(57)【要約】【課題】ＭＴＪ素子にセンス電流がほとんど流れずかつ電圧がほとんどかからず、しかもビット線対に現れた電位差を高速に増幅可能なセンスアンプを備えたＭＲＡＭを提供する。【解決手段】センスアンプ１８は、巡回接続されたＣＭＯＳインバータ２０及び２２と、スタンバイ時に電源を遮断するＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＰ１と、スタンバイ時にセンスアンプ出力を初期化するＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ５及びＴＮ６とを備える。インバータ２０の接地端子２０４はビットスイッチ４のトランジスタＴＮ３経由でビット線ＢＬＴに接続され、インバータ２２の接地端子２２４はビットスイッチ４のトランジスタＴＮ４経由でビット線ＢＬＣに接続される。【選択図】図２
2005166170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワード線と、
ビット線対と、
前記ワード線及び前記ビット線対の少なくとも一方に接続される磁気メモリセルと、
前記ビット線対に接続され、前記磁気メモリセルに流れる電流を検知する増幅回路とを備え、
前記増幅回路は、
第１の出力ノードに接続される出力端子と、第２の出力ノードに接続される入力端子と、第１の電源に接続される第１の電源端子と、前記ビット線対の一方に接続される第２の電源端子とを有する第１のインバータと、
第２の出力ノードに接続される出力端子と、第１の出力ノードに接続される入力端子と、第１の電源に接続される第１の電源端子と、前記ビット線対の他方に接続される第２の電源端子とを有する第２のインバータとを含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項２】
請求項１に記載の磁気記憶装置であって、
前記第１のインバータは、
第１の電源に接続される一方導通端子と、第１の出力ノードに接続される他方導通端子と、第２の出力ノードに接続される制御端子とを有する第１導電型トランジスタと、
前記ビット線対の一方に接続される一方導通端子と、第１の出力ノードに接続される他方導通端子と、第２の出力ノードに接続される制御端子とを有する第２導電型トランジスタとを含み、
前記第２のインバータは、
第１の電源に接続される一方導通端子と、第２の出力ノードに接続される他方導通端子と、第１の出力ノードに接続される制御端子とを有する第１導電型トランジスタと、
前記ビット線対の他方に接続される一方導通端子と、第２の出力ノードに接続される他方導通端子と、第１の出力ノードに接続される制御端子とを有する第２導電型トランジスタとを含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の磁気記憶装置であって、
前記増幅回路はさらに、
スタンバイ時に前記増幅回路への電源の供給を遮断する電源遮断手段を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項４】
請求項３に記載の磁気記憶装置であって、
前記電源遮断手段は、第１の電源と前記第１のインバータの第１の電源端子との間に接続されるスイッチング素子を含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項５】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置であって、
前記増幅回路はさらに、
スタンバイ時に第１及び第２の出力ノードを所定の電圧にプリチャージする初期化手段を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項６】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置であって、
前記増幅回路はさらに、
スタンバイ時に前記第１のインバータの第２導電型トランジスタをオフにするターンオフ手段を備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項７】
請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の磁気記憶装置であって、
