(57)【要約】【課題】高い精度で磁気メモリセルのデータを読み取ること。【解決手段】メモリセルのアレイ(100)において選択されたメモリセル(120)からデータを読み取るための方法であり、この場合、選択されたメモリセル(120)は、第１の書き込み線(130)と第２の書き込み線(132)との間に配置される。その方法は、第１の書き込み線(130)に第１の電流を供給するステップと、第１の電流が前記第１の書き込み線(130)に供給される際に、選択されたメモリセル(120)の抵抗Ｒの任意の変化を検出するステップと、第１の電流が第１の書き込み線(130)に供給された際に検出された、選択されたメモリセルの抵抗Ｒの変化に基づいて、選択されたメモリセル(120)の磁化の向きを判定するステップとを含む。【選択図】図１１
2005122885.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メモリセルのアレイ（１００）において選択されたメモリセル（１２０）からデータを読み取るための方法であって、前記選択されたメモリセル（１２０）が、第１の書き込み線（１３０）と第２の書き込み線（１３２）との間に配置されており、その方法が、
前記第１の書き込み線（１３０）に第１の電流を供給するステップと、
前記第１の電流が前記第１の書き込み線（１３０）に供給される際に、前記選択されたメモリセル（１２０）の抵抗Ｒの任意の変化を検出するステップと、及び
前記第１の電流が前記第１の書き込み線（１３０）に供給された際に検出された、前記選択されたメモリセルの抵抗Ｒの変化に基づいて、前記選択されたメモリセル（１２０）の磁化の向きを判定するステップとを含む、方法。
【請求項２】
前記第１の電流を供給するステップが、前記選択されたメモリセル（１２０）の磁化の向きを変更しない、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の電流を供給するステップが、前記第１の書き込み線（１３０）の周りに磁界Ｈｘを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第１の電流を供給するステップが、前記第１の書き込み線（１３０）の周りに磁界−Ｈｘを生成する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記選択されたメモリセル（１２０）の磁化の向きを判定するステップが、前記選択されたメモリセルのδＲ／δＨ曲線を求めるステップを含む、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記選択されたメモリセル（１２０）のδＲ／δＨ曲線を求めるステップが、前記第１の線（１３０）の周りの複数の異なる磁界で前記選択されたメモリセルの抵抗Ｒをサンプリングするステップを含む、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記メモリセルアレイ（１００）が、磁気ランダムアクセスメモリデバイスである、請求項１に記載の方法。
【請求項８】
前記選択されたメモリセル（１２０）の磁化の向きを判定するステップが、前記メモリセル（１２０）の抵抗Ｒに変化がある場合には、前記メモリセルが平行な磁化の向きにあると判定し、前記メモリセル（１２０）の抵抗Ｒに変化がない場合には、前記メモリセル（１２０）が反平行な磁化の向きにあると判定することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記第１の電流が前記第１の書き込み線（１３０）に供給されている間に、第２の電流を前記第２の書き込み線（１３２）に供給するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項１０】
前記第１の書き込み線（１３０）において前記第１の電流を逆にするステップと、
前記逆にされた第１の電流が前記第１の書き込み線（１３０）に供給される際に、前記選択されたメモリセル（１２０）の抵抗Ｒの任意の変化を検出するステップと、及び
