(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気メモリセルの製造時にメモリセルを高温にさらす必要性をなくすとともに、基準層から発生する消磁界がセンス層に与える影響を低減すること。【解決手段】軟基準磁気メモリデジタイジング装置100は軟基準磁気メモリセル104のアレイを有する。各メモリセルは磁化の向きが変更可能で、磁気的先端部を有するスタイラス110によって外部から加えられるような少なくとも１つの磁界が近接して加えられたときに磁化の向きが変化することを特徴とする少なくとも１つの強磁性センス層202を有する。各メモリセル104は、磁化の向きがピン止めされていない少なくとも１つの強磁性軟基準層206をさらに有する。センス層202と軟基準層206の間には磁気トンネル接合を形成するための中間層204が配置される。センス層202の磁化の向きは、軟基準層206の影響を実質的に受けない。磁気スタイラス110を用いた関連する方法も提供する。【選択図】図２Ｂ
2005149486.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軟基準磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）であって、該メモリセル（１０４）のそれぞれが、
磁化の向きが変更可能で、その磁化の向きが、外部から加えられた少なくとも１つの磁界（２１２）が近接して加えられたときに変化することを特徴とする、少なくとも１つの強磁性センス層（２０２）と、
磁化の向きがピン止めされていない少なくとも１つの強磁性軟基準層（２０６）と、
前記センス層（２０２）と前記軟基準層（２０６）の間に磁気トンネル接合を形成する少なくとも１つの中間層（２０４）とを含み、
前記センス層（２０２）の変更可能な磁化の向きが前記軟基準層（２０６）の影響を実質的に受けない、軟基準磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）と、
少なくとも１つの外部磁界（２１２）を前記アレイ（１０２）の少なくとも１つの磁気メモリセル（１０４）に加えるための、磁気的先端部を有する少なくとも１つのスタイラス（１１０）と
からなる軟基準磁気メモリデジタイジング装置。
【請求項２】
前記センス層（２０２）が前記軟基準層（２０６）よりも高い保磁力を有する、請求項１に記載の軟基準デジタイザ（１００）。
【請求項３】
前記スタイラス（１１０）の前記磁気的先端部が永久磁石である、請求項１に記載の軟基準デジタイザ（１００）。
【請求項４】
前記スタイラス（１１０）の前記磁気的先端部が導電コイルである、請求項１に記載の軟基準デジタイザ（１００）。
【請求項５】
前記磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）に接続されたディスプレイ（１０６）をさらに含み、所与のセンス層（２０２）の磁化の向きを前記ディスプレイ（１０６）の中で局部的に使用して、前記所与のセンス層（２０２）に近接する前記ディスプレイ（１０６）上に表示される情報が判定される、請求項１に記載の軟基準デジタイザ（１００）。
【請求項６】
ピクセルのアレイ（１０２）を特徴として有するディスプレイ（１０６）をさらに含み、前記ディスプレイ（１０６）が、前記磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）の少なくとも一部と一体化され、前記メモリセル（１０４）のそれぞれがさらに少なくとも１つのピクセルに接続される、請求項１に記載の軟基準デジタイザ（１００）。
【請求項７】
磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）を有し、該メモリセル（１０４）のそれぞれが、磁化の向きが変更可能で、その磁化の向きが、外部から加えられた少なくとも１つの磁界（２１２）が実質的に近接して加えられたときに変化することを特徴とする少なくとも１つの強磁性センス層（２０２）と、磁化の向きがピン止めされていない少なくとも１つの強磁性軟基準層（２０６）とを特徴として有し、前記センス層（２０２）の変更可能な磁化の向きが前記軟基準層（２０６）の影響を実質的に受けない、軟基準磁気メモリデジタイジング装置（１００）を使用する方法であって、
