】
処理の変動性のため、各ＭＬＵセルは、個別のＭＬＵセル層の磁性部分に関連する特性を持つ。この特性とは、遷移磁場、磁壁の動き、磁化の固定の解除、又は磁性部分の内部で電気的変動を引き起こすその他の磁性動作のようなものである。さらに、各ＭＬＵセルには個別の電気的変動特性がある。これらの特性を、ＭＬＵ装置の電気的変化の特徴に組み合わせてもよい。
【００１９】
ＭＬＵ装置が備える１つ又は複数のＭＬＵセルに、この処理により引き起こされる変動により、ＭＬＵ装置の電気的変動署名は、フィンガープリントのように、偽造不能を確実にして固有かつ複製不能である。
【００２０】
ＭＬＵ装置は、このように、認証機能を実行するため、及び物理的複製困難関数を生成するために構成可能である。ＭＬＵ装置へのチャレンジは、ＭＬＵセルに印加される複数の磁場について、単一又は複数の設定周波数又は帯域幅でＭＬＵ装置の電気的変動を測定することによって実行可能である。
【００２１】
複数の磁場は、ＭＬＵセルをアドレス指定する金属線を通過する複数の電流によって、又は適切な前記複数の磁場を生成可能な他の磁場装置によって適用されてもよい。
【００２２】
次に、そのような電気的変動応答は、計算された電気的変動のピーク及び谷のような特徴的な事項を使用することによって、認証対象の装置に対応する基準電気的変動と比較するようにしてもよい。
【００２３】
本発明は、例として与えられ、図によって示される実施形態の説明の助けにより、よりよく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】一実施形態による、ＭＬＵベースの磁気セルを示す図である。
【図２】一実施形態による、複数のＭＬＵセルを備えるＭＬＵ装置の断面図を示す。
【図３】別の実施形態による、複数のＭＬＵセルを備えるＭＬＵ装置の上面図を示す。
【図４】３つの異なるＭＬＵ装置について、測定されたノイズスペクトル密度を、読み取り磁場の関数として比較する図である。
【図５】ＭＬＵ装置を使用した、一致するノイズスペクトル密度の認証方法を概略的に示す。
【図６】ＭＬＵ装置を使用した、一致していないノイズスペクトル密度の認証方法を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
図１は、一実施形態による、ＭＬＵベースの磁気セル１０を示す。ＭＬＵセル１０は、第１強磁性層２１、第２強磁性層２３、及び第１強磁性層２１と第２強磁性層２３との間に配置されるスペーサ層２２を備える。
【００２６】
第１及び第２強磁性層２１、２３のそれぞれは、磁性材料、特に、強磁性タイプの磁性材料を備えるか、又はそれらから形成可能である。
第１強磁性層２１又はセンス層は、軟強磁性材料、すなわち、保磁力が比較的低い材料を備えてもよく、第２強磁性層２３は、硬強磁性材料、すなわち、保磁力が比較的高い材料を備えてもよい。
このようにして、第１強磁性層の第１磁化又はセンス磁化２１０は、センス層として使用可能である。すなわち、第２磁化又は基準２３０が発生する低強度磁場の下で容易に可変である。あるいは、基準、層２３は固定されたままで、基準層として使用される。
適切な強磁性材料には、遷移金属、希土類元素、及びそれらの合金が、主族元素の有無にかかわらず含まれる。例えば、適切な強磁性材料には、鉄（「Ｆｅ」）、コバルト（「Ｃｏ」）、ニッケル（「Ｎｉ」）、と、パーマロイ（又はＮｉ８０Ｆｅ２０）のような鉄、コバルト、ニッケルの合金が含まれる。また、Ｎｉ、Ｆｅ、及びホウ素（「Ｂ」）をベースとした合金、また、Ｃｏ９０Ｆｅ１０、及びＣｏ、Ｆｅ及びＢベースの合金が含まれる。場合によっては、ＮｉとＦｅ（及び任意選択でＢ）ベースの合金は、ＣｏとＦｅ（及び任意選択でＢ）ベースの合金よりも低い保磁力を保有可能である。
【００２７】
センス層２１及び基準層２３の他の実装が考えられる。例えば、センス層２１及び基準層２３のいずれか又は両方は、いわゆる合成反強磁性層と同様の方法で複数の副層を備えてもよい。
【００２８】
ＭＬＵセル１０の他の実装が考えられる。例えば、第１強磁性層２１と第２強磁性層２３の相対的な配置は、センス層２１が第２強磁性層２３の上に配置された状態に逆転可能である。