前記第１の電流および前記逆にされた第１の電流が前記第１の書き込み線（１３０）に供給される際に検出された、前記選択されたメモリセル（１２０）の抵抗Ｒの変化に基づいて、前記選択されたメモリセル（１２０）の磁化の向きを判定するステップとをさらに含む、請求項１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、概して磁気メモリセルに関する。より具体的には、本発明はこのようなデバイスの磁化の向きを読み取るための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、データ記憶に使用される不揮発性薄膜メモリである。典型的なＭＲＡＭデバイスはメモリセルのアレイを含む。導電トレース（一般には、ワード線およびビット線と呼ばれる）が、メモリセルアレイにわたって配線される。ワード線はメモリセルの行に沿って延在し、ビット線はメモリセルの列に沿って延在する。各メモリセルは、ワード線とビット線の交点に配置され、単一ビットの情報を格納する。
【０００３】
メモリセルは、スピン依存トンネル接合等の磁気メモリセルとすることができる。典型的な磁気メモリセルは、磁化の向きが変更可能な強磁性薄膜の層（センス層、又はデータ記憶層と呼ばれる）、及び磁化の向きが特定の方向に固定されている強磁性薄膜の層（基準層またはピン留め層と呼ばれる）を含む。絶縁性トンネル障壁が、強磁性層の間に挟まれる。
【０００４】
メモリセルのセンス層および基準層の相対的な向きを平行（論理「０」）又は反平行（論理「１」）に設定する磁界をかけることによって、磁気メモリセルに論理値を書き込むことができる。センス層の磁化の向きは、一般に磁化容易軸と呼ばれるセンス層の軸に沿って整列する。外部磁界をかけることにより、所望の論理状態に応じて、基準層の磁化の向きに対してセンス層の磁化の向きを、磁化容易軸に沿って平行な向き又は反平行な向きに反転させる。従って、各メモリセルの磁化の向きは、常に２つの安定した向きのいずれか一方（即ち、平行または反平行）を呈する。メモリセルの強磁性層の向きが平行であるか、又は反平行であるかによって、メモリセルの抵抗状態が決まり、平行な向きは低抵抗状態に対応し、反平行な向きは高抵抗状態に対応する。
【０００５】
選択されたメモリセルのセンス層の磁化の向きを反転させるために使用される外部磁界は、選択されたメモリセルを横切るワード線およびビット線に電流を供給することによって生じる。ワード線およびビット線の電流は、組み合わせられると選択されたメモリセルの磁化の向きを平行から反平行に、又はその逆に切り換えることができる磁界を生成する。他の選択されていないメモリセルは、選択されていないメモリセルを横切るワード線またはビット線からの単一の磁界しか受けない。磁界の大きさは、ワード線またはビット線からの単一の磁界にさらされたときに、選択されていないメモリセルがそれらの磁化の向きを切り換えないように十分に低くなるように選択される。ワード線の磁界または書き込み線の磁界のみを受けての望ましくないメモリセルの切り換えは、半選択切り換えと一般に呼ばれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、磁気メモリセルに格納された論理値は、メモリセルの平行な向き、又は反平行な向きによって決まる。また、メモリセルが平行な向きか、又は反平行な向きかにより、メモリセルの抵抗状態も決まる。従って、メモリセルに格納された論理値は、メモリセルの抵抗状態をセンシング（検出）することによって読み取ることができる。しかしながら、平行な向きを有するメモリセルの抵抗と、反平行な向きを有するメモリセルの抵抗との間の絶対的な差は、非常に小さい可能性がある。従って、抵抗を測定する動作（即ち、メモリセルのデータの読み取り）はそれ自体、いくらかの不確実性を測定の精度に導入する可能性がある。また、抵抗を測定する動作は、メモリセルの磁化の向きを変更する恐れもある。メモリセルの磁化の向きが変更される（即ち、読み取り動作が破壊的である）場合、データが読み出された後に、そのデータをまたメモリセルに書き戻さなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、メモリセルの磁化の向きを読み取るための方法を提供する。本発明による一実施形態では、方法は、磁界をメモリセルにかけること、磁界がかけられた際にメモリセルの抵抗の任意の変化を観測すること、観測されたメモリセルの抵抗変化に基づいて磁化の向きを判定することを含む。
