(57)【要約】【課題】既存の磁界センサよりも切替えオフセットが小さく、不揮発性であり、損失する電力が小さい、磁界を検知するための装置および方法の提供。【解決手段】本発明は磁気装置(300)を含む。磁気装置(300)はピンニング層(310)を含む。その実施形態は更に、複数の強磁性層(322,324,326)も含み、強磁性層のうちの少なくとも１つはピンニング層(310)に隣接する。スペーサ層(340)が複数の強磁性層のうちの少なくとも１つの他の強磁性層に隣接する。センス層(330)がスペーサ層(340)に隣接する。磁気装置は、センス層(330)と複数の強磁性層(322,324,326)との間のネール磁界が複数の強磁性層(322,324,326)とセンス層(330)との間の減磁界と逆の方向になるように形成された各強磁性層(322,324,326)の厚みを含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気装置（３００）であって、
ピンニング層（３１０）と、
複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）であって、該複数の強磁性層のうちの少なくとも１つ（３２２）が前記ピンニング層（３１０）に隣接する、複数の強磁性層と、
前記複数の強磁性層のうちの少なくとも１つの他の強磁性層（３２６）に隣接するスペーサ層（３４０）と、
前記スペーサ層（３４０）に隣接するセンス層（３３０）とを含み、
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）のそれぞれの厚みは、前記センス層（３３０）と前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）との間のネール磁界が前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）と前記センス層（３３０）との間の減磁界と逆の方向になるように形成される、磁気装置。
【請求項２】
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）のそれぞれの厚みは、前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）と前記センス層（３３０）との間の減磁界が前記センス層（３３０）と前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）との間のネール磁界の影響を実質的に打ち消すように形成される、請求項１に記載の磁気装置。
【請求項３】
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）のそれぞれの厚みは、前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）と前記センス層（３３０）との間の減磁界が磁界検出センサ（３００）の切替えオフセットを最小限に抑えるように形成される、請求項１に記載の磁気装置。
【請求項４】
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）が奇数の強磁性層からなる、請求項１に記載の磁気装置。
【請求項５】
前記スペーサ層（３４０）が金属層からなる、請求項１に記載の磁気装置。
【請求項６】
前記スペーサ層（３４０）が、トンネル障壁層からなる、請求項１に記載の磁気装置。
【請求項７】
前記ピンニング層（３１０）に隣接する前記少なくとも１つの強磁性層（３２２）の磁気的な向きが、前記センス層（３３０）と前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）との間のネール磁界と同じ方向になる、請求項６に記載の磁気装置。
【請求項８】
前記ピンニング層（３１０）に隣接する前記少なくとも１つの強磁性層（３２２）が、前記複数の強磁性層の任意の他の強磁性層よりも厚い、請求項７に記載の磁気装置。
【請求項９】
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）は、それぞれが、ある磁気モーメントを含む３つの強磁性層を含む、請求項８に記載の磁気装置。
【請求項１０】
前記複数の強磁性層（３２２、３２４、３２６）の前記磁気モーメントが、１つの強磁性層ごとに方向を回転させ、前記モーメントの和が、前記センス層（３３０）と前記複数の強磁性層との間のネール磁界と逆の方向になる、請求項９に記載の磁気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して磁界を検出することに関する。より詳細には、本発明は、磁界センサの切替えオフセットを最小限に抑える装置、システムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ディスクまたはテープのような磁気媒体の表面上に格納された情報を読み取るために、磁界検出が使用され得る。磁気センサは、磁気媒体に物理的に近接して配置され、磁気的に格納された情報を検出できるようにしなければならない。