【００２９】
スペーサ層２２は、巨大磁気抵抗接合のような非磁性導電層、又はトンネル磁気抵抗接合のように、絶縁体としてもよい。
【００３０】
後者の場合、トンネル障壁層２２は、絶縁材料を備えるか、又はそれから形成可能である。適切な絶縁材料は、酸化アルミニウム（例えば、ＡＩ２Ｏ３）及び酸化マグネシウム（例えば、ＭｇＯ）のような、酸化物を含有する。トンネルバリア層２２の厚さは、約１ｎｍから約１０ｎｍのｎｍ（ナノメートルの）範囲内としてもよい。
【００３１】
ＭＬＵセル１０は、センス電流又はセンス信号３１がＭＬＵセル１０内を通過可能に、ＭＬＵセル１０の一端とＭＬＵセル１の他端とを電気的に接触させる、ビット線３をさらに備える。
ＭＬＵセル１０はさらに、基準磁化２３０に対するセンス磁化２１０の向きを変更し、ＭＬＵ装置の抵抗を変化させるように構成されている、入力信号４４（チャレンジ）を備える。
【００３２】
一実施形態では、入力信号は、磁場装置によって提供される読み取り磁場４４を備えてもよい。
図１及び図２に示される特定の実施形態では、磁場装置は、読み取り磁場４４を生成する読み取り電流４３を流すために配置された界磁線４を備える。
【００３３】
ＭＬＵベースの磁気装置１００は、任意の直列又は並列構成で電気的に接続された複数のＭＬＵセル１０を備えてもよい。
【００３４】
図２は、複数のＭＬＵセル１０を包含する行を備える例示的なＭＬＵ装置１００の断面図を示し、各ＭＬＵセル１０は、ビット線３を介して直列に接続されている。
ＭＬＵ装置１００は、行と列の配列をなすような平面ｘ−ｚ（ページに対して垂直に延在する）に配置された複数の行を備えてもよい。界磁線４は、各ＭＬＵセル１０をアドレス指定する。界磁線４は、例えば、平面ｘｚにおいてアレイを走る曲がりくねった形状を有することによって連続的であってもよく、あるいは界磁線４は、ＭＬＵセル１０の行に対して垂直に延在する複数の磁力線部分を備えるものであってもよい。
【００３５】
ＭＬＵ装置１００は、ＭＬＵセル１０のそれぞれにデータ状態を提供することによって、書き込み（又はプログラムする）可能である。これは、界磁線４に書き込み電流４１を流すことによって実行可能である。書き込み電流４１は、各ＭＬＵセル１０内の基準磁化２３０の方向を切り替えるように適合された書き込み磁場４２を生成するように構成してもよい。
【００３６】
各ＭＬＵセル１０における基準磁化２３０の書き込まれた方向の特定の組み合わせは、ＭＬＵ装置１００のプログラムされた状態に対応する。
【００３７】
界磁線４の構成に応じて、書き込み磁場４２は、全てのＭＬＵセル１０の基準磁化２３０を同じ方向又は異なる方向に切り替える。これは、例えば、単一の書き込み磁場４２が一方向に生成されるように単一の界磁線４が使用されるときに達成可能である。代替的に、図２に示すように、界磁線４は、隣のＭＬＵセル１０の基準磁化２３０が基準磁化の１つとは反対の方向に整列するように、複数の書き込み磁界４２を生成するように構成してもよい。
【００３８】
変形例では、ＭＬＵセル１０は、第２強磁性層２３に隣りに配置された反強磁性層２４を備え、交換バイアスを通じて、反強磁性層２４内の温度又はその付近の温度が、低閾値温度ＴＬにあるとき、すなわち、ネール温度のような、又は反強磁性層２４の別の閾値温度のような、ブロッキング温度を下回るとき、特定の方向に沿って基準磁化２３０を固定する。反強磁性層２４は、温度が高閾値温度ＴＨにあるとき、すなわち、ブロッキング温度より高いときに、基準磁化２３０の固定を解除、又は解放し、それにより、基準磁化２３０を別の方向に切り替え可能である。この構成では、ＭＬＵ装置１００を書き込むことは、プログラミング磁場４２が生成されるときに基準磁化２３０の固定を解除するように、ＭＲＡＭセル１０を高閾値温度ＴＨで加熱するステップを備えてもよい。
これは、ビット線３に加熱電流３２を流すことによって実行できる。基準磁化２３０が書き込み方向に切り替わると、例えば、基準を固定するなどのため、加熱電流３２がビット線３を通過するのを停止することによって、ＭＲＡＭセル１０を低閾値温度ＴＬまで冷却してもよい。
【００３９】