【０００８】
本発明の実施形態は、添付図面を参照してよりよく理解される。図面の要素は、必ずしも互いに対して一定の縮尺で描かれているわけではない。同様の参照符号は対応する類似の部品を示す。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、磁気メモリセルの抵抗と加えられた磁界との間の関係を表すヒステリシスループの形状差を利用して、メモリセルに格納されている抵抗状態（ひいてはデータ）を変更することなく、高い精度でメモリセルのデータを読み取ることが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、簡略化された従来技術のＭＲＡＭアレイ１００の上面図を示す。アレイ１００は、メモリセル１２０、ワード線１３０、及びビット線１３２を含む。メモリセル１２０はワード線１３０とビット線１３２の各交点に配置される。最も一般的には、ワード線１３０及びビット線１３２は互いに直交する関係で構成される。メモリセル１２０は、図１ｂに示すようにワード線１３０とビット線１３２との間に配置される。例えば、ビット線１３２をメモリセル１２０の上に配置し、ワード線１３０をメモリセル１２０の下に配置することができる。ワード線およびビット線は、協働して選択されたメモリセルの磁化の向きを切り換える（即ち、メモリセルに書き込む）ように動作するので、まとめて書き込み線と呼ぶことができる。
【００１１】
図２ａ〜図２ｃは、単一のメモリセル１２０における１ビットデータの記憶を示す。図２ａでは、メモリセル１２０は、誘電体領域１２６によって分離されたセンス層１２２及び基準層１２４を含む。センス層１２２の磁化の向きは固定されず、矢印Ｍ１で示されるような２つの安定した向きのいずれか一方を呈することができる。一方、基準層１２４は、矢印Ｍ２で示されるように固定された磁化の向きを有する。センス層１２２は、メモリセル１２０への書き込み操作中に、書き込み線（１３０、１３２、図示せず）に電流が印加されることに応答して磁化の向きを回転させる。メモリセル１２０に格納されたデータビットの第１の論理状態は、Ｍ１及びＭ２が図２ｂに示されるように互いに平行の場合に示される。例えば、Ｍ１及びＭ２が平行である場合、論理「０」状態がメモリセル１２０に格納されている。反対に、Ｍ１及びＭ２が図２ｃに示されるように互いに反平行である場合には、第２の論理状態が示される。同様に、Ｍ１及びＭ２が反平行である場合、論理「１」状態がメモリセル１２０に格納されている。図２ｂ及び図２ｃでは、誘電体領域１２６は省略されている。図２ａ〜図２ｃは、センス層１２２を基準層１２４の上に配置して示しているが、基準層１２４はセンス層１２２の上に配置されてもよい。
【００１２】
メモリセル１２０の抵抗は、Ｍ１及びＭ２の相対的な向きに従って異なる。Ｍ１及びＭ２が反平行である、即ち論理「１」状態の場合、メモリセル１２０の抵抗は最も高い。一方、Ｍ１及びＭ２の向きが平行である、即ち論理「０」状態の場合、メモリセル１２０の抵抗は最も低い。従って、メモリセル１２０に格納されているデータビットの論理状態は、メモリセルの抵抗を測定することによって求めることができる。メモリセル１２０の抵抗は、ワード線１３０及びビット線１３２に印加される読み取り電圧に応答して流れるセンス電流１２３（図２ａ参照）の大きさによって表される。
【００１３】
図３では、メモリセル１２０は書き込み線１３０、１３２の間に配置される。図３には、別個のセンス層１２２及び基準層１２４を示さない。メモリセル１２０の磁化の向きは、磁界Ｈｙを生成する電流Ｉｘ及び磁界Ｈｘを生成する電流Ｉｙに応答して変更される。磁界Ｈｘ及びＨｙは協働して、メモリセル１２０の磁化の向きを回転させる。
【００１４】
図４から明らかなように、メモリセル１２０の磁化の向きがある磁化の向きから別の磁化の向き（即ち、平行から反平行に、又は反平行から平行に）に変化するとき、メモリセルの抵抗Ｒと加えられた磁界Ｈとの間の関係のプロットは、ヒステリシスループ２００を辿る。抵抗Ｒと磁界Ｈｘとの関係のプロットの形状は、メモリセル１２０が低抵抗（平行状態）から高抵抗（反平行状態）に移行しているのか、又は高抵抗から低抵抗に移行しているのかに応じて異なる。具体的には、高抵抗から低抵抗への変化は、低抵抗から高抵抗への変化よりも急激である。ヒステリシスループ２００のこの形状差を利用して、メモリセル１２０に格納されている抵抗状態（ひいてはデータ）を変更することなく、高い精度でメモリセル１２０のデータを読み取ることができる。
