(57)【要約】【課題】磁気メモリセル特性の位置に依存する変動に対処した読み取り動作を提供すること。【解決手段】磁気集積メモリに格納されたデータを検索するための方法および装置が開示される。一実施形態において、本方法は、ａ）磁気集積メモリ(100)内の磁性素子(204,206)に、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界をかけること、およびｂ）前記摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界によって引き起こされる電気的パラメータの変化を検出すること(604)を含む。【選択図】図８
2005011505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法であって、
前記磁気集積メモリ（１００）内の磁性素子（２０４、２０６）に、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界をかけること、および
前記摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界によって引き起こされる電気的パラメータの変化を検出すること（６０４）を含む、磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項２】
前記電気的パラメータが、抵抗、電流、および電圧からなるグループから選択される、請求項１に記載の磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項３】
前記変化が、所定の閾値よりも大きいか、または小さいかに基づいて格納されたデータ値を判定することをさらに含む、請求項１に記載の磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項４】
磁気メモリセル（４０２）の前記磁性素子（２０４）の永久磁化を、前記磁気メモリセル（４０２）に関連する別の磁性素子（２０６）の永久磁化に対して平行または反平行に配向することにより、データ値を格納することをさらに含む、請求項１に記載の磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項５】
前記磁性素子（２０４）および前記関連する磁性素子（２０６）が、非導電層（２０２）によって分離される、請求項４に記載の磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項６】
前記磁性素子（２０４）および前記関連する磁性素子（２０６）が、導電層（３０２）によって分離される、請求項４に記載の磁気集積メモリ（１００）に格納されたデータを検索する方法。
【請求項７】
メモリであって、
磁化容易軸および磁化困難軸を有する磁性素子（２０４、２０６）であって、その磁性素子（２０４、２０６）が前記磁化容易軸に沿って配向される永久磁化を有する、磁性素子と、
前記磁化容易軸に沿って配向された磁化を表すパラメータを検出するように構成されたセンス線（２１６、２２０）と、
前記磁化困難軸に沿って磁界をかけるように構成された摂動素子とを含む、メモリ。
【請求項８】
前記センス線（２１６、２２０）がセンス回路（５０２）に結合され、そのセンス回路（５０２）が、前記摂動素子の動作に起因する前記パラメータに対する変化を観測するように構成される、請求項７に記載のメモリ。
【請求項９】
前記センス線（２１６、２２０）がセンス回路（５０２）に結合され、そのセンス回路（５０２）が、前記摂動素子の動作に起因する前記パラメータに対する変化から、前記永久磁化の向きによって表されるデータ値を判定するように構成される、請求項７に記載のメモリ。
【請求項１０】
前記磁性素子（２０４、２０６）が磁性素子のアレイの１つであり、前記磁性素子がそれぞれデジタルデータ値を格納するように構成される、請求項７に記載のメモリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、磁気集積メモリに格納されたデータを検索することに関する。
【背景技術】
【０００２】
最新の開発および発展、特に新技術の開発において、情報は極めて貴重である。しかしながら、情報を格納して保存する多くの態様では、情報に容易にアクセスすることができない。たとえば、情報は、図書館の書物として保管されることができるが、適正な書物を特定して入手するには、多大な労力を要する場合が多い。格納された情報にアクセスすることに関連するコストが、情報の実際の価値を下げることもある。
【０００３】
情報へのアクセス性を高めるという理由から、多くの開発中の技術が受け入れられている。マイクロフィルム、磁気テープ、磁気ディスク媒体、光ディスク媒体、および不揮発性の集積メモリは、それらに格納された情報へのアクセス性を高めている技術の例である。本明細書では、特に不揮発性の集積メモリを対象とする。