前記増幅回路はさらに、
第２の出力ノードと第１又は第２の電源との間に接続される第１のスイッチング素子を含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項８】
請求項７に記載の磁気記憶装置であって、
前記増幅回路はさらに、
第１の出力ノードと第１又は第２の電源との間に接続される第２のスイッチング素子を含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の磁気記憶装置であって、
前記磁気メモリセルは、
前記ビット線対の一方及び第２の電源の間に接続される磁気抵抗素子と、
前記ワード線に接続される制御端子を有し、前記磁気抵抗素子と直列に接続されるアクセストランジスタとを含むことを特徴とする磁気記憶装置。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の磁気記憶装置であってさらに、
前記増幅回路と前記ビット線対との間に接続され、列デコーダから出力される列選択信号に応答してオンになるビットスイッチを備えることを特徴とする磁気記憶装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は磁気記憶装置に関し、さらに詳しくは、磁性トンネル接合(ＭＴＪ; Magnetic Tunnel Junction)素子を用いたＭＲＡＭ(Magnetic Random Accesses Memory)に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記の非特許文献１で提案されているＭＲＡＭのセンスアンプを図４に示す。本例では、ＭＴＪ素子１及びアクセストランジスタ（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（電界効果トランジスタ））ＴＮ１を含む磁気メモリセルＭＣが用いられる。ＭＴＪ素子１は、ビット線ＢＬＴに接続され、かつワード線ＷＬに応答してオンになるアクセストランジスタＴＮ１と直列に接続される。
【０００３】
一方、相補ビット線ＢＬＣにはレファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣが接続される。磁気メモリセルＲｅｆＭＣは、ＭＴＪ素子２及びアクセストランジスタＴＮ２を含む。ＭＴＪ素子２は、相補ビット線ＢＬＣに接続され、かつリファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬに応答してオンになるアクセストランジスタＴＮ２と直列に接続される。ＭＴＪ素子１がデータを記憶するための素子で、ＭＴＪ素子２がリファレンス用の素子である。
【０００４】
ビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣはビットスイッチ（カラムスイッチ、カラム選択ゲートともいう）４経由でセンスアンプ５に接続される。ビットスイッチ４は、列デコーダ（図示せず）から出力される列選択信号ＣＳに応答してオンになるＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ３及びＴＮ４を含む。センスアンプ５は、ビット線ＢＬＴ及びＢＬＣの間に現れる電位差を検知・増幅する。
【０００５】
ビットスイッチ４とセンスアンプ５との間には、ＭＴＪ素子１及び２に耐圧以上の電圧がかかるのを防ぎ、かつトンネル磁気抵抗(ＴＭＲ; Tunneling Magneto-Resistance)のバイアス電圧依存性（ＴＭＲやその変化率がバイアス電圧によって減少する現象）を最小限に抑えるため、クランプ回路６が接続される。クランプ回路６は、一定のバイアス電圧Ｖｂｉａｓを受けるＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ５及びＴＮ６を含み、ＭＴＪ素子１及び２にかかる電圧を一定電圧（＝バイアス電圧Ｖｂｉａｓ−トランジスタＴＮ５及びＴＮ６のしきい値電圧Ｖｔｈ）でクランプする。
【０００６】
センスアンプ５においては、定電流源７ａ及び７ｂから抵抗素子８ａ及び８ｂにそれぞれ常に一定の電流が流れる。よって、ビットスイッチ４がオフのとき出力ノードＮＯ１及びＮＯ２の間に電位差は現れない。