【０００３】
また、磁気センサは磁気メモリにおいても使用され得る。たとえば、情報を格納するために、磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）を用いることができる。
【０００４】
磁界の存在を検出するために使用され得るデバイスは、磁気トンネル接合センサである。トンネル磁気抵抗デバイスに基づいた磁気トンネル接合センサは、スピン依存トンネル接合を含むことができる。一般的なスピン依存接合はピン留めされた層（以降、ピン留め層）と、センス層と、ピン留め層とセンス層との間に挟まれた絶縁性トンネル障壁とを含む。ピン留め層は、対象となる範囲内にかけられた磁界が存在する場合でも回転しないように固定された磁化の向きを有する。センス層は、２つの方向のうちのいずれか１つに向けられ得る磁化を有する。ピン留め層およびセンス層の磁化が同じ方向にある場合には、スピン依存トンネル接合の向きは平行であると言われる。ピン留め層およびセンス層の磁化が逆の方向にある場合には、スピン依存トンネル接合の向きは反平行であると言われる。２つの安定した向き、平行および反平行は、「０」および「１」の論理値に対応することができる。
【０００５】
センス層の磁気的な向きは、センス層の近くにあるそのセンス層の最後の外部磁界の方向に対応する方向に概ね揃えられる。外部磁界は、磁界が検出されるようにするために、センス層の向きを変更するのに十分な磁気的強度を有する必要がある。
【０００６】
ピン留め層の磁気的な向きに対するセンス層の磁気的な向きに応じて、磁気トンネル接合センサの両端の抵抗の大きさが変化する。一般に、センス層がピン留め層と逆の方向にある磁気的な向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサの両端の抵抗は大きい。センス層がピン留め層と同じ方向にある磁気的な向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサの両端の抵抗は小さい。それゆえ、磁気トンネル接合センサの両端の抵抗を用いて、磁界の方向を検知することができる。なぜなら、磁界の方向がピン留め層に対するセンス層の磁気的な向きを、それゆえ磁気センサの両端の抵抗を決定するからである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
磁気トンネル接合センサは、一般に切替えオフセットを含む。すなわち、一般的に、磁気トンネル接合センサを第１の状態から第２の状態に切り替えるために必要な磁界強度の大きさが、磁気トンネル接合センサを第２の状態から第１の状態に切り替えるために必要な磁界強度の大きさとは異なる。切替えオフセットは、減磁界によって、およびネールまたはオレンジピール結合によって引き起こされ得る。磁気センサの多くの異なる用途において、切替えオフセットは望ましくない。
【０００８】
既存の磁界センサよりも切替えオフセットが小さく、不揮発性であり、損失する電力が小さい、磁界を検知するための装置および方法を有することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、改善された切替えオフセットを備え、不揮発性であり、損失する電力が小さい、磁界を検知するための装置および方法を含む。
【００１０】
本発明の一実施形態は磁気装置を含む。磁気装置はピンニング層を含む。その実施形態はさらに、複数の強磁性層も含み、強磁性層のうちの少なくとも１つはピンニング層に隣接する。スペーサ層が複数の強磁性層のうちの少なくとも１つの他の強磁性層に隣接する。センス層がトンネル障壁層に隣接する。磁気装置は、センス層と複数の強磁性層との間のネール磁界が複数の強磁性層とセンス層との間の減磁界と逆の方向になるように形成された各強磁性層の厚みを含む。
【００１１】
本発明の他の態様および利点は、本発明の原理を一例として例示する添付図面に関連してなされる、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、既存の磁界センサよりも切替えオフセットが小さく、不揮発性であり、損失する電力が小さい、磁界を検知するための装置が提供可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
例示のための図面に示されるように、本発明は、改善された感度を備え、不揮発性であり、損失する電力が小さい、磁界を検知するための装置、システムおよび方法において具現化される。
【００１４】