前記アレイ（１０２）の少なくとも一部に外部磁界（２１２）を加えて、少なくとも１つのセンス層（２０２）の磁化の向きを変更することと、
前記軟基準層（２０６）の磁化の向きを定めるための磁界を生成するのに十分な大きさのセンス電流を前記磁気メモリセル（１０４）に加え、各セルの抵抗値を読み取ることにより、前記アレイ（１０２）を読み出すことと、
実質的に全ての前記センス層（２０２）の磁化の向きを所定の向きに整列させるのに十分な大きさのリフレッシュ電流を加えることにより、前記アレイ（１０２）をリフレッシュすることとからなる方法。
【請求項８】
実質的に全ての前記センス層（２０２）の磁化の向きを所定の向きに整列させるのに十分な大きさの初期化電流を加えることにより、前記アレイ（１０２）を初期化することをさらに含む、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
ディスプレイ（１０６）上に画像を表示することをさらに含み、前記画像は、前記アレイ（１０２）内の各セルの抵抗値によって判定されるような、前記外部から加えられた磁界（２１２）に対応する画像である、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記ディスプレイ（１０６）はピクセルのアレイ（１０２）から構成され、前記ディスプレイ（１０６）は前記磁気メモリセル（１０４）のアレイ（１０２）の少なくとも一部と一体化され、前記メモリセル（１０４）のそれぞれが少なくとも１つのピクセルにさらに接続される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記装置（１００）の状態が、読み出しとリフレッシュとを周期的に繰り返す、請求項７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概してデジタイザ型入力装置に関し、詳しくは軟基準磁気ランダムアクセスメモリ（一般に「ＭＲＡＭ」と呼ばれる）をデジタイジングアレイとして使用することに関する。
【背景技術】
【０００２】
多様性が常に増しているコンピュータの用途において、ユーザ入力の代替手段として、デジタイザシステムが一般に知られている。通常、検出アレイは、ユーザがデータを検出アレイに直接入力するのに使用するスタイラスに応答する。検出アレイをポインティングしたり、検出アレイに文字や図形を描いたりする際のスタイラスの位置および／または運動は、コンピュータの様々な機能を制御するのに使用される。
【０００３】
実施形態により、デジタイザは、視覚表示モニタ上に直接取り付けられる場合もあれば（タッチスクリーン）、表示装置とは別に、表示装置から離れたところに置かれる場合もある（タッチパッド）。いずれの使用形態および応用形態も、ラップトップ、ホームシステム、キオスクまたは他のシステムディスプレイを含む、様々な種類のコンピュータシステムで使用される。
【０００４】
当該技術分野では、いくつかのタイプのスタイラス入力デジタイジング装置が知られている。１つのタイプとして、スタイラスの先端部を容量性−抵抗性アレイに直接接触させるものがある。スタイラスの先端部をデジタイジング面の部分に近づけると、パッド内の容量性−抵抗性回路は、スタイラスが置かれたことを検出し、格子状アレイに関する既知の数式にしたがってスタイラスの位置を計算する。
【０００５】
他のタイプの従来技術のシステムとして、ＲＦ送信機を用いてデジタイザからスタイラスへ、またはそれとは逆の方向に信号を送信するものや、スタイラスの先端部に光源（可視光あるいは赤外線）を内蔵し、ユーザがその光源をデジタイザパッドの所望の位置まで移動させるものがある。そのような場合、スタイラスの位置は、ＲＦ受信機や光受信機から得た情報をプロセッサで復号することによって判定される。さらに他のタイプの従来技術のシステムとして、表面弾性波（ＳＡＷ）デバイスを利用するものがある。ＳＡＷを用いる場合、２台の送信機によってデジタイザの表面に表面弾性波を生成する。人間の指またはスタイラスがその表面弾性波を反射／妨害することにより、その指またはスタイラスの位置が検出される。