代替的に、ＭＲＡＭセル１０を高い閾値温度ＴＨで加熱するステップは、加熱電流３２を界磁線４に流すことによって達成可能である。この代替案では、加熱電流３２を通過させるときに界磁線４を介してジュール効果によって生成された熱は、非導電性の誘電体／酸化物層（図示せず）を介した熱伝導によってＭＬＵセル１０に伝達されると想定される。
【００４０】
界磁線４の他の構成は、他の任意のパターンに従ってＭＬＵセル１０の基準磁化２３０を切り替えるように、想定可能である。
【００４１】
例えば、複数のＭＬＵセル１０が電気的に並列に接続される、ＭＬＵ装置１００の他の構成もまた、考えられる。
【００４２】
図３は、ＭＲＡＭセル１０は、ホイートストンブリッジ又はフルブリッジの回路構成に従って配置される、別の例示的なＭＬＵ装置１００の上面図を示す。特に、ＭＬＵ装置１００は、第１支部３ａを形成して少なくとも２つのＭＬＵセル１０を直列に接続するビット線３を備える。ＭＬＵ装置１００は、第２支部３ｂを形成し、少なくとも２つのＭＬＵセル１０を直列に接続する別のビット線３をさらに備え、２つの支部３ａ、３ｂは、電気的に並列に接続される。界磁線４は、書き込み電流４１及び入力信号４３を通過させるように構成されることにより、ＭＬＵセル１０をアドレス指定してもよい。より一般的には、複数のＭＲＡＭセル１０は、ハーフブリッジ又はフルブリッジ回路構成を形成するように配置してもよい。複数のＭＲＡＭセル１０は、単一の支部に配置してもよい。
【００４３】
一実施形態によれば、ＭＬＵ装置１００を使用する認証方法は、基準磁化２３０に対するセンス磁化２１０の向きを変更し、ＭＬＵ装置１００の抵抗を変化させるために、入力信号４３を提供するステップを備えてもよい。
【００４４】
センス磁化２１０の方向を変えるステップは、複数のＭＬＵセル１０をアドレス指定する読み取り磁場４４を生成するために、入力信号４３を界磁線４に通すことを備えてもよい。
【００４５】
入力信号４３の大きさは、ＭＬＵセル１０に加えられる読み取り磁場４４の強度を変えるなどのために変えられる。
変化する読み取り磁場４４は、複数のＭＬＵセル１０のセンス磁化方向２１０の向きを変えるが、基準磁化方向２３０の向きは変えない。
したがって、入力信号４３は、ＭＬＵセル１０のそれぞれの抵抗を変調する。
【００４６】
入力信号４３の大きさは、読み取り磁場４４が例えば１から２Ｏｅの増分でゆっくりと増分ステップで変化させるようにしてもよい。各増分ステップで、ＭＬＵ装置１００は、（例えば、２分間での）平衡化が許容されるであろう。
【００４７】
認証方法は、ＭＬＵ装置１００の総抵抗Ｒを測定するために、ビット線３にセンス信号３１を提供するステップをさらに備える。
【００４８】
認証方法は、センス信号３１から電気的変動を計算し、電気的変動応答（又は署名）を出力するステップをさらに備える。センス信号３１から得られた電気的変動応答は、ＭＬＵセル１０のそれぞれに対するセンス磁化２１０スイッチング特性の特徴的な特徴を備える。
【００４９】
界磁線４の構成に応じて、複数のＭＬＵセル１０をアドレス指定する読み取り磁場４４は、ＭＬＵセル１０間で異なってよい。例えば、界磁線４は、読み取り電流４３が、複数のＭＬＵセル１０のサブセットをアドレス指定する第１方向に通過するように、そして、他のＭＬＵセル１０をアドレス指定している界磁線４内の第１方向とは反対の第２方向に通過するように、配置してよい。
読み取り磁場４４は、そのようにして、他のＭＬＵセル１０に加えられる方向とは反対の方向でＭＬＵセル１０のサブセットに加えられる。このような界磁線４の構成を図２に示す。
【００５０】
他の可能な界磁線４の配置は、単一方向でＭＬＵセル１０に印加される読取磁場４４、又は、それぞれが異なる方向を有してＭＵＬセル１０の異なるサブセットに印加される複数の読取磁場４４を生成するように構成された界磁線４を備えてもよい。
【００５１】
上記の異なる界磁線４の配置は、ＭＬＵ装置１００の異なる総抵抗Ｒをもたらし、よって、異なる電気的変動応答をもたらす。
【００５２】
本発明は上記の例示的な実施形態に限定されず、実装の他の例も特許請求の範囲内で可能であることを理解されたい。