図１は、合成フェリ磁性基準層１１０（ピン留め層）を含む磁気トンネル接合センサ１００の一実施形態を示す。合成フェリ磁性基準層１１０は、前述したピン留め層よりも優れた改良物である。なぜなら、その合成フェリ磁性基準層１１０は磁気トンネル接合センサ１００の減磁界を最小限に抑えるように構成され得るからである。
【００１５】
磁気トンネル接合センサ１００は、ピン留め層（合成フェリ磁性基準層）１１０と、センス層１２０と、絶縁層１３０とを含む。
【００１６】
ピン留め層１１０は、固定された正味の磁化の向きを有し、対象となる範囲内にかけられた磁界が存在する場合でも回転しない。ピン留め層１１０は、第１のピン留め層１１２と第２のピン留め層１１４とを含む。スペーサ層１１６が、第１のピン留め層１１２と第２のピン留め層１１４との間に配置される。第１のピン留め層１１２は磁化Ｍ１Ａを含み、第２のピン留め層１１４は磁化Ｍ１Ｂを含む。ピン留め層１１０の正味の磁化は一般的に、磁化ベクトルＭ１ＡとＭ１Ｂの和によって表現され得る。図１に示されるように、第１の層１１２の磁化Ｍ１Ａは、第２の層１１４の磁化Ｍ１Ｂと逆の方向になる。それゆえ、それらのモーメントは互いに打ち消しあう傾向がある。しかしながら、一般的に、磁化ベクトルのうちの一方が他方よりも大きく、基準層はある正味の磁気モーメントを有する。
【００１７】
ピンニング層１４０がピン留め層１１０のピンニングを助ける。反強磁性ピンニング層１４０は、ピン留め層１１０の磁気的な向きを固定することができる。反強磁性ピンニング層は大きな交換磁界を与え、それによりピン留め層の磁化が１つの方向に保持される。この上部ピン留め構造は、反強磁性ピンニング層１４０のためのシード層としての役割を果たす下側のピン留め層１１０（全て障壁層の上にある）を含む。
【００１８】
センス層１２０は、２つの方向のうちのいずれかに向けられることができる磁化Ｍ２を有する。センス層１２０の第１の磁化の向きは、ピン留め層１１０の固定された磁化と同じ方向になる。センス層１２０の第２の磁化の向きは、ピン留め層１１０の固定された磁化と逆の方向になる。
【００１９】
センス層１２０の磁気的な向きは、センス層１２０の近くにあるセンス層１２０の最後の外部磁界の方向に対応する方向に概して揃えられる。外部磁界は、磁界が検出されるようにするために、センス層１２０の向きを変更するのに十分な磁気的強度を持たなければならない。
【００２０】
磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗の大きさは、ピン留め層１１０の磁気的な向きに対するセンス層１２０の磁気的な向きに応じて変化する。一般に、センス層１２０がピン留め層１１０と逆の方向にある磁気的な向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗は大きい。センス層１２０がピン留め層１１０と同じ方向にある磁気的な向きを有する場合には、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗は小さい。それゆえ、磁気トンネル接合センサ１００の両端の抵抗を用いて、磁界の方向を検出することができる。なぜなら、磁界の方向がピン留め層１１０に対するセンス層１２０の磁気的な向きを、それゆえ磁気センサ１００の両端の抵抗を決定するからである。
【００２１】
図２は、磁気トンネル接合センサの切替え応答曲線を示す。その曲線は、磁気トンネル接合の論理状態をある状態から別の状態に切り替えるために必要な磁界強度を示す。たとえば、閾値Ｈｃを上回る正の磁界がかけられるとき、論理状態は０状態から１状態に変更され得る。負の磁界閾値（−Ｈｃ）がかけられるとき、論理状態は１状態から０状態に変更され得る。図２に示されるように、正の磁界閾値Ｈｃおよび負の磁界閾値（−Ｈｃ）はいずれもオフセットＨｏｆｆを含むことができる。オフセットＨｏｆｆの存在に起因して、１つの状態に磁気トンネル接合を切り替えるためには、他の状態に磁気トンネル接合を切り替えるために必要とされる磁界強度よりも大きな磁界強度が必要とされる。１つの切替え方向のノイズマージンが他の切替え方向のノイズマージンよりも小さくなるので、オフセットＨｏｆｆは望ましくない。さらに、磁気トンネル接合のアレイにおいては、オフセットＨｏｆｆは、トンネル接合ごとに変化する可能性がある。ノイズ閾値は、各磁気トンネル接合の各方向について異なるだけでなく、磁気トンネル接合ごとに異なるので、これは望ましくない。
【００２２】