【０００６】
さらに他のタイプの従来技術のシステムとして、電磁デジタイザを利用するものがある。ユーザによるデータ入力は、ユーザのスタイラスから放射される磁界をデジタイザの１または複数の磁界と相互作用させることによって行なわれる。一般的には、格子状に交差する線によって磁界を生成し、その磁界をスタイラスから放射される磁界によって能動的または受動的に変更する。
【０００７】
それらのシステムはそれぞれある程度の成功を収めているものの、依然として制約も抱えており、それらの制約により、利用するのが望ましくないほどではないにしても、利用しにくいものになっている。たとえば、直接接触させる方法は、通常操作の際に引っ掻き傷や摩耗をこうむる。格子状ワイヤによる電磁的方法は、実施にかなりのコストがかかり、また、多くの場合、望ましくない磁気の影響からシステムを保護するために、ワイヤアレイの裏側に強力な磁気シールドを追加する必要がある。光システムおよびＲＦシステムは、光源と受信機の両方に複雑な電子回路を必要とする。さらに、それらのシステムはいずれも、スタイラスとの相互作用を維持するために、デジタイザアレイに絶えず電源を供給し続けなければならない。
【０００８】
これらの問題点のうちの１つまたは複数を克服するために、本出願人らは最近、磁気メモリセル（各セルがセンス層、中間層、およびピン止めされた基準層を有する）のアレイを利用して、改良されたデジタイザを実現することを提案した。実際に幾つかの点では改良されるが、ピン止めされた基準層を有する磁気メモリセルの使用には、いくつかの欠点がある。
【０００９】
一般に、磁気媒体におけるデータの記憶の根底をなす原理は、記憶データビットの磁化の相対的な向き（すなわち、「０」または「１」の論理状態）を変更および／または反転させる能力である。材料の保磁力は、磁性粒子の磁化を減少および／または反転させるためにその磁性粒子に加えなければならない消磁力の大きさに等しい。一般的には、磁性粒子が小さくなるほど、その保磁力は大きくなる。
【００１０】
従来技術の磁気メモリセルには、トンネル磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗メモリセル（ＧＭＲ）、およびコロッサル磁気抵抗メモリセル（ＣＭＲ）などがある。これらのタイプの磁気メモリは一般に、磁気トンネル接合メモリ（ＭＴＪ）と呼ばれる。磁気トンネル接合メモリは一般に、センス層（記憶層、データ層、またはビット層とも呼ばれる）と、基準層と、センス層と基準層との間にある中間層とを備える。センス層、基準層、および中間層は、１または複数の材料層から形成することができる。
【００１１】
センス層は通常、１ビットのデータを磁化Ｍ２の向きとして記憶する磁性材料の層である。磁化Ｍ２の向きは、外部から１または複数の磁界をかけることにより変更することができる。具体的には、論理状態を表すセンス層の磁化Ｍ２の向きは、論理状態「０」を表す第１の向きから論理状態「１」を表す第２の向きへ、またはその逆に回転させる（切り替える）ことができる。
【００１２】
基準層は、磁化Ｍ１の向きが所定の向きに固定されるように「ピン止めされた」磁性材料の層である。多くの場合、基準層は複数の磁性材料層を必要とし、それらが一体となって安定してピン止めされた基準層として機能する。基準層の磁化の向きは、磁気メモリセルの製造時に使用される電子部品処理工程によって決まり、予め定められている。
【００１３】
通常、磁気メモリセルの論理状態（「０」または「１」）は、センス層と基準層の磁化の相対的向きによって決まる。たとえば、ＭＴＪのセンス層と基準層の間に一定の電圧を加えると、中間層を通り抜けてセンス層と基準層の間に電子の移動が起きる。中間層は通常薄い誘電体層であり、一般にトンネル障壁層と呼ばれる。トンネル障壁層を通り抜けて電子が移動できるようになる現象は、量子力学的トンネル現象またはスピントンネル現象と呼ばれる。
【００１４】