【０００４】
集積メモリは、デジタル形式で情報を格納するように構成された電気回路である。このデジタル情報、すなわち「データ」は、その集積メモリに適切に結合されたデジタル装置によって容易にアクセスされ得る。用いられる特定の技術によっては、データは実に驚くような速さでアクセスされ得る。
【０００５】
集積メモリは全て不揮発性であるとは限らない。揮発性集積メモリでは、電力が存在しない場合には、格納されたデータが失われる。これまでは、この欠点は、データに対する高速アクセスによって埋め合わせされてきた。
【０００６】
本明細書において用いられるような用語「磁気集積メモリ」は、磁化状態を用いてデータを格納する集積メモリである。磁性材料は、電力の継続的な存在に依存しない磁化状態（たとえば、磁気的な向き）を与えられ、その磁化状態を保持することができる。種々のセンシング技術を用いて、これらのメモリ内の磁化状態を検出し、これらの状態が表すデータを判定することができる。
【０００７】
これらのメモリに関する現在の技術が抱える１つの問題は、不均一性である。磁気集積メモリの所与の部分が、そのメモリの別の部分とは異なる特性を有する可能性がある。これらの特性は、格納された磁化の強さと、センシング構成の感度とに関連付けることができる。したがって、格納された磁化特性を示すセンス信号が、位置に依存する変動を示すことが予想される。
【０００８】
位置に依存する変動に対処するために提案されている１つの方法は、その変動の再現性を利用する。その提案された方法は、複数の測定、すなわちある記憶位置に関連する元のセンス信号の測定と、既知のデータ値がその記憶位置に配置された後の元のセンス信号の測定とを伴う。この第２の測定は、考えられるデータ値毎に繰り返される。元のセンス信号に「最も近い」センス信号を有する既知のデータ値が、格納されたデータ値として特定される。
【特許文献１】米国特許第６，２５９，６４４号明細書
【特許文献２】米国特許第６，４２４，５６５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
係る方法は、初めに格納されたデータを既知のデータと置き換えることを伴うので、「破壊読出し」と呼ばれる場合もある。破壊読出しの方法は、その記憶位置において非常に多くの動作を必要とする。あまり動作を必要とすることなく、位置に依存した変動に対応する読出し方法があれば、より速いアクセス速度を提供することができる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
したがって、磁気集積メモリに格納されたデータを検索するための方法および装置が開示される。一実施形態において、本方法は、ａ）磁気集積メモリ内の磁性素子に、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界をかけること、およびｂ）前記摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界によって引き起こされる電気的パラメータの変化を検出することを含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる抵抗変化を検出することにより、磁気メモリセルに格納された値を読み出すことが可能となり、磁気メモリセル特性の位置に依存する変動に対処するために破壊読出しを行う必要がなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
例示的な実施形態を詳細に説明するために、ここで添付図面を参照する。
【００１３】
表記および用語
特定のシステム構成要素を参照するために、以下の説明および特許請求の範囲の全体にわたって特定の用語が使用される。当業者には理解されるように、コンピュータ会社がある構成要素を異なる名称で呼ぶ場合もある。本明細書は、名称は異なるが、機能は異ならない構成要素を区別することは意図していない。以下の説明および特許請求の範囲において、用語「含む」および「備える」は、幅広く解釈できるように用いられ、それゆえ「以下に限定はしないが、〜を含む」という意味に解釈されるべきである。また、用語「結合する」は、間接的または直接的な電気接続を意味することが意図される。したがって、第１の素子が第２の素子に結合する場合には、その接続は直接的な電気接続を通して、または他の素子および接続を介した間接的な電気接続を通して行うことができる。
【００１４】
図面および以下の説明は、種々の実施形態を対象としている。これら実施形態のうちの１つまたは複数が好適であるかもしれないが、開示された実施形態は、特許請求の範囲を含む本開示の範囲を制限するものとして解釈されるべきではなく、または別な方法で用いられるべきではない。さらに、以下の説明は幅広い用途を有し、任意の実施形態の説明は、その実施形態の例示的なものにすぎないことを意味しており、特許請求の範囲を含む本開示の範囲がその実施形態に限定されることを暗示するつもりがないことは当業者には理解されよう。