【００１５】
ヒステリシスループ２００の形状の理由は、メモリセルの向きが平行（低抵抗）から反平行（高抵抗）に、及び反平行から平行に切り換わる際の、メモリセル１２０におけるセンス層１２２及び基準層１２４の磁化の向きを調べることによってよりよく理解され得る。図５では、平行な磁化の向きのセンス層１２２のＭ１及び基準層１２４のＭ２が示されている。説明のため、及び明瞭にするために、図５では、センス層１２２及び基準層１２４の上面図が別個に並んで示されているが、実際には、それらは互いの上に積み重ねられる。図５に示されるように、平行状態では、センス層１２２及び基準層１２４は両方とも、層の同じ側に同様の正味の磁荷（例えば、左側に正味の負磁荷および右側に正味の正磁荷）を有する。
【００１６】
図５に示されるように、平行な磁化の向き状態のメモリセル１２０では、センス層１２２及び基準層１２４の正味の磁荷は、センス層１２２にエッジ領域２１０を強制的に形成させる。負の磁界Ｈｘ（即ち、センス層１２２の磁界Ｍ１を反平行な向きに強いる磁界）がセンス層１２２にかけられ、エッジ領域２１０はゆっくりと成長し、それから負の磁界Ｈｘが臨界強度に達すると、センス層１２２の磁化の向きＭ１の方向が反平行状態に急激に切り換わる。この作用を図６ａ〜図６ｃに示し、ここではセンス層１２２のみを示す。図６ａでは、加えられる磁界Ｈｘは０である。図６ｂでは、加えられる磁界Ｈｘは−０．２５Ｈｃであり、ここでＨｃは、センス層１２２の磁化の向きＭ１の方向を反平行状態に切り換えさせることになる臨界磁界である。図６ｃでは、加えられる磁界Ｈｘは−０．５０Ｈｃである。加えられる磁界Ｈｘの大きさが臨界磁界Ｈｃに向かって増大するにつれて、エッジ領域２１０は、センス層１２２の磁化の向きＭ１の完全な逆転が生じるまで、センス層１２２の中央に向かって成長し続ける。図４のヒステリシスループ２００の部分２０２によって示されるように、センス層１２２の磁化の向きＭ１の平行から反平行への逆転は、負の磁界の大きさが増大するにつれての低抵抗から高抵抗へのゆるやかな変化から、次第に急激になる変化によって特徴付けられ得る。加えられる磁界Ｈｘの大きさが臨界磁界Ｈｃを越えた後は、磁界の大きさをさらに増大させても抵抗Ｒに対し影響が全然ない。
【００１７】
比較のため、図７では、反平行な磁化の向きのセンス層１２２のＭ１及び基準層１２４のＭ２を示す。説明のため、及び明瞭にするために、図７では、センス層１２２及び基準層１２４の上面図は別個に並べて示されているが、実際には、それらは互いの上に積み重ねられる。図７に示されるように、反平行状態では、センス層１２２及び基準層１２４は、層の両側に異なる正味の磁荷を有する（例えば、基準層１２４は左側に正味の負の磁荷および右側に正味の正の磁荷を有するが、センス層１２２は左側に正味の正の磁荷および右側に正味の負の磁荷を有する）。
【００１８】
反平行な磁化の向き状態のメモリセル１２０では、図７に示されるように、センス層１２２及び基準層１２４の正味の磁荷は互いを効果的に相殺し、エッジ領域はセンス層１２２に形成されない。正の磁界Ｈｘ（即ち、センス層の磁界を平行な向きに強いる磁界）がセンス層１２２に加えられる場合、センス層１２２の磁化の向きＭ１には何の影響も見られない。磁界Ｈｘが臨界強度Ｈｃに達したときにのみ、センス層１２２の磁化の向きＭ１の方向が平行状態に急激に切り換わる。この作用を図８ａ〜図８ｃに示し、ここではセンス層１２２のみを示す。図８ａでは、加えられる磁界Ｈｘは０である。図８ｂでは、加えられる磁界Ｈｘは０．２５Ｈｃであり、ここでＨｃは、センス層１２２の磁化の向きＭ１の方向を平行状態に切り換えさせることになる臨界磁界である。図８ｃでは、加えられる磁界Ｈｘは０．５０Ｈｃである。