メモリセルの論理状態はメモリセルの抵抗値を測定することにより判定することができる。たとえば、センス層の磁化の向きが基準層のピン止めされた磁化の向きに対して全体的に平行である場合、その磁気メモリセルは低抵抗状態になる。センス層の磁化の向きが基準層のピン止めされた磁化の向きに対して全体的に反平行（逆）である場合、その磁気メモリセルは高抵抗状態になる。
【００１５】
理想的な状況であれば、センス層の変更可能な磁界の向きは基準層の磁界の向きに対して平行または反平行になる。センス層と基準層はいずれも強磁性材料から形成され、互いに極めて近接した位置に永久的に配置されるのが一般的であるため、強い方の基準層は、センス層の磁化の向きに影響を与えることがある。具体的には、基準層の磁化は、基準層からセンス層の中まで延在する減磁界を生成することがある。
【００１６】
基準層から発生する減磁界により、強制切替え磁界にオフセットが生じる。このオフセットが原因で、ビット切替え特性が非対称になることがある。すなわち、平行状態から反平行状態へビットを切り替えるのに必要とされる切替え磁界の大きさが、反平行状態から平行状態へビットを切り替えるのに必要とされる切替え磁界の大きさとは、異なるものになる場合がある。切替え特性を信頼性の高いものにし、読出し／書込み回路を簡単にするためには、このオフセットをできる限りゼロ付近にまで小さくすることが望ましい。
【００１７】
磁気抵抗ΔＲ／Ｒは、信号対雑音比Ｓ／Ｎと同じように説明することができる。Ｓ／Ｎが高くなると、センス層のビット状態を判定するために検知される信号が強くなる。したがって、ピン止めされた基準層がセンス層に対して極めて近接した位置に固定されるようなトンネル接合メモリセルの少なくとも１つの欠点は、角度変位によって磁気抵抗ΔＲ／Ｒが小さくなる可能性があることである。
【００１８】
製造時に基準層をピン止めするためには、アニール工程において基準層を加熱し、温度を上昇させる必要がある。アニール処理は時間を要し、大抵は１時間以上を要する。しかしながら、基準層は製造中のメモリの一部であるから、一定の磁界を集中的にかけた状態で、メモリ全体を約１００〜３００℃の温度にさらす必要がある。そのような製造時の負荷が原因で、その後メモリが高温に晒されたときに、基準層のピン止めが失われ、その設定された向きを失うことがある。また、何らかの製造工程で受けた熱により、センス層の特性が知らないうちに影響を受けることもある。
【００１９】
確実にピン止めされた基準層を作成するために、複数の材料層を基準層に使用することは、珍しいことではない。複数の層を使用すると、基準層を確実にピン止めされた状態に保つことができるが、磁気メモリ内の各メモリセルの製造は複雑になる。
【００２０】
磁気メモリセルをデジタイザアレイに使用する場合、各磁気メモリセルは、センス層の磁化の向きが所定の向きになるように初期化される。ユーザがアレイ上でスタイラスを動かすと、スタイラスから放射される磁界により、スタイラスの非常に近くにあるセンス層の磁化の向きが変更される。ユーザが行なった向きの変更は、システムがデジタイザアレイを走査したときに、システムに記録される。そして、ユーザによるスタイラスの次の動きを記録するために、デジタイザアレイが再び初期化される。このような走査と再初期化が数マイクロ秒毎に実施され、ユーザによるスタイラスの動きがシステムに認識される。
【００２１】
ピン止めされた基準層には常に磁界が存在するので、センス層の保磁力は最低でも、上記の強制切替え磁界のオフセットよりも大きくしなければならない。具体的には、センス層の最低保磁力を決める一因は、ピン止めされた基準層が生成するオフセット力である。さらに、基準層の磁界が一定であるとき、センス層の保磁力は、システムが少なくとも読み出し走査処理を終えるまで磁化の向きを維持できるくらいに、十分に大きいものでなければならない。磁化の向きおよび高い保磁力をそのように長い時間維持するためには、比較的大きな電流をデジタイザアレイに流さなければならない。そのため、電源や導線のサイズを、空間や製造コストの点から見て望ましいと思われる通常のサイズよりも大きくしなければならない。
【００２２】