【００１５】
図１は、コンピュータシステムを示しており、磁気メモリを用いることができる一例を示す。図１のコンピュータシステムは、ブリッジ１２によってシステムメモリ１４およびディスプレイ１６に結合される中央処理装置（ＣＰＵ）１０を含む。ＣＰＵ１０はさらに、ブリッジ１２によって拡張バス１８にも結合される。また、拡張バス１８には、記憶装置２０および入力／出力インタフェース２２も結合される。入力／出力インタフェース２２を介して、キーボード２４がコンピュータに結合され得る。
【００１６】
ＣＰＵ１０は、メモリ１４および／または記憶装置２０に格納されたソフトウエアに従って動作することができる。ソフトウエアの命令の下で、ＣＰＵ１０は、キーボート２４またはある別の入力装置を介してオペレータからコマンドを受け取り、ディスプレイ１６またはある別の出力装置を介して、オペレータに対して所望の情報を表示することができる。ＣＰＵ１０は、データを検索、転送および格納するために、他のシステム構成要素の動作を制御することができる。
【００１７】
ブリッジ１２は構成要素間のデータフローを調整する。ブリッジ１２は、ＣＰＵ１０、メモリ１４、およびディスプレイ１６のための専用で広帯域のポイントツーポイントのバスを提供することができる。
【００１８】
メモリ１４は、高速アクセス用のソフトウエアおよびデータを格納することができる。メモリ１４は、磁気集積メモリとすることができる。代案として、メモリ１４は、揮発性の集積メモリとすることができる。
【００１９】
ディスプレイ１６は、オペレータが用いるためのデータを提供することができる。ディスプレイ１６は、さらにグラフィックスを提供することもでき、高度なグラフィックス処理能力を含むこともできる。
【００２０】
拡張バス１８は、ブリッジ１２と複数の他のコンピュータ構成要素との間の通信を支援することができる。バス１８は、取外し可能なモジュール式構成要素および／または回路基板上でブリッジ１２と集積された構成要素（たとえば、オーディオカード、ネットワークインタフェース、データ収集モジュール、またはモデム）に結合することができる。
【００２１】
記憶装置２０は、長期保存するためのソフトウエアおよびデータを格納することができる。記憶装置２０は可搬型とすることができるか、取外し可能な媒体を受け入れることができるか、実装された構成要素にすることができるか、または回路基板上に集積された構成要素にすることができる。記憶装置２０は、磁気集積メモリとすることができる。代案として、記憶装置２０は、不揮発性集積メモリ、磁気媒体記憶装置、光学媒体記憶装置、または長期的に情報を記憶するためのある他の形態の記憶装置とすることができる。
【００２２】
入力／出力インタフェース２２は、高い帯域幅の接続を必要としないレガシー構成要素および装置との通信を支援することができる。入力／出力インタフェース２２はさらに、リアルタイムクロックを含むことができ、システムの低レベルテストのためにスキャンチェーンとの通信を支援することができる。
【００２３】
キーボード２４は、オペレータの操作に応答してデータを提供することができる。他の入力装置（たとえば、ポインティングデバイス、ボタン、またはセンサ）も入力／出力インタフェース２２に結合されることができ、オペレータの操作に応答してデータを提供することができる。また、出力装置（たとえば、パラレルポート、シリアルポート、プリンタ、スピーカ、またはライト）も入力／出力インタフェース２２に結合されることができ、オペレータに情報を伝えることができる。
【００２４】
上記のシステムに加えて、多くの他の汎用およびカスタマイズされたデジタル装置およびシステムも磁気集積メモリを有利に利用することができる。
【００２５】
図２ａは、磁気集積メモリ１００の第１のアーキテクチャを示す。メモリ１００は、メモリセルアレイ１０２と、支援回路１０４とを含む。メモリセルアレイ１０２は、その名称が示唆するように、セルのアレイである（たとえば、図５ａを参照されたい）。各セルは１つのデータ値（たとえば、１ビット）を格納することができ、その場所（たとえば、行および列の座標）によって特定され得る。
【００２６】
支援回路１０４は、アドレス信号、読出し／書込み信号、およびデータ信号を受信することができる。アドレス信号はアドレス値を２進数として表すことができる。各アドレス値は、メモリアレイ内の１つまたは複数のセルに関連付けられ得る。たとえば、各セルが一意のアドレス値に関連付けられることができる。別の例として、各アドレス値は、対応する順序の１組の６４セルに関連付けられることができる。
【００２７】