図６ａ〜図６ｃに示された平行から反平行への漸次的な切り換わりとは対照的に、図８ａ〜図８ｃに示された反平行から平行への切り換わりでは、加えられる磁界Ｈｘが臨界磁界Ｈｃに向かって増大する場合、磁界Ｈｘが臨界強度Ｈｃに達するまでは、センス層１２２の磁化の向きＭ１（又はメモリセル１２０の抵抗）に影響は見られない。磁界が臨界強度Ｈｃに達すると、センス層１２２の磁化の向きＭ１の方向は平行状態に急激に切り換わる。図４のヒステリシスループ２００の部分２０４によって示されるように、センス層１２２の磁化の向きＭ１の反平行から平行への逆転は、正の磁界の大きさが増大するにつれての高抵抗から低抵抗への急激な変化（即ち、段状の遷移）により特徴付けられ得る。加えられる磁界Ｈｘの大きさが臨界磁界Ｈｃを越えた後は、磁界の大きさをさらに増大させても抵抗Ｒに対し影響が全然ない。
【００１９】
本発明による一実施形態では、電流が書き込み線１３０、１３２の一方または両方に供給されて、磁界Ｈｘを生成する。メモリセル１２０の抵抗Ｒが複数の値の磁界Ｈｘで測定（サンプリング）され、磁界強度Ｈｘの変化に伴うメモリセル１２０の抵抗Ｒの変化率を示す曲線（以降、「δＲ／δＨ曲線」と称する）が求められる。測定されたδＲ／δＨ曲線（以降、測定δＲ／δＨ曲線と称する）が、図９ａ及び図９ｂに示されるようなモデル曲線と比較される。図９ａ及び図９ｂのモデルδＲ／δＨ曲線は、図４のヒステリシスループ２００の導関数であり、ヒステリシスループ２００の非対称形状を反映している。図９ａは、メモリセル１２０が反平行状態から平行状態に遷移する（ヒステリシス曲線２００の部分２０４）場合のδＲ／δＨを示す一方で、図９ｂは、メモリセル１２０が平行状態から反平行状態に遷移する（ヒステリシス曲線２００の部分２０２）場合のδＲ／δＨを示す。
【００２０】
看取されるように、図９ａ及び図９ｂのモデルδＲ／δＨ曲線は互いに大きく異なり、単純な抵抗測定よりもメモリセルの磁化の向きについてより決定的な情報を伝えることができる。測定δＲ／δＨ曲線が図９ａに示されたモデル曲線と同様である場合、メモリセル１２０は高抵抗（即ち、反平行）状態にあり、メモリセルに格納されているデータは論理値「１」である。測定δＲ／δＨ曲線が図９ｂに示されたモデル曲線と同様である場合、メモリセル１２０は低抵抗（即ち、平行）状態にあり、メモリセルに格納されているデータは論理値「０」である。
【００２１】
完全な測定δＲ／δＨ曲線を得るためには、予想される臨界磁界Ｈｃに近い値の磁界Ｈｘにおいて抵抗Ｒを測定する必要がある。上述したように、Ｈｘの大きさがＨｃを越える場合、測定によりメモリセル１２０の磁化の向きが変更される（即ち、メモリセル１２０を破滅的に読み取る）ことになるため、磁化の向きが判定された後にメモリセル１２０に再び書き込む必要がある。このようなメモリセル１２０の再書き込みは、メモリセルからデータを読み取る際に追加のステップを必要とする場合を除いて、必ずしも問題にはならなない。しかしながら、場合によっては、メモリセル１２０が破壊的に読み出されず、ひいてはメモリセル１２０の再書き込みを必要としないことが望まれる。
【００２２】
本発明による別の実施形態では、部分的なδＲ／δＨ曲線のみが取得される。特に、抵抗Ｒは、メモリセル１２０の磁化の向きが変更されないように、Ｈｃを越えないように選択された磁界Ｈｘの値において測定される。図９ａ及び図９ｂに示されるように、メモリセル１２０の磁化の向きを変更しない値のＨｘであっても、δＲ／δＨ曲線の形状は、図９ａ及び図９ｂのモデル曲線に対して部分的な測定δＲ／δＨ曲線の比較を可能にするように十分互いに異なる。
【００２３】
メモリセルの絶対抵抗値を測定して、完全な、又は部分的なδＲ／δＨ曲線を作成することは、特に平行な向きから反平行な向きへの変更、又はその逆の変更が完全ではない（図４のヒステリシスループ２００の湾曲部分２０２に沿って等）場合に難しい可能性がある。絶対抵抗値または抵抗の絶対的な変化を測定する（δＲ／δＨ曲線を求める際に必要なように）必要なしに、メモリセルの磁化の向きを判定できることが望ましい。
【００２４】