【０００７】
磁気メモリセルＭＣからデータを読み出すため、ワード線ＷＬ及びＲｅｆＷＬに応答してアクセストランジスタＴＮ１及びＴＮ２がオンになり、かつ列選択信号ＣＳに応答してビットスイッチ４がオンになると、ＭＴＪ素子１及び２にそれぞれセンス電流が流れる。抵抗素子８ａ及び８ｂは同じ抵抗値ＺＬを有するが、ＭＴＪ素子１及び２の抵抗値Ｒ１及びＲ２は互いに異なるため、出力ノードＮＯ１及びＮＯ２の間にセンスされた電位差｜ＯＵＴ−ＯＵＴＮ｜が現れる。この電位差はカレントミラー型増幅器９により増幅される。
【０００８】
このようなセンスアンプ５では、定電流源７ａ，７ｂ及び抵抗素子８ａ，８ｂが直流電流を消費し、増幅器９も直流電流を消費する。また、バイアス電圧Ｖｂｉａｓを発生するためのバイアス電圧発生回路（図示せず）も直流電流を消費する。これらの直流電流は、ＭＲＡＭに電源が供給されている限り流れるので、動作待ちの状態であるスタンバイ状態にあっても流れ続け、ＭＲＡＭの重要な応用分野と考えられている携帯機器の分野では看過できない問題である。
【０００９】
また、カレントミラー型増幅器９は中間電位を出力するので、その後段にさらに別の増幅器を設ける必要があり、しかもその後段の増幅器には貫通電流が流れる。
【００１０】
【特許文献１】特開２００２−１９７８５３号公報
【特許文献２】特開２００３−１５７６７１号公報
【特許文献３】特表２００２−５１１６３１号公報
【非特許文献１】R. Scheuerlein, et al., "A 10ns Read and Write Non-Volatile Memory Array Using a Magnetic Tunnel Junction and FET Switch in each Cell", Dig. of Tech. Papers of 2000 IEEE ISSCC, pp.128-129.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明の目的は、消費電流の少ない磁気記憶装置を提供することである。
【００１２】
本発明のもう１つの目的は、センス増幅時にセンス電流がほとんど流れない磁気記憶装置を提供することである。
【００１３】
本発明のさらにもう１つの目的は、磁気メモリセルに電圧がほとんどかからない磁気記憶装置を提供することである。
【００１４】
本発明のさらにもう１つの目的は、ビット線対に現れた電位差を高速に増幅可能な増幅回路を備えた磁気記憶装置を提供することである。
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
【００１５】
本発明による磁気記憶装置は、ワード線と、ビット線対と、磁気メモリセルと、増幅回路とを備える。磁気メモリセルは、ワード線及びビット線対の一方又は双方に接続される。増幅回路は、ビット線対に接続され、磁気メモリセルに流れる電流を検知する。増幅回路は、第１及び第２のインバータを含む。第１のインバータは、第１の出力ノードに接続される出力端子と、第２の出力ノードに接続される入力端子と、第１の電源に接続される第１の電源端子と、ビット線対の一方に接続される第２の電源端子とを有する。第２のインバータは、第２の出力ノードに接続される出力端子と、第１の出力ノードに接続される入力端子と、第１の電源に接続される第１の電源端子と、ビット線対の他方に接続される第２の電源端子とを有する。
【００１６】
この磁気記憶装置によれば、一方のビット線の電圧が他方のビット線の電圧よりも高いと、第１の出力ノードの電圧が第２の出力ノードの電圧よりも高くなるので、第２のインバータは第２の出力ノードの電圧を第２の電源の電圧にし、第１のインバータは第１の出力ノードの電圧を第１の電源の電圧にする。逆に、一方のビット線の電圧が他方のビット線の電圧よりも低いと、第１の出力ノードの電圧が第２の出力ノードの電圧よりも低くなるので、第２のインバータは第２の出力ノードの電圧を第１の電源の電圧にし、第１のインバータは第１の出力ノードの電圧を第２の電源の電圧にする。すなわち、増幅回路によりビット線対の間に現れた電位差は増幅され、磁気メモリセルから読み出されたデータがラッチされる。そのため、磁気メモリセルにセンス電流はほとんど流れず、電圧もほとんどかからない。