図３は本発明の一実施形態を示す。この実施形態は、磁気センサまたは磁気メモリセルとすることができる磁気装置３００を含む。この実施形態は、ピンニング層３１０を含む。この実施形態はさらに、ピン留め層３２０を形成する複数の強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６を含む。強磁性ピン留め層のうちの少なくとも１つ（３２２）は、ピンニング層３１０に隣接する。トンネル障壁層３４０は、少なくとも１つの他の強磁性ピン留め層３２６に隣接する。センス層３３０は、トンネル障壁層３４０に隣接して配置される。各強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の厚みは、センス層３８０と強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６との間のネール磁界３８４が、強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６とセンス層３８０との間の減磁界（Ｈｄｅｍａｇ）と逆の方向になるように形成される。
【００２３】
切替えオフセット
前述のように、切替えオフセットは、磁気トンネル接合センサおよびメモリセルにおいて望ましくない。なぜなら、切替えオフセットによって、磁気デバイスが磁気状態を非対称に切り替えるからである。すなわち、磁気デバイスをある状態に切り替えるために必要な磁界強度の大きさが、その磁気デバイスを他の状態に切り替えるために必要な磁界強度の大きさよりも大きくなる。
【００２４】
上述のように、切替えオフセットによって、ある切替え方向のノイズマージンが、他の切替え方向のノイズマージンとは異なる。
【００２５】
切替えオフセットは少なくとも部分的には、磁気デバイスの基準層とセンス層との間に形成された減磁界の結果とすることができる。
【００２６】
切替えオフセットは少なくとも部分的には、磁気デバイスの基準層とセンス層との間に形成されたネール結合磁界の結果とすることができる。
【００２７】
減磁界によって導入されるオフセットの方向、およびネール結合磁界によって導入されるオフセットの方向は、強磁性ピン留め層の厚みを制御することにより、および強磁性ピン留め層の磁化を制御することにより制御され得る。
【００２８】
減磁界
形状異方性とも呼ばれる減磁界は、磁気デバイスの限定された形状に起因して、磁気デバイスのエッジにある磁極によって引き起こされる。逆の磁化の方向を有する強磁性層を有する合成フェリ磁性層の場合、正味の減磁界は種々の層のベクトル和と概ね同等とみなされ得る。すなわち、ピン留め層の磁化Ｍ１は一般的に、各ピン留め層の磁化Ｍ１Ａ、Ｍ１Ｂ．．．Ｍ１Ｎを合計することにより推定され得る。
【００２９】
減磁界は、切替え曲線または磁気デバイスにオフセットを導入する。オフセットの大きさは、減磁界の大きさに依存する。減磁界オフセットは、磁気デバイスの幾何学的形状のミクロ磁気的なシミュレーションを実行することにより計算され得る。切替えオフセットの大きさは主に、各磁性層のサイズ、形状および厚みによって影響を受ける。より正確には、各層のエッジが切替えオフセットの大きさに影響を及ぼす。
【００３０】
ネール結合磁界
概して、ネール結合は、ピン留め層によってセンス層に引き起こされ得る。より具体的には、ネール結合は、センス層およびピン留め層の表面付近に誘導される磁極によって引き起こされ得る。一般に、磁極は、センス層およびピン留め層の表面および境界面の粗さおよび他の特徴によって生成される。
【００３１】
結果としてのネール磁界は、図３の実施形態の場合、隣接するピン留め層３２６の磁化と同じ方向になる。ネール結合は、磁気デバイスの切替え曲線にオフセットを導入する。ネール結合のオフセットへの寄与は、最も近いピン留め層の磁化の方向に応じて、加算的または減算的である。
【００３２】
ネール結合オフセットの大きさは、以下の式によって推定され得る。
【００３３】
【数１】
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【００３４】
ただし、ｔｂは障壁の厚みであり、λは粗さ波長であり、ｈは境界面の粗さであり、ｔｓはセンス層の厚みであり、Ｍｓはセンス層の飽和磁化である。この式の変数は、ネール結合の大きさ、それゆえネール結合に起因して導入される切替えオフセットを操作するように調整され得る。
【００３５】
図３の実施形態は、強磁性ピン留め層とセンス層との間の減磁界がセンス層と強磁性ピン留め層との間のネール磁界の影響を実質的に打ち消すように形成される強磁性層のそれぞれの厚みを含むことができる。減磁界およびネール結合の影響を打ち消すように構成された実施形態の場合、装置の切替えオフセットを最小限に抑えることができる。
【００３６】
留意すべきは、磁気装置の切替えオフセットにわずかにしか寄与することができない、磁気装置の異方性への他の小さな寄与が存在することである。たとえば、応力および結晶磁気異方性の影響は、さらなる切替えオフセットを生じる可能性がある。これらの寄与は一般的に小さい。しかしながら、磁気装置を設計する際に寄与を考慮することによって、それらの存在を最小限に抑えることができる。
【００３７】
本発明の一実施形態は、奇数の強磁性ピン留め層からなる複数の強磁性層を含む。奇数の強磁性ピン留め層を含む一実施形態は、後述される。