本発明による別の実施形態では、メモリセル１２０の磁化の向きは、絶対抵抗値またはメモリセルの抵抗値の絶対的な変化を測定して完全な、又は部分的なδＲ／δＨ曲線を作成する必要なしに、かつメモリセルの磁化の向きを変更する危険性なしに（即ち、非破壊的読み取り動作）、求められる。本発明によるこの実施形態では、メモリセル抵抗Ｒの相対的な変化のみを観測する必要がある。図４のヒステリシスループ２００を参照すると、臨界磁界Ｈｃ未満の大きさを有する磁界Ｈｘ（正または負）がかけられた状態でメモリセルの抵抗に何等かの変化がある場合、メモリセル１２０は平行状態にあることが看取される。メモリセル１２０の抵抗に変化がない場合、メモリセル１２０は反平行状態にある。例えば、メモリセル１２０が平行状態にあり、かつ負の磁界Ｈｘがかけられている場合には、抵抗Ｒに小さな増加が観測され、正の磁界Ｈｘがかけられている場合には、抵抗Ｒの変化は観測されない。一方、メモリセル１２０が反平行状態にあり、かつ負の磁界Ｈｘがかけられる場合には、抵抗Ｒの変化は観測されず、同様に、正の磁界Ｈｘがかけられる場合にも、抵抗Ｒの変化は観測されない。従って、負の磁界Ｈｘのみをかけることにより、メモリセル１２０の抵抗Ｒに観測される変化（もしあるならば）に基づいてメモリセル１２０の磁化の向きを判定することが可能になる。
【００２５】
本発明の一実施形態では、単一の導体（例えば、ビット線１３２又はワード線１３０の一方のみ）を電流で付勢して、付勢された線の周りに負の磁界Ｈｘを生成する。負の磁界Ｈｘの大きさは、磁化の向きの反転に必要な臨界磁界Ｈｃ未満に保たれるため、メモリセル１２０の磁化の向きは変更されない。一実施形態では、Ｈｘの大きさは約０．６Ｈｃ程である。負の磁界Ｈｘがかけられると、メモリセル１２０の抵抗が観測され、負の磁界がかけられたときの抵抗Ｒの任意の変化が検出される。上述したように、負の磁界をかけた場合に抵抗Ｒに何等かの変化がある場合には、メモリセル１２０は平行状態にある。メモリセル１２０の抵抗に変化がない場合には、メモリセル１２０は反平行状態にある。
【００２６】
本発明による別の実施形態では、メモリセル１２０の磁化の向きは、ワード線１３０及びビット線１３２の両方を付勢したときに判定されてもよい。この方法は、例えば、線１３０、１３２の一方が、読み取り中のメモリセル１２０と異なるメモリセル１２０へのデータの書き込みに使用中である場合に使用され得る。ワード線１３０又はビット線１３２の一方が「オン」（即ち、電流が供給されている）と仮定すると、他方の線に電流を供給して負の磁界Ｈｘを生成する。上述したように、磁界Ｈｘの大きさは、磁化の向きの反転に必要な臨界磁界Ｈｃ未満に保たれるため、メモリセル１２０の磁化の向きは変更されない。メモリセル１２０の抵抗が観測され、負の磁界がかけられたときの抵抗の任意の変化を検出する。上述したように、負の磁界をかけた場合に抵抗Ｒに何等かの変化がある場合、メモリセル１２０は平行状態にある。負の磁界Ｈｘをかけた場合に抵抗に変化がない場合、メモリセル１２０は反平行状態にある。
【００２７】
書き込み線の周りに磁界を生成するために書き込み線１３０、１３２の一方に電流を供給するか、又は両方に電流を供給するかに関わらず、メモリセル１２０の磁化の向きを判定するために磁界Ｈｘの極性（正または負）を知る必要はない。本発明による一実施形態では、第１の電流を書き込み線１３０、１３２のいずれか一方に供給し、正または負の磁界を選択された書き込み線１３０、１３２に生成することにより、メモリセルアレイ中の選択されたメモリセル１２０からデータを読み取ることができる（即ち、磁化の向きを判定することができる）。第１の電流が、選択された書き込み線に供給されたとき、メモリセル１２０を観測して抵抗Ｒの任意の変化を検出する。次に、第１の電流が、選択された書き込み線において逆にされ、逆の電流が選択された書き込み線に供給されたとき、再びメモリセル１２０を観測して抵抗Ｒの任意の変化を検出する。次に、第１の電流および逆の電流が選択された書き込み線に供給された際に検出された抵抗Ｒの変化（もしあるならば）に基づいて、メモリセル１２０の磁化の向きを判定することができる。第１の電流、又は逆の電流の場合においても抵抗Ｒの変化が観測されない場合には、メモリセル１２０は反平行状態にある。第１の電流、又は逆の電流の場合に抵抗Ｒの変化が観測された場合には、メモリセル１２０は平行状態にある。これと同じ方法は、書き込み線１３０、１３２の一方が常に付勢され、書き込み線１３０、１３２の他方が逆にされた電流を有する場合にも使用され得る。
【００２８】