【００１７】
好ましくは、第１のインバータは、第１導電型トランジスタと、第２導電型トランジスタとを含む。第１導電型トランジスタは、第１の電源に接続される一方導通端子と、第１の出力ノードに接続される他方導通端子と、第２の出力ノードに接続される制御端子とを有する。第２導電型トランジスタは、ビット線対の一方に接続される一方導通端子と、第１の出力ノードに接続される他方導通端子と、第２の出力ノードに接続される制御端子とを有する。第２のインバータもまた、第１導電型トランジスタと、第２導電型トランジスタとを含む。第２のインバータにおける第１導電型トランジスタは、第１の電源に接続される一方導通端子と、第２の出力ノードに接続される他方導通端子と、第１の出力ノードに接続される制御端子とを有する。第２のインバータにおける第２導電型トランジスタは、ビット線対の他方に接続される一方導通端子と、第２の出力ノードに接続される他方導通端子と、第１の出力ノードに接続される制御端子とを有する。
【００１８】
この場合、ビット線対の間に現れた電位差はより高速に増幅される。増幅終了後は第１のインバータの第１又は第２導電型トランジスタがオフになりかつ第２のインバータの第２又は第１導電型トランジスタがオフになるので、磁気メモリセルにセンス電流は全く流れず、電圧も全くかからない。
【００１９】
好ましくは、増幅回路はさらに、スタンバイ時に増幅回路への電源の供給を遮断する電源遮断手段を備える。
【００２０】
この場合、スタンバイ時に増幅回路に電流は流れないので、磁気メモリセルにもセンス電流は流れない。よって、スタンバイ時に磁気メモリセルに電圧はかからない。
【００２１】
好ましくは、増幅回路はさらに、スタンバイ時に第１及び第２の出力ノードを所定の電圧にプリチャージする初期化手段を備える。
【００２２】
この場合、スタンバイ時に第１及び第２の出力ノードは所定の電圧に固定されるので、増幅回路は誤動作しない。
【００２３】
好ましくは、増幅回路はさらに、スタンバイ時に第１のインバータの第２導電型トランジスタをオフにするターンオフ手段を備える。
【００２４】
この場合、スタンバイ時に第１のインバータの第２導電型トランジスタに電流は流れないので、磁気メモリセルにもセンス電流は流れない。よって、スタンバイ時に磁気メモリセルに電圧はかからない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
【００２６】
図１を参照して、本発明の実施の形態によるＭＲＡＭ１０は、メモリセルアレイ１２と、行デコーダ１４と、列デコーダ１６と、ビットスイッチ群１７と、センスアンプ１８とを備える。
【００２７】
メモリセルアレイ１２は、行及び列に配置された複数の磁気メモリセルＭＣと、行に配置された複数のワード線ＷＬと、列に配置された複数のビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣとを含む。磁気メモリセルＭＣは、ワード線ＷＬ及びビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣの交点に配置される。磁気メモリセルＭＣの各々は、対応するワード線ＷＬ及びビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣに接続される。
【００２８】
メモリセルアレイ１２はさらに、リファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣと、リファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬとを含む。レファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣは、レファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬ及びビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣの交点に配置される。リファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣの各々は、対応するリファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬ及びビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣに接続される。