【００３８】
より一般的には、トンネル障壁層１３０はスペーサ層と呼ばれ得る。スペーサ層はトンネル障壁層１３０を含むことができるか、またはスペーサ層は金属層を含むことができる。
【００３９】
本発明の一実施形態は、任意の他の強磁性層よりも厚みのある、ピンニング層に隣接する強磁性層を含む。上述のように、ピンニング層３１０はピン留め層の磁気的な向きを固定することができる。反強磁性ピンニング層３１０は大きな交換磁界を与え、それによりピン留め層の磁化が１つの方向に保持される。
【００４０】
本発明の一実施形態は、強磁性層ごとに方向が回転し、モーメントの和がセンス層と強磁性層との間のネール磁界と反対の方向になる強磁性層の磁気モーメントを含む。
【００４１】
基準ピン留め層３２２、３２４、３２６およびセンス層３３０は、強磁性材料から形成され得る。
【００４２】
磁気トンネル接合センサ３００のセンス層３３０および基準層３２０の磁化が同じ方向にある場合には、磁気トンネル接合センサの向きは「平行」であると呼ぶことができる。磁気トンネル接合センサのセンス層３３０および基準層３２０の磁化が逆の方向にある場合には、磁気トンネル接合センサの向きは「反平行」であると呼ぶことができる。２つの向き、平行および反平行は、低抵抗または高抵抗の磁気センサ状態に対応することができる。
【００４３】
絶縁性トンネル障壁３４０によって、基準層３２０（より正確にはＮ番目のピン留め層３２６）とセンス層３３０との間に量子力学的トンネル現象が生じるようになる。そのトンネル現象は電子スピンに依存し、それにより、磁気トンネル接合センサの抵抗が、基準層３２０（やはり、より正確にはＮ番目のピン留め層３２６）およびセンス層３３０の磁化の方向の相対的な向きの関数になる。磁界の存在は、基準層３２０およびセンス層３３０の磁化の向きを確立することにより検出され得る。
【００４４】
磁気トンネル接合センサ３００の抵抗は、磁気トンネル接合センサ３００の磁化の向きが平行である場合に第１の値（Ｒ）であり、磁化の向きが反平行である場合に第２の値（Ｒ＋Δ）である。しかしながら、本発明は２つの層の磁化の向き、またはただ２つだけの層には限定されない。
【００４５】
絶縁性トンネル障壁３４０は、酸化アルミニウム、二酸化シリコン、酸化タンタル、窒化シリコン、窒化アルミニウムまたは酸化マグネシウムから形成され得る。しかしながら、絶縁性トンネル障壁３４０のために、他の誘電体およびある特定の半導体材料も使用され得る。絶縁性トンネル障壁３４０の厚みは、約０．５ナノメートル〜約３ナノメートルの範囲にすることができる。しかしながら、本発明はこの範囲に限定されない。
【００４６】
センス層３３０は、強磁性材料から形成され得る。基準層は、人工反強磁性体とも呼ばれる、合成フェリ磁性体（ＳＦ）として実施され得る。合成フェリ磁性体は強磁性ピン留め層を含むことができる。
【００４７】
トンネル接合センサ３００のセンス層３３０は一般的に、外部からかけられる磁界の方向と一致する方向に整列する。
【００４８】
前述のように、磁気トンネル接合センサ３００の両端の抵抗は、基準（ピン留め）層３２０の磁化の向きに対するセンス層３３０の磁化の向きに直接的に依存する。
【００４９】
この実施形態の基準（ピン留め）層３２０は、合成フェリ磁性構造のピン留め層を含む。すなわち、ピン留め層３２０は、第１の強磁性ピン留め層３２２、第２の強磁性ピン留め層３２４および第３の強磁性ピン留め層３２６（この層は図３においてＮ番目のピン留め層として示される）とを含む。第１の強磁性ピン留め層３２２および第２の強磁性ピン留め層３２４は、非磁性スペーサ層３２３によって分離される。第２の強磁性ピン留め層３２４およびＮ番目の強磁性ピン留め層３２６は、非磁性スペーサ層３２５によって分離される。
【００５０】
強磁性層３２２、３２４、３２６は、ＣｏＦｅ、ＮｉＦｅまたはＣｏのような材料から形成され得る。スペーサ層３２３、３２５は、Ｒｕ、Ｒｅ、ＲｈまたはＣｕのような磁気的に非伝導性の材料から形成され得る。
【００５１】
各強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６間には、強い層間交換結合が存在する。この結合の大きさおよびその符号（すなわち、その結合が正であるか、または負であるか）は、スペーサ層３２３、３２５の厚みおよび材料、ならびに強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の厚みおよび材料の関数である。たとえば、第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化の向きが第２の強磁性ピン留め層３２４の磁化の向きに反平行である場合には、その結合は負である。第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化の向きが第２の強磁性ピン留め層の磁化の向きに平行である場合には、その結合は正である。