【００５３】
例えば、磁場装置は、ＭＬＵ装置１００が界磁線４を必要とすることなく、書き込み磁場４２及び／又は読み取り磁場４４（又は入力信号）を生成するように構成されてもよい。可能な実施形態では、磁場装置は、電磁石によって磁場を生成する。別の可能な実施形態では、磁場装置は、永久磁石によって磁場を生成する。この構成では、磁場装置は、各ＭＬＵセル１０の基準磁化２３０の方向を切り替え可能となるように、書き込み磁場４２を生成するように構成してもよい。磁場装置は、複数のＭＬＵセル１０をアドレス指定する読み取り磁場４４を提供するようにさらに構成されてもよい。
【００５４】
さらに別の実施形態では、入力信号は、供給電圧又は電流、温度変動、又はセンス磁化２１０を切り替えるように適合された任意の他の入力信号を含んでもよい。
【００５５】
ＭＬＵ装置１００の読み取りステップ中に、磁場装置は、複数のＭＬＵセル１０のセンス磁化方向２１０の向きを変えるが基準磁化方向２３０の向きを変えない変化する読み取り磁場４４を提供するように構成してもよい。磁場装置は、例えば、既に上述したような方法で、読み取り磁場４４がゆっくりとステップ変化可能にさらに構成されてもよい。
【００５６】
別の可能な実施形態では、ＭＬＵ装置１００を書き込むとき、各ＭＬＵセル１０内の基準磁化２３０の方向は、アニーリング処理を使用することによって切り替え可能である。例えば、基準磁化２３０は、アニーリング中に基準層の異方性軸に平行に整列する。
【００５７】
ＭＬＵ装置１００の総抵抗Ｒは、単一の操作で測定可能である。このようなセンシング操作は、本出願人による特許文献５（ＵＳ２０１３２４１５３６）にさらに詳しく記載されている。センス信号３１、又はセンス信号３１に対応する電圧は、各ＭＬＵセル１０の特性を切り替えるセンス磁化２１０の特徴的な特徴を備える信号に対応する。
【００５８】
ＭＬＵ装置１００の製造中のプロセス変動性により、各ＭＬＵセル１０は、遷移磁場、磁壁移動又は磁化の固定の解除、又は互いに異なるＭＬＵセル１０とは異なる電気的変化を引き起こす磁気部分内部のその他の磁気挙動のような、ＭＬＵセル層（複数）の磁気部分（複数）に関連する特性を有してもよい。ここで、遷移磁場は、センス層又は基準層の磁化を切り替える、又はその方向を変えるために必要な磁場の大きさである。換言すると、異なるＭＬＵセル１０のセンス磁化２１０又は基準磁化２３０は、読み取り磁場４４の異なる大きさで切替が可能である。各ＭＬＵセル１０はさらに、個々の電気的変動特性を有してもよい。
【００５９】
ＭＬＵ装置１００は、センス信号３１（図５及び図６を参照）から電気的変動を計算するように構成された処理ユニット５１を備えてもよい。
【００６０】
ＭＬＵ装置１００を使用する認証方法は、センス信号３１から電気的変動を計算するために処理ユニット５１を使用するステップをさらに備えてもよい。計算された電気的変動は、それが得られたＭＬＵ装置１００の特徴であるので、電気的変動署名５０に対応する。実際、１つのＭＬＵセルから別のＭＬＵセルに、ＭＬＵセル層の磁性部分に関連する個々の特性のため、ＭＬＵ装置１００の製造中にプロセス変動性を変換するＭＬＵ装置１００について、固有の電気変動署名５０が計算される。
【００６１】
電気的変動は、ボルトＶで電圧計によって直接測定される変動を含んでもよい。代替的に、電気的変動は、スペクトル分析器を用いて測定可能なＶ２／Ｈｚ又はＶ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ）又はＶ／Ｖ／ｓｑｒｔ（Ｈｚ）で表される変動を含んでもよい。例えば、電気的変動は、ノイズスペクトル密度を含んでもよい。
【００６２】
一実施形態では、処理ユニット５１は、ノイズスペクトル密度署名５０を計算することを目的としたスペクトル分析器を備える。スペクトル分析器５１は、スペクトル分析器の全周波数範囲内の周波数に対するセンス信号３１の大きさを計算する。実際、所与の周波数での電圧変動を測定するための任意の適切な装置が、ノイズスペクトル密度署名５０を計算するために処理ユニット５１に含まれてよい。
【００６３】