本発明による各実施形態では、センス層１２２は、図６ａ〜図６ｃ及び図８ａ〜図８ｃに関連して上述したエッジ領域作用を強化するように設計または形作られ得る。具体的には、センス層１２２は、図１０ａ〜図１０ｄに示される形状と同様の形状に作成され得る。図１０ａ〜図１０ｄに示された形状は、ゆるやかな抵抗の変化が、より大きな範囲の磁界にわたって生じるように、磁化の向きが平行から反平行に変化する際のヒステリシスループの傾きを効果的に変化させる。
【００２９】
メモリセルの磁化の向きを読み取るための種々の実施形態を実施するための１つの例示的なシステム３００が図１１に示される。システム３００は、上述したような１つ又は複数のメモリセル１２０を有する磁気メモリデバイス３０２を含む。磁気メモリデバイス３０２内において、各メモリセル１２０は導電性ワード線１３０と導電性ビット線１３２との間に関連して動作するように配置される。強度および極性が可変である電流が、選択されたメモリセル１２０のワード線１３０及びビット線１３２の一方または両方に独立して印加され得るように、可変電流源３０４が磁気メモリデバイス３０２に接続される。印加される電流は、選択されたメモリセル１２０にかけられるべき強度および極性が可変の対応する磁界Ｈｘを生成する。
【００３０】
また、印加電流（ひいては、加えられる磁界Ｈｘ）の強度および／または極性が変化するときに、選択されたメモリセル１２０の抵抗を観測または測定することができるように、抵抗測定モジュール３０６も磁気メモリデバイス３０２に接続される。抵抗測定モジュール３０６は、ソフトウェア、ハードウェア、又は両方の組み合わせとすることができ、選択されたメモリセル１２０の抵抗の相対的な変化および／または絶対的な変化を求めることができ、係る抵抗の変化に従って、磁化の向きを読み取るための種々の実施形態が実施されている。
【００３１】
選択されたメモリセル１２０の、加えられた磁界Ｈｘの強度および／または極性の関数として観測または測定された抵抗変化は、コンパレータモジュール３０８に供給される。コンパレータモジュール３０８は、メモリセル１２０の抵抗の測定または観測された挙動（抵抗測定モジュール３０６から得られる）を、メモリセルのモデル挙動（ボックス３１０で表す）と比較する。コンパレータモジュール３０８は、ソフトウェア、ハードウェア、又は両方の組み合せとすることができる。加えられた磁界の関数としての変化に伴うメモリセル抵抗のモデル挙動は、図９ａ及び図９ｂに関連して上述したようなδＲ／δＨ曲線とすることができる。代案として、加えられる磁界の関数としてのメモリセル抵抗のモデル挙動は、図４に関連して上述したようなヒステリシスループとすることができる。メモリセル１２０の測定または観測された挙動とモデル挙動との比較に基づいて、コンパレータモジュール３０８は、選択されたメモリセル１２０の磁化の向きの状態３１２（平行または反平行）を判定する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１ａ】従来技術のＭＲＡＭアレイの上面図である。
【図１ｂ】従来技術のＭＲＡＭアレイの斜視図である。
【図２ａ】アクティブな基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、従来技術のＭＲＡＭメモリセルの斜視図である。
【図２ｂ】アクティブな基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、従来技術のＭＲＡＭメモリセルの側面図である。
【図２ｃ】アクティブな基準磁気薄膜の磁化の向きを示す、従来技術のＭＲＡＭメモリセルの側面図である。
【図３】従来技術のメモリセル、その書き込み線、及びその書き込み線を流れる電流によって生成される磁界の斜視図である。
【図４】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルの抵抗と加えられた磁界との間の関係を示すヒステリシスループの一例である。
【図５】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルの磁界の図であり、メモリセルは平行な磁化の向きを示す。