読出し／書込み信号は、一方の値が「アサートされた」状態であり、他方の値が「デアサートされた」状態である少なくとも２つの値を有する信号とすることができる。アサートされた状態では、読出し／書込み信号によって読出し動作が行われ、データがメモリセルアレイ１０２から検索される。デアサートされた状態では、読出し／書込み信号によって書込み動作が行われ、データがメモリセルアレイに格納される。
【００２８】
データ信号はデータ値を２進数として表すことができる。データ信号は双方向とすることができ、読出し動作中に支援回路１０４によって受信され、書込み動作中に支援回路１０４によって提供されるようにすることができる。アドレス信号、読出し／書込み信号、およびデータ信号は、別々に示されるが、それらの信号は互いと多重化されることができ、および／または他の信号と多重化されることができる。
【００２９】
支援回路１０４は、行線１０６および列線１０８によってメモリセルアレイ１０２に結合され得る。そのメモリセルアーキテクチャによれば、データは、あるアドレスに関連する行線をアサートし、全ての他の行線をデアサートすることにより、そのアドレスに関連するメモリセル（単数または複数）から検索され得る。データは、そのアドレス値に関連する列線（単数または複数）上の電圧または電流信号として入手することができる。代案として、データは、あるアドレスに関連するメモリセル（単数または複数）に個別の電流を選択的に流すことにより、そのセル（単数または複数）から逐次に検索され得る。これらの方法は、後に図５ａが説明される際にさらに詳細に説明される。
【００３０】
支援回路１０４は、関連する行線および列線に同時に電流を流すことにより、１つのアドレスに関連するメモリセル（単数または複数）にデータを格納することができる。１つのアドレス値に複数のセルが関連付けられるとき、それらのセルにおけるデータ記憶は、セルアーキテクチャに応じて、逐次にまたは並列に実行され得る。
【００３１】
図２ｂは、磁気集積メモリ１００の第２のアーキテクチャを示す。この実施形態は「３導体」アーキテクチャを有し、支援回路１０４が、一対の行線１１０および１つの列線１０８によってメモリセルアレイ１０２に結合される。各対の行線のうちの一方（「行センス」線）は、関連するメモリセル（単数または複数）内の記憶素子（単数または複数）と直接的に電気接触を確立するために使用され得る。各対の他方の行線（「行作用」線）は、関連するメモリセル（単数または複数）内の記憶素子（単数または複数）との磁気的な結合を確立するために使用され得る。読出し動作中に、両方の行線を同時に用いて、メモリセルの変動に影響を受けない、非破壊的な読出し動作を達成することができる。
【００３２】
図２ｃは、磁気集積メモリ１００の第３のアーキテクチャを示す。この実施形態は「４導体」アーキテクチャを有し、支援回路１０４が、列線の対１１２および行線の対１１０によってメモリセルアレイ１０２に結合される。行線の対と同様に、列線の対は、直接的に電気接触するための線（「列センス」線）と、磁気的に結合するための線（「列作用」線）とを含むことができる。
【００３３】
多くのタイプのメモリセルが、メモリセルアレイ１０２における使用に適している。図３ａは理想的な形態の一例、すなわち磁気トンネル接合（ＭＴＪ）を示す。ＭＴＪは、導電性の硬磁性層２０４と導電性の軟磁性層２０６との間に薄い非導電性層２０２を配置することにより形成され得る。磁性層２０４と２０６との間に、ある電圧が設定されるとき、電流キャリアが非導電性層２０２を「突き抜ける」。したがって、ＭＴＪ構造は電気的には抵抗器に似ている。
【００３４】
重要な点は、ＭＴＪ抵抗を調整することができる点である。磁性層２０４および２０６の向きが、矢印２０８および２１０によって示されるように揃えられる（平行になる）とき、その抵抗は、その向きが矢印２０８および２１２（図３ｂ）によって示されるように対向する（反平行になる）ときよりも低い。
【００３５】
磁性材料に関して、用語「硬い」および「軟らかい」はそれぞれ、相対的に高い保磁力および低い保磁力を意味する。軟磁性材料は、硬磁性材料よりも弱い磁界によって配向され得る。したがって、軟磁性層２０６は、単に磁界が硬磁性層を再配向するために必要な臨界レベルを超えないようにすることにより、硬磁性層２０４の向きを変更することなく再配向され得る。
【００３６】
磁性層の向きを決定する別の要因は、「磁化容易軸」である。各層は優先的な向きの軸を有することができ、その軸に沿って層を配向するのに必要な磁界はそれほど強くはなく、その層の永久磁化がその軸に沿って向く（たとえば、矢印２０８、２１０、２１２）。そのような軸は、層の幾何学的形状によって、および／または層の結晶方位によって、および／または交換バイアスをかけるための反強磁性層を設けることにより確立され得る。磁化容易軸に対して垂直な軸は、「磁化困難」軸であり、永続的な向きを確立するためにはるかに高い磁界を必要とする可能性がある。場合によっては、これらの軸に沿った磁化は安定していないこともある。