【００２９】
行デコーダ１４は、行アドレス信号に応答してワード線ＷＬを選択する。行デコーダ１４はまた、ビット線ＢＬＴに接続された磁気メモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬを選択するとき、他方のビット線ＢＬＣに接続されたリファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣに接続されたリファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬを一緒に選択し、ビット線ＢＬＣに接続された磁気メモリセルＭＣに接続されたワード線ＷＬを選択するとき、他方のビット線ＢＬＴに接続されたリファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣに接続されたリファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬを一緒に選択する。
【００３０】
列デコーダ１６は、列アドレス信号に応答して列選択信号ＣＳを発生する。ビットスイッチ群１７は複数のビットスイッチ（図２中の符号４）からなり、列選択信号ＣＳに応答してビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣを選択し、出力線ＬＥＧＴ，ＬＥＧＣに接続する。
【００３１】
図２を参照して、磁気メモリセルＭＣは、電極間の電気抵抗の違いによって情報を記憶する素子であって、ここでは典型的なフリー層及びピン層からなるＭＴＪ素子を含む。磁気メモリセルＭＣは、ＭＴＪ素子１と、アクセストランジスタＴＮ１とを含む。ＭＴＪ素子１はビット線ＢＬＴと接地線ＶＳＳとの間に接続される。アクセストランジスタＴＮ１は、ワード線ＷＬに接続されるゲートを有し、ＭＴＪ素子１と直列に接続される。
【００３２】
リファレンス用の磁気メモリセルＲｅｆＭＣは、ＭＴＪ素子２と、アクセストランジスタＴＮ２とを含む。ＭＴＪ素子２はビット線ＢＬＣと接地線ＶＳＳとの間に接続される。アクセストランジスタＴＮ２は、リファレンス用のワード線ＲｅｆＷＬに接続されるゲートを有し、ＭＴＪ素子２と直列に接続される。
【００３３】
ここではビット線ＢＬＴ，ＢＬＣ側からＭＴＪ素子１，２、アクセストランジスタＴＮ１，ＴＮ２の順に接続されているが、逆に、ビット線ＢＬＴ，ＢＬＣ側からアクセストランジスタＴＮ１，ＴＮ２、ＭＴＪ素子１，２の順に接続されていてもよい。
【００３４】
ビット線ＢＬＴ及びＢＬＣはビットスイッチ４経由で出力線ＬＥＧＴ及びＬＥＧＣに接続され、さらに出力線ＬＥＧＴ及びＬＥＧＣはセンスアンプ１８に接続される。ビットスイッチ４はＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ３及びＴＮ４を含む。トランジスタＴＮ３及びＴＮ４は、列デコーダ１６から出力される列選択信号ＣＳに応答してオンになる。
【００３５】
センスアンプ１８は、ＣＭＯＳインバータ２０及び２２と、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＰ１と、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ５及びＴＮ６とを含む。インバータ２０は、出力ノードＮＯ１に接続される出力端子２０１と、出力ノードＮＯ２に接続される入力端子２０２と、トランジスタＴＰ１経由で電源線ＶＤＤに接続される電源端子２０３と、出力線ＬＥＧＴ及びトランジスタＴＮ３経由でビット線ＢＬＴに接続される接地端子２０４とを有する。インバータ２２は、出力ノードＮＯ２に接続される出力端子２２１と、出力ノードＮＯ１に接続される入力端子２２２と、トランジスタＴＰ１経由で電源線ＶＤＤに接続される電源端子２２３と、出力線ＬＥＧＣ及びトランジスタＴＮ４経由でビット線ＢＬＣに接続される接地端子２２４とを有する。よって、インバータ２０及び２２は巡回接続され、ラッチ回路を形成する。
【００３６】