【図６ａ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、磁界強度が臨界値に向けて増大するにつれて平行な向きから反平行な向きに漸進的に移動する。
【図６ｂ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、磁界強度が臨界値に向けて増大するにつれて平行な向きから反平行な向きに漸進的に移動する。
【図６ｃ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、磁界強度が臨界値に向けて増大するにつれて平行な向きから反平行な向きに漸進的に移動する。
【図７】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルの磁界の図であり、メモリセルは反平行な磁化の向きを示す。
【図８ａ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、臨界値未満の磁界強度では反平行な向きから平行な向きに移動しないままである。
【図８ｂ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、臨界値未満の磁界強度では反平行な向きから平行な向きに移動しないままである。
【図８ｃ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのセンス層の磁界の図であり、図示の磁化の向きは、臨界値未満の磁界強度では反平行な向きから平行な向きに移動しないままである。
【図９ａ】メモリセルの磁化の向きを読み取るために本発明の実施形態により使用される、メモリセルの磁化の向きが反平行から平行に変化する際の、図４のヒステリシスループのδＲ／δＨを示す図である。
【図９ｂ】メモリセルの磁化の向きを読み取るために本発明の実施形態により使用される、メモリセルの磁化の向きが平行から反平行に変化する際の、図４のヒステリシスループのδＲ／δＨを示す図である。
【図１０ａ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのエッジ領域作用を強化したメモリセルのセンス層の例示的な形状を示す図である。
【図１０ｂ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのエッジ領域作用を強調したメモリセルのセンス層の例示的な形状を示す図である。
【図１０ｃ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのエッジ領域作用を強調したメモリセルのセンス層の例示的な形状を示す図である。
【図１０ｄ】本発明の実施形態により磁化の向きを読み取ることができるメモリセルのエッジ領域作用を強調したメモリセルのセンス層の例示的な形状を示す図である。
【図１１】本発明によりメモリセルの磁化の向きを読み取るために種々の実施形態を実施するためのシステムの一実施形態を示すブロック図である。
【符号の説明】
【００３３】
100  ＭＲＡＭアレイ
120  メモリセル
122  センス層
124  基準層
130  ワード線
132  ビット線
302  磁気メモリデバイス
【図１ａ】
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【図１ｂ】
2005122885.tif 000004
【図２ａ】
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【図２ｂ】
2005122885.tif 000006
【図２ｃ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図７】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【図１０ｃ】
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【図１０ｄ】
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【図１１】
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