【００３７】
矢印２１４は、軟磁性層２０６の磁化困難軸に沿った磁界を示す。そのような磁界は、矢印２１８によって示されるように、導体２１６に沿って電流を流すことにより確立され得る。導体２１６に流れる電流は、「右手の法則」に従って導体の周囲に円形の磁界を生成する。導体２１６に流れる電流は、軟磁性層２０６を、その磁化容易軸に沿った磁界によって再配向しやすくすることができる。そのような磁界は、矢印２２２によって示されるように、導体２２０を流れる電流によって与えられることができる。図示された方向に流れる電流は、矢印２１０によって示されるように軟磁性層２０６を配向することができる。導体２１６に電流が流れている間に、導体２２０を逆の方向に流れる電流は、矢印２１２（図３ｂ）によって示されるように軟磁性層を配向することができる。したがって、行線１０６および列線１０８（図２ａ）に流れる電流は、その行線および列線の交点にある磁性層を適切に配向することにより情報を格納することができる。
【００３８】
導体２１６および２２０は、ＭＴＪを介して電気的に接触することができる。ＭＴＪ内の層の平行な向き（図３ａの矢印２０８および２１０）は、導体２１６と２２０との間の（相対的に）低い抵抗として検出されることができ、一方、反平行な向き（図３ｂの矢印２０８および２１２）は、これらの導体間の（相対的に）高い抵抗として検出され得る。
【００３９】
しかしながら、メモリセル特性の位置に依存する変動によって、破壊読出し技術を用いることなく、測定された抵抗値が高いか、または低いかを判定することが難しくなる可能性がある。代案として、メモリセルの抵抗状態は、ＭＴＪを横切って、たとえば矢印２１４によって示される方向に、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界（perturbing hard axis field）をかけることによって引き起こされる抵抗の変化を測定することにより検出されることができる。
【００４０】
一時的な磁化困難軸磁界は、磁性層２０４および２０６の事実上の向きを一時的に変更し、それらの向きを一時的な磁界の方向に部分的かつ一時的に「回転させる」ことができる（種々の層のための回転は等しくないかもしれない）。反平行な向きの状態にあるＭＴＪの場合、層の向きの反平行の「度合いが小さくなる」ので、この回転は抵抗値を減少させることができる。平行な向きの状態にあるＭＴＪの場合、層の向きの平行の「度合いが小さくなる」ので、この回転は抵抗値を増加させることができる。したがって、平行および反平行状態は、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界によって引き起こされる抵抗の変化の符号によって区別されることができる。摂動を起こさせるための磁界は、メモリセルの外部にある素子（摂動素子）によってかけられることができる。
【００４１】
図３ｂはメモリセルの別の例を示す。図３ｂのメモリセルは、図３ａの２導体ＭＴＪメモリセルの構造的な要素を含み、さらに導体２１６に平行に延在する作用導体２２４を含むことができる。作用導体２２４は、絶縁層２２６によって導体２１６から分離され得る。さらに、第２の作用導体２２８を含むことができ、導体２２０に平行に延在することができる。作用導体２２８は、絶縁層２３０によって導体２２０から分離され得る。図示されるように、図３ｂのメモリセルは４導体構成である。作用導体２２８を省略することにより、３導体構成を得ることもできる。
【００４２】
作用導体２２４および２２８を用いて、軟磁性層２０６の向きを確立することができる。導体２１６および２２０は、ＭＴＪの抵抗を求めるためのセンス導体として使用され得る。センス動作中に、導体２２４に一時的な電流が流され、矢印２１４によって示されるような、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界を生成することができる。結果として生じる抵抗の変化の符号を用いて、ＭＴＪの状態を判定することができる。
【００４３】
図４ａはメモリセルの別の例を示す。ＭＴＪとは異なり、この例は、硬磁性層（硬層）３０４と軟磁性層（軟層）３０６との間に挟まれた導電層３０２を含む。導体３０８に（およびその結果として層３０２に）流れる電流は、層３０４および層３０６の相対的な磁気的な向きに依存する、ある抵抗を受ける。層３０４、層３０２、および層３０６を備える磁気メモリセルの抵抗は、層３０４および層３０６の向きが揃えられるとき（矢印３１０および３１２によって示される）低くなることができる。逆に、層の向きが対向するとき、磁気メモリセルの抵抗は高くなることができる。
【００４４】