インバータ２０は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＰ２及びＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ７を含む。トランジスタＴＰ２は、電源端子２０３に接続されるソースと、出力端子２０１に接続されるドレインと、入力端子２０２に接続されるゲートとを有する。トランジスタＴＮ７は、接地端子２０４に接続されるソースと、出力端子２０１に接続されるドレインと、入力端子２０２に接続されるゲートとを有する。
【００３７】
インバータ２２は、ＰチャネルＭＯＳトランジスタＴＰ３及びＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ８を含む。トランジスタＴＰ３は、電源端子２２３に接続されるソースと、出力端子２２１に接続されるドレインと、入力端子２２２に接続されるゲートとを有する。トランジスタＴＮ８は、接地端子２２４に接続されるソースと、出力端子２２１に接続されるドレインと、入力端子２２２に接続されるゲートとを有する。
【００３８】
トランジスタＴＰ１は、電源線ＶＤＤとインバータ２０，２２の電源端子２０３，２２３との間に接続され、アクティブ時にセンスアンプ１８に電源を供給し、スタンバイ時に電源の供給を遮断する機能を有する。トランジスタＴＮ５は出力ノードＮＯ１と接地線ＶＳＳとの間に接続され、スタンバイ時に出力ノードＮＯ１を接地電圧にプリチャージする機能と、トランジスタＴＮ８をオフにする機能とを有する。トランジスタＴＮ６は出力ノードＮＯ２と接地線ＶＳＳとの間に接続され、スタンバイ時に出力ノードＮＯ２を接地電圧にプリチャージする機能と、トランジスタＴＮ７をオフにする機能とを有する。
【００３９】
トランジスタＴＰ２及びＴＰ３、トランジスタＴＮ７及びＴＮ８、トランジスタＴＮ５及びＴＮ６、出力線ＬＥＧＴ及びＬＥＧＣ、トランジスタＴＮ３及びＴＮ４、ビット線ＢＬＴ及びＢＬＣなどは対称性よく形成される。
【００４０】
次に、図３のタイミング図を参照し、センスアンプ１８による読出動作を説明する。
【００４１】
スタンバイ時にはリードコマンド信号ＲＥＡＤＮはＨ（論理ハイ）レベルになっているので、トランジスタＴＰ１はオフに、トランジスタＴＮ５及びＴＮ６はオンになっている。したがって、センスアンプ１８への電源の供給は遮断され、出力電圧ＯＵＴ及びＯＵＴＮは接地電圧に初期化され、トランジスタＴＮ７及びＴＮ８はオフになっている。また、列選択信号ＣＳはＬ（論理ロー）レベルになっているので、ビットスイッチ４のトランジスタＴＮ３及びＴＮ４もオフになっている。このとき、電流が流れる経路は全くない。
【００４２】
この状態で、ワード線ＷＬ，ＲｅｆＷＬが活性化されると、アクセストランジスタＴＮ１及びＴＮ２がオンになる。ワード線ＷＬ，ＲｅｆＷＬの活性化と同時又はそれより少し前もしくは後に列選択信号ＣＳがＨレベルに活性化されると、ビットスイッチ４のトランジスタＴＮ３及びＴＮ４がオンになる。これにより、ビット線ＢＬＴ及びＢＬＣ並びに出力線ＬＥＧＴ及びＬＥＧＣは接地電圧にプレチャージ（プレコンディショニングともいう）される。しかし、このとき、トランジスタＴＰ１、ＴＮ７及びＴＮ８は未だオフになっているので、ＭＴＪ素子１及び２に電圧は全く印加されず、センス電流は流れない。
【００４３】
プレチャージ（プレコンディショニング）期間ＰＣの経過後、リードコマンド信号ＲＥＡＤＮがＬレベルになると、トランジスタＴＰ１がオンになり、トランジスタＴＮ５及びＴＮ６がオフになり、センスアンプ１８が活性化される。
【００４４】
センスアンプ１８の活性化直後、トランジスタＴＰ２及びＴＰ３のゲート電圧はゼロボルトで、トランジスタＴＰ２及びＴＰ３はオンになっているので、電源線ＶＤＤからトランジスタＴＰ２及びＴＰ３経由で出力ノードＮＯ１及びＮＯ２に電流が流れ込む。トランジスタＴＰ２及びＴＰ３は同一サイズであるから、これらの電流値は等しい。
【００４５】
出力ノードＮＯ１及びＮＯ２に電流が流れ込むことによって、出力ノードＮＯ２の電圧が少し上昇し、トランジスタＴＮ７が弱くオンになるとともに、出力ノードＮＯ１の電圧が少し上昇し、トランジスタＴＮ８が弱くオンになる。
【００４６】