【００５２】
第１の強磁性層３２２の保磁力は、第２の強磁性層３２４の保磁力とわずかに異ならせることもできる。たとえば、第１の強磁性層３２２の保磁力を約７９０Ａ／ｍ（１０Ｏｅ）にすることができ、第２の強磁性層３２４の保磁力を約３９５０Ａ／ｍ（５０Ｏｅ）にすることができる。
【００５３】
センス層３３０の保磁力は一般的に、強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の保磁力よりも著しく小さい。センス層３３０および強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の保磁力は、磁気トンネル接合センサ３００による磁界の検知がセンス層３３０の磁気的な向きにのみ影響を及ぼし、強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の磁気的な向きには影響を与えないように選択されるべきである。
【００５４】
第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化が第２の強磁性ピン留め層３２４と逆の方向に向けられるので、それらのモーメントは互いに打ち消し合う傾向がある。第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化は、Ｎ番目の強磁性ピン留め層３２６と同じ方向に向けられる。したがって、それらのモーメントは互いに加算する傾向がある。
【００５５】
スペーサ層３２３、３２５の厚みは、約０．２ｎｍ〜２ｎｍの範囲にすることができる。
【００５６】
各強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６は、ある磁気強度を有する磁化ベクトルを含む。一般的に、各強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の磁気強度は、強磁性ピン留め層３２２、３２４、３２６の厚みに依存する。
【００５７】
第１の強磁性ピン留め層３２２内に示されたベクトルは、第２の強磁性ピン留め層３２４内に示されたベクトルよりも長い。ベクトルの長さは、第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化の強さと、第２の強磁性ピン留め層３２４の磁化の強さとを表す。図示されたように、第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化の強さを表すベクトルは、第２の強磁性ピン留め層３２４の磁化の強さを表すベクトルよりも大きい。
【００５８】
一般的に、磁化の大きさは強磁性層の厚みに依存する。図３の実施形態の場合、第１の強磁性ピン留め層３２２の厚みは、第２の強磁性ピン留め層３２４の厚みよりも大きい。したがって、第１の強磁性ピン留め層３２２の磁化は、第２の強磁性ピン留め層３２４の磁化よりも大きい。
【００５９】
第１の強磁性層３２２、第２の強磁性層３２４、第３の強磁性層３２６およびスペーサ層３２３、３２５の可能性のある厚みおよび材料タイプの例は、以下の通りである。
【００６０】
【表１】
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【００６１】
図４は、本発明の一実施形態による別の磁気デバイス４００を示す。この実施形態は、３つの強磁性層（ピン留め層）４２２、４２４、４２６を含むピン留め層４２０を含む。強磁性ピン留め層４２２、４２４、４２６はそれぞれ、磁気モーメントＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃを含む。
【００６２】
ピン留め層４２０とセンス層４３０との間には、減磁界が生じる。減磁界の方向は、ピン留め層４２２、４２４、４２６の磁気モーメントの方向によって決定される。減磁界によって導入されるオフセットの方向は、減磁界の方向に依存する。前述したように、減磁界の方向は、ピン留め層４２２、４２４、４２６の磁気モーメントＭ１Ａ、Ｍ１Ｂ、Ｍ１Ｃに依存する。それらの磁気モーメントは、ピン留め層４２２、４２４、４２６の保磁力とピン留め層４２２、４２４、４２６の厚みとに依存する。
【００６３】
図４の磁気トンネル接合４００の奇数（より正確には３つ）のピン留め層４２２、４２４、４２６は、減磁界およびネール結合磁界によって生成される切替えオフセットを打ち消すための好都合な構造を提供する。減磁界は、ネール結合磁界の逆の方向において自然に生じる。前述したように、ピンニング層３１０に近接するピン留め層４２２を最も厚いピン留め層にすることが好都合であり得る。
【００６４】