層の磁化容易軸は、導体３０８および３１４の軸に直角にすることができる。それぞれ矢印３１６および３１８によって示される方向に導体３０８および３１４に電流を流すことにより、矢印３１２によって示される方向に軟層３０６の向きを設定することができる（導体３１４は、メモリセルから電気的に分離され得る）。導体３０８および３１４の周囲の磁界は、個々の磁界だけでは再配向するには不十分であるが、合成することにより軟層３０６の向きを再配向するのに十分に強い磁界を与えることができる。層３０６の向きは、両方の導体内の電流を逆にすることによって、矢印３１２と反対の方向に設定され得る。
【００４５】
矢印３２０は、軟磁性層３０６の磁化困難軸に沿った磁界を示す。上述のように、一時的な磁化困難軸磁界は層３０４および３０６の向きを一時的に「回転させる」ことができる。硬層および軟層の回転は等しくないかもしれない。好適な実施形態では、硬層の回転は軟層の回転に比べて小さい。層が反平行状態にあるとき、それらの向きが逆になる「度合いが小さくなる」ので、その回転は抵抗を減少させることができる。逆に、層が平行状態にあるとき、それらの向きが揃う「度合いが小さくなる」ので、その回転は抵抗を増加させることができる。摂動を起こさせるための磁界は、メモリセルの外部にある素子によってかけられることができる。
【００４６】
図４ｂはメモリセルのさらに別の例を示す。メモリセルは、図４ａのメモリセルの構造的な要素を含み、さらに作用導体３２２を含むことができる。作用導体３２２は、メモリセルの他の構成要素から電気的に分離され得る。矢印３２４によって示されるように、作用導体３２２に流れる一時的な電流は、矢印３２０の方向に、摂動を起こさせるための磁化困難軸磁界を一時的にかけることができる。導体３０８に流れる電流に対する結果としての抵抗の変化を用いて、メモリセルの状態を判定することができる。
【００４７】
図５ａは、メモリセルとしてＭＴＪを有するメモリセルアレイ１０２の電気的モデルを示す。行線と列線との間の各交点には、対応するメモリセルが存在し、たとえば、メモリセル４０２は行線Ｒｎ−１と列線Ｃｋ−１との間の交点に対応する。各メモリセルは、磁化状態の形でデータを格納することができ、その磁化状態は、読出し動作中に抵抗の変化として検出可能にすることができる。
【００４８】
メモリセル、たとえばメモリセル４０２の内容を読み出すために、対応する行線がアサートされる（所定の電位に駆動される）ことができ、一方、全ての他の行線がデアサートされる（相補的な電位に駆動される）。同時に、対応する列線はデアサートされることができ、一方、全ての他の列線がアサートされる。そして、対応する行線から対応する列線まで流れる電流が測定され、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる変化がモニタされることができる。電流の増加（それは抵抗の減少を示すことができる）が一方の２値を表すことができ、電流の減少（それは抵抗の増加を示すことができる）が他方の２値を表すことができる。他の適切なセンシング方法が、特許文献１と特許文献２に説明されており、それらの特許文献は参照により本明細書に組み込まれる。
【００４９】
図５ｂは、ダイオードと直列に接続されているＭＴＪを有する別のメモリセル４０２のための電気的モデルを示す。そのダイオードは、ＭＴＪ構造に本来備わっているものとすることができるか、または付加的な処理ステップを通して形成されることができる。メモリセル４０２の内容を読み出すために、対応する行線がアサートされ、対応する列線がデアサートされる。そして、列線に流れる電流が測定され、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる変化がモニタされ得る。電流の増加が１つの２値を示すことができ、一方、電流の減少が相補的な値を示すことができる。
【００５０】
図５ｃは、図４ａの構造を有する別のメモリセル４０２のための電気的モデルを示す。メモリセル４０２の内容を読み出すために、対応する列線に電流が流され得る。セルの列の両端における電圧降下が測定され、メモリセル４０２に対して磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる変化がモニタされ得る。
【００５１】
図５ａ〜図５ｃは、２導体メモリセルに適用可能な電気的モデルを示す。図６ａ〜図６ｃは、３導体メモリセルのための対応するモデルを示す。図６ａでは、３組の線、すなわち行線、列線、および摂動線が示される。摂動線は、行線と対をなす作用線（前述された）とすることができる。図５ａ〜図５ｃに関して前述された読出し動作が、図６ａ〜図６ｃの対応するモデルに適用され得る。各読出し動作において説明された磁化困難軸磁界の摂動は、対応する行線と対をなす摂動線に一時的に電流を流すことによりもたらされ得る。
【００５２】