トランジスタＴＮ１〜ＴＮ４は既にオンになっているので、ＭＴＪ素子１及び２にセンス電流が流れ始める。ここで対をなすトランジスタＴＮ１及びＴＮ２、ＴＮ３及びＴＮ４、並びにＴＮ７及びＴＮ８は同一サイズであるから、ＭＴＪ素子１及び２に流れるセンス電流値は等しい。ＭＴＪ素子１の抵抗値Ｒ１はリファレンス用のＭＴＪ素子２の抵抗値Ｒ２と異なるため、ビット線ＢＬＴ及びＢＬＣの間に電位差が現れる。
【００４７】
ＭＴＪ素子１の抵抗値Ｒ１がＭＴＪ素子２の抵抗値Ｒ２よりも高い場合、ビット線ＢＬＴの電圧がビット線ＢＬＣの電圧よりも少し高くなり、これに応じて出力ノードＮＯ１の電圧ＯＵＴも出力ノードＮＯ２の電圧ＯＵＴＮよりも少し高くなる。そのため、トランジスタＴＰ２はトランジスタＴＰ３よりもオン気味になり、トランジスタＴＮ８はトランジスタＴＮ７よりもオン気味になり、出力ノードＮＯ１の電圧ＯＵＴは出力ノードＮＯ２の電圧ＯＵＴＮよりもますます高くなる。この正帰還の結果、極めて短時間の間に、出力ノードＮＯ１は電源電圧に達し、出力ノードＮＯ２の電圧は接地電圧に達する。このときトランジスタＴＮ７及びＴＰ３はオフになるので、ＭＴＪ素子１及び２は電源線ＶＤＤから完全に切り離される。
【００４８】
一方、ＭＴＪ素子１の抵抗値Ｒ１がＭＴＪ素子２の抵抗値Ｒ２よりも低い場合、出力ノードＮＯ２は電源電圧に達し、出力ノードＮＯ１の電圧は接地電圧に達する。このときはトランジスタＴＰ２及びＴＮ８がオフになるので、同様にＭＴＪ素子１及び２は電源線ＶＤＤから完全に切り離される。
【００４９】
このようにセンスアンプ１８はビット線ＢＬＴ及びＢＬＣの間の電位差を瞬時に増幅し終えるので、センス電流は少ししか流れず、ＭＴＪ素子１及び２にはほとんど電圧はかからない。
【００５０】
また、増幅終了後は、ＭＴＪ素子１及び２が電源線ＶＤＤから完全に切り離されるので、センス電流は全く流れず、ＭＴＪ素子１及び２には全く電圧はかからない。
【００５１】
したがって、図４に示したクランプ回路６を設けたり、そのためのバイアス電圧発生回路を設けたりする必要はない。バイアス電圧発生回路が不要であるから、そこに流れる直流電流も完全になくなる。
【００５２】
また、増幅終了後は、オンになったトランジスタＴＰ２又はＴＰ３が後段回路（図示せず）に電流を供給し得るので、センスアンプ１８は入力インピーダンスの低い後段回路であっても十分に駆動することができる。また、センスアンプ１８の出力は電源電位と接地電位とにフルスイングし、ＣＭＯＳレベル(rail-to-rail)の信号となる。したがって、図４に示したカレントミラー型増幅器９のように後段にさらに他の増幅器を設ける必要がない。増幅器９及びその後段の増幅器が不要であるから、それらに流れる直流電流も完全になくなる。
【００５３】
また、増幅終了後は、ワード線ＷＬ，ＲｅｆＷＬ、列選択信号ＣＳ、リードコマンド信号ＲＥＡＤＮが活性化されている限り、センスアンプ１８はスタティックラッチとして機能し、センス・増幅したデータを確実に保持する。ワード線ＷＬ，ＲｅｆＷＬ及び列選択信号ＣＳのどちらかが非活性になっても、一方の出力ノードＮＯ１又はＮＯ２はスタティックにＨレベルに維持される。他方の出力ノードＮＯ２又はＮＯ１は浮遊状態にあるが、ダイナミックにＬレベルに維持される。したがって、センスアンプ１８をダイナミックに動作させる場合には、次のアクセスに備え、ワード線ＷＬ，ＲｅｆＷＬ及び列選択信号ＣＳを非活性化することができる。よって、このＭＲＡＭ１０は次のリードサイクルに入ることができるので、リードサイクルの時間を短くすることができる。
【００５４】
以上のように、センスアンプ１８は従来よりも少ない素子数で構成され、ＭＴＪ素子１，２に流れるセンス電流及びＭＴＪ素子１，２にかかる電圧を低減し、さらにビット線対ＢＬＴ，ＢＬＣの間に現れた電位差を高速に増幅することができる。また、従来のバイアス電圧発生回路や増幅器９及びその後段の増幅器は不要であり、直流電流は全く流れないため、消費電流を大幅に削減することができる。
【００５５】
上記実施の形態は磁気メモリセルＭＣとしていわゆるシングルセルを用いているが、いわゆるツインセルを用いてもよい。ツインセルは、データ記憶用のＭＴＪ素子と、それと直列に接続されたアクセストランジスタと、リファレンス用のＭＴＪ素子と、それと接続されたもう１つのアクセストランジスタとからなる。よって、リファレンス用のメモリセルＲｅｆＭＣ及びワード線ＲｅｆＷＬは存在しない。ワード線は２つのアクセストランジスタのゲートに共通に接続される。