ノイズスペクトル密度署名５０は、変化する読み取り磁場４４の大きさの全て又は一部について単一の周波数で計算可能である。
【００６４】
代替的に、ノイズスペクトル密度署名５０は、変化する読み取り磁場４４の大きさの全て又は一部について、任意の周波数で計算可能である。例えば、ノイズスペクトル密度署名５０は、０．１Ｈｚと１０ｋＨｚの間の周波数で計算可能である。
【００６５】
別の変形例では、ノイズスペクトル密度署名５０は、変化する入力信号４３（そのように、変化する読み取り磁場４４）の大きさの全て又は一部の帯域幅にわたって計算可能である。
【００６６】
図４は、同じ構成を有する３つの異なるＭＬＵ装置１００について、読み取り磁場４４の関数としてノイズスペクトル密度署名５０を報告するものである。
ＭＬＵ装置１００の製造中の処理変動により、３つのＭＬＵ装置１００について、３つの異なるノイズスペクトル密度署名が測定される。
【００６７】
一実施形態によれば、処理ユニットは比較回路５３をさらに備え、認証方法はさらに、比較回路５３を使用して、調査中のＭＬＵ装置１００の計算されたノイズスペクトル密度署名５０を基準ノイズスペクトル密度署名５２と比較するステップを備える。基準ノイズスペクトル密度署名５２が、基準ＭＬＵ装置１００のセンス信号３１から計算されたノイズスペクトル密度であり得ることは、理解可能である。
【００６８】
計算されたノイズスペクトル密度署名５０を基準ノイズスペクトル密度署名５２と比較することは、ピーク、谷、サドルポイント又はステップといったノイズスペクトル密度署名の特性特徴を使用することで実行可能である。計算されたノイズスペクトル密度署名５０を基準ノイズスペクトル密度署名５２と比較することは、スペクトル形状を使用することでさらに実行可能である。例えば、ノイズは、所与の条件により、１／ｆ又は１／ｆ２を有するであろう。
【００６９】
図５及び図６は、一実施形態による、例示的なＭＬＵ装置１００及び認証方法を概略的に示す。読み出し磁場４４が、ＭＬＵセル１０のセンス磁化を配向し、ＭＬＵ装置１００の総抵抗Ｒを変化させるなどのために、ＭＬＵ装置１００に提供される。センス信号３１が、ＭＬＵ装置１００の総抵抗Ｒを測定可能となるようにビット線３に提供される。処理ユニット５１が、センス信号３１からノイズスペクトル密度を計算してノイズスペクトル密度署名５０を出力するために、使用される。次に、比較回路５３が、出力されたノイズスペクトル密度署名５０を基準ノイズスペクトル密度署名５２と比較するべく、使用される。
【００７０】
図５では、ノイズスペクトル密度署名５０は、基準ノイズスペクトル密度署名５２と一致する。これは、参照ノイズスペクトル密度署名５２とノイズスペクトル密度署名５０の重ね合わせ５０＋５２から見て取れる。図６では、ノイズスペクトル密度署名５０は、基準ノイズスペクトル密度署名５２と一致していない。
【００７１】
比較回路５３は、ノイズスペクトル密度署名５０と基準ノイズスペクトル密度署名５２との間の一致又は不一致に関する情報を備える出力信号５４を出力するように、さらに構成されてもよい。例えば、ノイズスペクトル密度署名５０が基準ノイズスペクトル密度署名５２と一致する場合、出力信号５４は論理「１」データ値に対応するとしてもよい。ノイズスペクトル密度署名５０が基準ノイズスペクトル密度署名５２と一致しない場合、出力信号５４は論理「０」データ値に対応するとしてもよい。
【００７２】
一実施形態では、ＭＬＵ装置１００について測定されたノイズスペクトル密度署名５０は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）を生成するように構成されてもよい。例えば、ＭＬＵ装置１００は、ＰＵＦを使用して識別可能である。ＰＵＦは、一方の当事者が質問（「チャレンジ」）を提示し、もう一方の当事者は認証されるために適切な回答（「認証応答」）を提供しなければならない、チャレンジ／レスポンス認証を実装する。
【００７３】
ここで、調査中のＭＬＵ装置１００（チャレンジされたＭＬＵ装置１００）に提供される読み取り磁場４４は、チャレンジに対応する。比較対象のＭＬＵ装置１００のノイズスペクトル密度署名５０を基準ＭＬＵ装置１００の参照ノイズスペクトル密度署名５２と比較する比較回路５３は、認証応答に対応するＰＵＦ出力ビット（出力信号）５４を生成するように構成してもよい。