ネール結合磁界は、第３のピン留め層４２６とセンス層４３０との間に生じる。ネール結合磁界の方向は、第３の強磁性ピン留め層４２６の磁気モーメントの方向に依存する。ネール結合磁界の大きさは、前述のように、磁気センサ４００のパラメータに依存する。
【００６５】
絶縁性トンネル障壁４４０によって、センス層４３０と第３の強磁性ピン留め層４２６との間に量子力学的トンネル現象が生じるようになる。そのトンネル現象は電子スピンに依存し、それにより磁気トンネル接合デバイス４００の抵抗は、センス層４３０および第３の強磁性層４２６の磁化の方向の相対的な向きの関数になる。
【００６６】
磁界の存在は、センス層４３０および第３の強磁性ピン留め層４２６の磁化の向きを確立することにより検出され得る。より具体的には、磁気トンネル接合４００の両端の抵抗を検出し、センス層４３０の磁気的な向きを判定することができる。
【００６７】
図５は、本発明の一実施形態による磁気トンネル接合センサの切替え応答曲線を示す。前述のオフセットＨｏｆｆは、この曲線に存在しない。なぜなら、各ピン留め層の厚みおよびピン留め層の数は、減磁界によって引き起こされる切替えオフセットがネール結合磁界によって引き起こされる切替えオフセットの負の値を含むように選択されているからである。減磁界は、ネール結合磁界の切替えオフセットの影響を打ち消す。
【００６８】
図６は、本発明の一実施形態によるＭＲＡＭメモリセルのアレイを示す。この実施形態は、前述の実施形態によるメモリ（ＭＲＡＭ）セルのアレイ６１０を含む。この実施形態はさらに、行デコーダ６２０と、列デコーダ６３０と、関連するセンス増幅器６４０とを含む。行デコーダ６２０は、ワード線（ＷＬ）を介してＭＲＡＭセルのアレイ６１０の行を選択する。列デコーダ６３０は、ビット線（ＢＬ）を介してＭＲＡＭセルのアレイ６１０の列を選択する。一般に、センス増幅器６４０はビット線に接続可能である。センス増幅器６４０はメモリセルの状態の検知を行う。
【００６９】
図７は、本発明の一実施形態によるＭＲＡＭメモリセルのアレイを含むコンピューティングシステムを示す。そのコンピューティングシステムは、図６に示されるようなＭＲＡＭセルのアレイ６１０にアクセスする中央演算装置７１０を含む。
【００７０】
図８は、本発明の一実施形態による磁気センサのアレイを示す。磁界検出センサ８１０のアレイは、あるパターンにしたがって配置された、本発明の実施形態による磁界検出センサを含む。
【００７１】
磁気センサのアレイは、様々な強さの磁界の検出と検知に備える。すなわち、外部磁界の検出は、磁気センサを、様々な抵抗状態に設定する。センサのアレイを第１の磁界に予め暴露することにより、後続の磁界が、後続の磁界の強さおよび方向に応じて、センサの全てまたはいくつかの状態を変化させる。
【００７２】
図９は、本発明の一実施形態による磁気センサを含む読取りヘッド９１０を含むディスクドライブ９２０を示す。その読取りヘッド９１０は、本発明の一実施形態による磁界センサ９３０を含むことができる。一般に、磁気ディスクドライブ９２０は、そのディスク表面９４２上に格納された情報を含む磁気ディスク９４０を含む。磁界検出センサ９３０は、磁気ディスク９４０の表面９４２上に格納された情報を検出する。
【００７３】
本発明の特定の実施形態が説明および図示されてきたが、本発明は、そのように説明および図示された特定の形態または部品の配列に限定されるべきではない。本発明は添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図２】磁気トンネル接合センサの切替え応答曲線を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図４】本発明の別の実施形態による磁気トンネル接合センサを示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による磁気トンネル接合センサの切替え応答曲線を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態によるＭＲＡＭメモリセルのアレイを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態によるＭＲＡＭメモリセルのアレイを含むコンピューティングシステムを示す図である。
【図８】本発明の一実施形態による磁気センサのアレイを示す図である。
【図９】本発明の一実施形態による磁気センサを含む読取りヘッドを含むディスクドライブを示す図である。
【符号の説明】
【００７５】
300  磁気装置
310  ピニング層
322、324、326  強磁性ピン留め層
330  センス層
340  トンネル障壁層
【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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