【００５６】
また、リファレンス用のメモリセルＲｅｆＭＣの代わりに、適当なリファレンス信号発生回路を用いてもよい。
【００５７】
上記実施の形態はＭＯＳトランジスタＴＮ３及びＴＮ４からなるビットスイッチ４を用いているので、トランジスタＴＮ３及びＴＮ４のゲート電圧を変更することでビットスイッチ４がオンになったときその両側に現れる電位差を変更することができる。したがって、ＭＴＪ素子１及び２にかかる電圧を制御することも可能であるが、上述のようにＭＴＪ素子１及び２にかかる電圧は自動的に制御されるので、特にＭＯＳトランジスタを用いる必要はない。
【００５８】
上記実施の形態はトランジスタＴＰ１を用いているが、これをなくし、インバータ２０，２２の電源端子２０３，２２３を電源線ＶＤＤに直接接続してもよい。この場合、電源線ＶＤＤ自体をセンス・増幅時のみ電源に接続し、それ以外は電源から遮断するのが好ましい。
【００５９】
上記実施の形態はスタンバイ時にトランジスタＴＮ７及びＴＮ８がオフになっているから、トランジスタＴＰ１をなくし、インバータ２０，２２の電源端子２０３，２２３を電源線ＶＤＤに直接接続しても、ＭＴＪ素子１，２に電圧はかからない。しかし、そうすると、トランジスタＴＰ２，ＴＰ３及びＴＮ５，ＴＮ６経由で貫通電流が流れるので、トランジスタＴＰ１はあった方がよい。
【００６０】
上記実施の形態は２つの出力ノードＮＯ１及びＮＯ２から出力電圧ＯＵＴ及びＯＵＴＮを取り出しているが、どちらか一方の出力ノードＮＯ１又はＮＯ２から出力電圧ＯＵＴ又はＯＵＴＮを取り出してもよい。
【００６１】
上記実施の形態はトランジスタＴＮ５及びＴＮ６をリードコマンド信号ＲＥＡＤＮに応答してオフにしているが、全く別の信号に応答してオフにし、センスアンプ１８が活性化される前に出力ノードＮＯ１及びＮＯ２を接地線ＶＳＳから切り離すようにしてもよい。また、ＮチャネルＭＯＳトランジスタＴＮ５，ＴＮ６を出力ノードＮＯ１，ＮＯ２と接地線ＶＳＳとの間に接続しているが、ＰチャネルＭＯＳトランジスタを出力ノードＮＯ１，ＮＯ２と電源線ＶＤＤとの間に接続してもよい。この場合、ＰチャネルＭＯＳトランジスタのゲートにはリードコマンド信号ＲＥＡＤＮの反転信号が与えられるので、スタンバイ時にはトランジスタＴＰ２及びＴＰ３がオフになり、トランジスタＴＮ７及びＴＮ８がオンになる。しかし、トランジスタＴＮ３及びＴＮ４がオフになっているので、ＭＴＪ素子１，２に電圧はかからない。
【００６２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明による磁気記憶装置は広く一般のメモリに利用可能であるが、特に携帯機器に搭載されるメモリに利用した場合に有利である。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施の形態によるＭＲＡＭのメモリセルアレイ及びその周辺の構成を示す機能ブロック図である。
【図２】図１に示したＭＲＡＭにおけるセンスアンプを示す回路図である。
【図３】図２に示したセンスアンプの動作を示すタイミング図である。
【図４】ＭＲＡＭにおける従来のセンスアンプを示す回路図である。
【符号の説明】
【００６５】
１，２  ＭＴＪ素子
４  ビットスイッチ
１８  センスアンプ
２０，２２  インバータ
２０１，２２１  出力端子
２０２，２２２  入力端子
２０３，２２３  電源端子
２０４，２２４  接地端子
ＢＬＴ，ＢＬＣ  ビット線
ＣＳ  列選択信号
ＭＣ  磁気メモリセル
ＮＯ１，ＮＯ２  出力ノード
ＲｅｆＷＬ  リファレンス用のワード線
ＲｅｆＭＣ  リファレンス用の磁気メモリセル
ＴＮ１，ＴＮ２  アクセストランジスタ
ＴＮ１〜ＴＮ８  ＮチャネルＭＯＳトランジスタ
ＴＰ１〜ＴＰ３  ＰチャネルＭＯＳトランジスタ
ＶＤＤ  電源線
ＶＳＳ  接地線
ＷＬ  ワード線
【図１】
2005166170.tif 000003
【図２】
2005166170.tif 000004
【図３】
2005166170.tif 000005
【図４】
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