【００７４】
ＰＵＦ出力ビット５４は、そのように、チャレンジされたＭＬＵ装置１００が基準と比較されるときに、チャレンジされたＭＬＵ装置１００及び基準ＭＬＵ装置１００が同じプログラムされた状態で書き込まれるとき、特定の（固有の）ノイズスペクトル密度署名をもたらす製造プロセス変動に基づく、チャレンジされたＭＬＵ装置１００を一意に識別するための製品識別子として使用されるであろう。
【００７５】
一実施形態では、非一時的コンピュータ可読媒体で実施され、処理ユニット５１に認証方法アイテムを実行させるコンピュータコードを備えるコンピュータプログラム製品が提供される。
【符号の説明】
【００７６】
１０    ＭＬＵベースの磁気セル
１００  ＭＬＵベースの磁気装置
２１    第１磁性層、センス層
２１０  第１磁化、センス磁化
２２    スペーサ層
２３    第２磁性層、記憶層
２３０  第２磁化、記憶磁化
２４    反強磁性層
３      ビット線
３ａ    第１支部
３ｂ    第２支部
３１    センス電流、センス信号
３２    加熱電流
４      磁力線、入力装置
４１    書き込み電流
４２    書き込み磁場
４３    読み取り電流
４４    読み取り磁場、入力信号
５０    ノイズスペクトル密度署名
５１    ノイズ測定、スペクトラム分析器
５２    参照ノイズスペクトル密度署名
５３    比較回路
５４    出力信号、ＰＵＦ出力ビット
Ｒ      ＭＬ装置の抵抗
【図１】
2021518653.tif 000003
【図２】
2021518653.tif 000004
【図３】
2021518653.tif 000005
【図４】
2021518653.tif 000006
【図５】
2021518653.tif 000007
【図６】
2021518653.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】令和2年9月24日(2020.9.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
各ＭＬＵセルが、第１磁化を持つ第１磁性層と、第２磁化を持つ第２磁性層と、第１磁性層と第２磁性層との間のスペース層とを備える１つ又は複数のＭＬＵベースの磁気セルを備える、磁気論理ユニット（ＭＬＵ）ベースの磁気装置であって、
複数のＭＬＵセルにおいて第２磁化に対して第１磁化の配向の変更と、ＭＬＵ装置の抵抗の変更とに適合されている入力信号を生成するように構成されている入力装置と、
抵抗の測定に適合されているセンス信号を通過するように構成されているビット線と、
処理ユニットと
を備える前記ＭＬＵ装置において、
入力信号が、階段的な増加で変わる大きさを持つ読み取り磁場を備え、
センス信号から電気的変動を計算して電気的変動署名を出力するように処理ユニットが構成されていて、
出力された電気的変動署名が、読み取り磁場の異なる大きさで切り替わる、異なるＭＬＵセルのセンスに対応し、
処理ユニットは、電気的変動署名を、基準ＭＬＵ装置について計算された基準電気的変動署名と比較して、電気的変動署名と基準電気的変動署名との一致又は不一致の情報を備える出力信号を出力するように構成されている比較回路を備え、
電気的変動は、ノイズスペクトラル密度を備え、
処理ユニットが、ノイズスペクトラル密度を計算するように作られているノイズスペクトラム分析器を備える
ことを特徴とする、ＭＬＵ装置。
【請求項２】
ＭＬＵ装置は複数のＭＬＵベースの磁気セルを備え、複数のＭＬＵセルのそれぞれが、ビット線を介した直列又は並列に、又はビット線を介した直列及び並列配列の組み合わせで、電気的に接続されている、請求項１に記載のＭＬＵ装置。
【請求項３】
ＭＬＵ装置は、第１支部を形成して少なくとも２つのＭＬＵセルを直列に接続するビット線を備え、第２支部を形成して少なくとも２つのＭＬＵセルを直列に接続する別のビット線をさらに備え、