図７ａは、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる抵抗変化を検出するために支援回路１０４に含まれ得るセンス回路の一例を示す。センス入力は、ある列線に流れる電流（たとえば、仮想グランドの電流ミラーを介して）を示す電圧を受け取るように構成され得る。代案として、センス入力は、ある列線の電圧降下を検出するために、その列線に結合されることができる。バッファ５０２がセンス信号を増幅することができ、微分回路５０４にセンス信号を与えることができる。
【００５３】
微分回路５０４は、直列キャパシタ５０８と、１つまたは複数のバイアス抵抗５１０とを備えることができる。微分回路５０４はセンス信号の微分係数をとることができ、その微分係数をコンパレータ５０６に与えることができる。コンパレータ５０６はその微分係数を閾値電圧（たとえば、グランド）と比較することができ、その微分係数が閾値よりも高い（正）か、または閾値よりも低い（負）かを判定することができる。
【００５４】
クロックエッジでのコンパレータ出力は、データ値を表すことができる。たとえば、電流または電圧の正の変化が２値の「１」を表す場合には、正の微分係数によって、コンパレータ５０６は、データ線をアクティブハイ信号としてアサートできる。逆に、電流または電圧の負の変化が２値の「１」を表す場合には、負の微分係数によって、コンパレータ５０６はデータ線をアクティブロー信号としてアサートできる。
【００５５】
図７ｂは、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる抵抗変化を検出するために支援回路１０４に含められ得るセンス回路の別の例を示す。微分回路は、サンプルアンドホールド回路およびバイパス線に置き換えられる。サンプルアンドホールド回路は、スイッチ５１２とキャパシタ５１４とを含む。読出し動作の第１の部分では、スイッチ５１２は閉じられ、キャパシタ５１４は増幅器５０２からのセンス信号に追従する。読出し動作の第２の部分では、スイッチ５１２は開かれ、キャパシタ５１４はセンス信号の「先行する」サンプル、すなわちスイッチ５１２が開かれた時間のセンス信号値を保持する。コンパレータ５０６は、バイパス線を介して受信されたセンス信号と先行するサンプルとを比較する。センス信号が立ち上がっている場合には、コンパレータ５０６は正の差分を検出するのに対して、センス信号が立ち下がっている場合には、コンパレータ５０６は負の差分を検出する。したがって、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる信号変化が検出され、格納されたデジタルデータを表すものに変換されることができる。
【００５６】
図７ｃは、磁化困難軸磁界の摂動によって引き起こされる抵抗変化を検出するために支援回路１０４に含められ得るセンス回路のさらに別の例を示す。センス回路は図７ａのセンス回路の２つのコピーを含む。一方のコピーはセンス入力を受信し、他方のコピーは摂動信号（たとえば、作用導体に流れる電流を表す電圧）を受信する。信号の微分係数が正であるときには、各センス回路の出力は「ハイ」になり、信号の微分係数が負であるときには、「ロー」になることができる。
【００５７】
磁化困難軸の摂動が増加して（摂動信号の増加によって引き起こされる）電流が増加する場合には、２つの微分係数は互いに同相になる。逆に、磁化困難軸の摂動の増加によって電流が減少する場合には、２つの微分係数は互いに１８０°位相がずれている。位相検出器５２０を用いて、センス信号と摂動信号との間の位相関係を判定することができる。
【００５８】
摂動信号を読出し動作中に何度も繰り返す交流信号にすることにより、信号対雑音比（ＳＮＲ）の大幅な増加が達成され得る。したがって、位相検出器は排他的論理和（ＸＯＲ）ゲート５２２およびカウンタ５２４を含むことができる。位相のずれている関係は、ＸＯＲゲート５２２からのアサートされた出力によって表されることができ、同相の関係は、ＸＯＲゲート５２２からのデアサートされた出力によって表されることができる。カウンタ５２４はゲート５２２からの複数の値を組み合わせて、誤りの確率を低減することができる。カウンタが所定の閾値よりも大きい場合には、位相のずれている関係が判定されることができ、それに応じてデータ線がアサートされることができる。カウンタ５２４は、各読出し動作の終了後にリセットされ得る。
【００５９】
図８は、磁気集積メモリのための読出し方法の流れ図を示す。ブロック６０２では、磁気メモリセルにデータが格納されることができる。格納動作は、磁性層の磁化容易軸の磁化を、第２の磁性層の永久磁化に対して平行または反平行に適切に配向することを含むことができる。ある後の時点において、ブロック６０４によって示されるように、データがその磁気メモリセルから読み出されることができる。ブロック６０４では、磁性層のうちの一方または両方の磁化困難軸磁界に摂動を起こさせることにより引き起こされる抵抗変化を検出するために、測定が実行されることができる。抵抗変化の符号は、格納されたデータを表すことができる。
【００６０】
上述した磁化困難軸摂動の技術は、強磁性メモリ（ＦＲＡＭ）、スピン依存トンネル（ＳＤＴ）メモリ、擬似スピンバルブ抵抗（ＰＳＶ）メモリ、クロスタイ（crosstie）メモリ（ＣＲＡＭ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）材料を用いるメモリ、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）センサ、誘導センサ、ホール効果センサなどを含む多数の磁気集積メモリ技術に適用されることができる。
【００６１】
これまでの説明は、本発明の原理および種々の実施形態を例示することを意図している。一旦、上記の開示が十分に理解されたなら、多くの変形および修正が当業者には明らかになるであろう。用語「行」および「列」は、上記の説明の全体を通して入れ替えられることができる。２導体、３導体、および４導体のアーキテクチャが説明されたが、本明細書で説明された原理は、異なる数および構成の導体を用いるアーキテクチャにも容易に適用され得る。添付の特許請求の範囲は、全てのそのような変形および修正を含むように解釈されることが意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】特定の実施形態が使用され得るコンピュータシステムを示す図である。
【図２ａ】特定の実施形態による磁気集積メモリのアーキテクチャの例を示す図である。
【図２ｂ】特定の実施形態による磁気集積メモリのアーキテクチャの例を示す図である。
【図２ｃ】特定の実施形態による磁気集積メモリのアーキテクチャの例を示す図である。
【図３ａ】特定の実施形態による磁気トンネル接合（ＭＴＪ）メモリ素子の例を示す図である。
【図３ｂ】特定の実施形態による磁気トンネル接合（ＭＴＪ）メモリ素子の例を示す図である。
【図４ａ】特定の実施形態による巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）メモリ素子の例を示す図である。
【図４ｂ】特定の実施形態による巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）メモリ素子の例を示す図である。
【図５ａ】特定のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示す図である。
【図５ｂ】特定のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示す図である。
【図５ｃ】特定のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示す図である。
【図６ａ】特定の代替のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示す図である。
【図６ｂ】特定の代替のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示す図である。
【図６ｃ】特定の代替のメモリセルアレイの実施形態に関する電気的モデルの例を示する図である。
【図７ａ】特定のセンス回路の実施形態の例を示す図である。
【図７ｂ】特定のセンス回路の実施形態の例を示す図である。
【図７ｃ】特定のセンス回路の実施形態の例を示す図である。
【図８】特定の方法の実施形態の一例に関する流れ図である。
【符号の説明】
【００６３】
100  磁気集積メモリ
202  非導電性層
204  硬磁性層
206  軟磁性層
216  220  導体
302  導電層
402  磁気メモリセル
502  バッファ（増幅器）
504  微分回路
506  コンパレータ
【図１】
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【図２ａ】
2005011505.tif 000004
【図２ｂ】
2005011505.tif 000005
【図２ｃ】
2005011505.tif 000006
【図３ａ】
2005011505.tif 000007
【図３ｂ】
2005011505.tif 000008
【図４ａ】
2005011505.tif 000009
【図４ｂ】
2005011505.tif 000010
【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図７ｃ】
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【図８】
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