２つの支部は平行に電気的に接続されている、
請求項１に記載のＭＬＵ装置。
【請求項４】
出力信号が、一致の場合は論理「１」データ値に相当して、不一致の場合は論理「０」データ値に相当するか、あるいは出力信号が、一致の場合は論理「０」データ値に相当して、不一致の場合は論理「１」データ値に相当する、請求項１に記載のＭＬＵ装置。
【請求項５】
ＭＬＵ装置は物理的複製困難関数（ＰＦＵｓ）を生成するように構成されていて、読み取り磁場がチャレンジに使用可能であり、出力信号が応答に使用可能である、請求項１に記載のＭＬＵ装置。
【請求項６】
入力装置は、読み取り磁場を生成する読み取り電流の通過に適合されている界磁線を備える、請求項１に記載のＭＬＵ装置。
【請求項７】
各ＭＬＵセルが、第１磁化を持つ第１磁性層と、第２磁化を持つ第２磁性層と、第１磁性層と第２磁性層との間のスペース層とを備える１つ又は複数のＭＬＵベースの磁気セルを備え、
複数のＭＬＵセルにおいて第２磁化に対して第１磁化の配向の変更と、ＭＬＵ装置の抵抗の変更とに適合されている入力信号を生成する入力装置と、
抵抗の測定に適合されているセンス信号を通過するように構成されているビット線と、
処理ユニットと
を備え、
入力信号が、階段的な増加で変わる大きさを持つ読み取り磁場を備え、
センス信号から電気的変動を計算して電気的変動署名を出力するように処理ユニットが構成されていて、
出力される電気的変動署名が、読み取り磁場の異なる大きさで切り替わる、異なるＭＬＵセルのセンスに対応し、
処理ユニットは、電気的変動署名を、基準ＭＬＵ装置について計算された基準電気的変動署名と比較して、電気的変動署名と基準電気的変動署名との一致又は不一致の情報を備える出力信号を出力するように構成されている比較回路を備え、
電気的変動は、ノイズスペクトラル密度を備え、
処理ユニットが、ノイズスペクトラル密度を計算するように作られているノイズスペクトラム分析器を備える、ＭＬＵ装置を使用する認証方法において、
第２磁化に対して第１磁化の配向を変え、ＭＬＵ装置の抵抗を変更する入力信号を提供することと、
抵抗を測定するセンス信号をビット線に提供することと、
を備え、
入力信号が読み取り磁場を備え、
前記方法が、その読み取り磁場の大きさを増分ステップにより変えることと、
センス信号から電気的変動を計算して電気的変動署名を出力することと、を備え、
出力される電気的変動署名が、読み取り磁場の異なる大きさで切り替わる異なるＭＬＵセルのセンスに対応することと
を特徴とする方法。
【請求項８】
電気的変動がノイズスペクトラル密度を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ノイズスペクトラル密度は、変化する読み取り磁場の大きさの全て又は一部について、単一周波数にて、又は複数の周波数にて計算される、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
ノイズスペクトラル密度は、０．１Ｈｚと１０ｋＨｚとの間の複数の周波数で計算される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
ノイズスペクトラル密度は、変化する読み取り磁場の大きさの全て又は一部について、１つのバンド幅にわたって計算される、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
処理ユニットはさらに比較回路を備え、当該方法は、電気的変動署名を基準電気的変動署名と比較すべく比較回路を使うステップと、
電気的変動署名と基準電気的変動署名との一致又は不一致の情報を備える出力信号を出力するステップと
を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
非一時的コンピュータ可読媒体の形態であり、処理ユニットに請求項７に記載の方法を実行させるコンピュータコードを備える、コンピュータプログラム製品。
【国際調査報告】
2021518653.tif 000009
2021518653.tif 000010
2021518653.tif 000011