上記のように、デジタイザは、離れたディスプレイに接続されるタッチパッドとして存在する場合もあれば、スタイラスの真下に情報を直接表示するタッチスクリーンとして存在する場合もある。上記の欠点は、そのようなタッチスクリーンディスプレイの場合にも同様に存在する。さらに、タッチスクリーンの応用形態は、ディスプレイ構成要素とデジタイザ構成要素の両方を必要とし、それらを互いに近接して配置しなければならないため、サイズの問題や、構成要素間の空間の問題がさらに大きくなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従って、上で述べた欠点のうちの１または複数を克服する、改善されたデジタイジング磁気メモリセルアレイが必要とされている。本発明はそれらの要望のうちの１または複数を満たすものである。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明は、タッチパッド／タッチスクリーン装置に使用するための軟基準磁気メモリデジタイジング装置を提供する。
【００２５】
具体的には、例示にすぎないが、一実施形態によれば、本発明は軟基準磁気メモリセルのアレイを有する軟基準磁気メモリデジタイジング装置を提供する。各磁気メモリセルは、磁化の向きが変更可能で、その磁化の向きが、磁気的な先端部を有するスタイラスによって加えられるような外部から加えられる少なくとも１つの磁界が実質的に近接して加えられたときに変化することを特徴とする。
【００２６】
さらに、一実施形態によれば、本発明は、各磁気メモリセルが、磁化の向きが変更可能で、その磁化の向きが、外部から加えられる少なくとも１つの磁界が実質的に近接して加えられたときに変化することを特徴とする少なくとも１つの強磁性センス層と、磁化の向きがピン止めされていない少なくとも１つの強磁性軟基準層とを特徴として有し、前記センス層の変更可能な磁化の向きが前記軟基準層の影響を実質的に受けないように構成された磁気メモリセルのアレイを有する軟基準磁気メモリデジタイジング装置を使用する方法を提供する。この方法は、前記アレイの少なくとも一部に外部磁界を加えて少なくとも１つのセンス層の磁化の向きを変更することと、軟基準層の磁化の向きを定める磁界を生成するのに十分な大きさのセンス電流を磁気メモリセルに加え、各セルの抵抗値を読み取ることにより、前記アレイを読み出すことと、実質的に全てのセンス層を所定の向きに整列させるのに十分な大きさのリフレッシュ電流を加えることにより、前記アレイをリフレッシュすることとを含む。
【００２７】
好ましい方法および実施形態に関するそれらの目的、特徴および利点、並びにその他の目的、特徴および利点は、本発明の原理を例として示す添付の図面とともに、以下に記載する詳細な説明から明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
詳細な説明を進める前に、本発明が特定タイプの磁気メモリの使用または応用に限定されないことは、了解しておいてほしい。したがって、説明の都合上、本発明は典型的な実施形態に関して図示および説明されるが、本発明は、他のタイプの磁気メモリにも適用できるものと考えてほしい。
【００２９】
まず図面を、特に図１を参照する。図１は、スタイラスを利用した入力装置として機能する、軟基準磁気トンネル接合メモリセル１０４（ＭＴＪ）のアレイ１０２を含む軟基準磁気メモリデジタイジング装置１００の一部を示す。デジタイザをタッチパッドとして動作させる場合、デジタイザ１００はプロセッサに接続され、プロセッサがデジタイザ１００から情報を受信し、適当な出力をディスプレイ１０６に送る。デジタイザをタッチスクリーンとして動作させる場合、デジタイザはディスプレイに直接接続され、プロセッサを介することなく、メモリセル１０４の状態に応じてディスプレイ１０６が直接駆動される。デジタイザ１００は、アレイの読み出しやアレイの初期化などの動作の際にデジタイザ１００を制御するための制御ロジック１０８をさらに有する。それらの動作は、当業者にとってよく知られたものであり、後でさらに詳しく説明する。
【００３０】
ＭＴＪセル１０４は、少なくとも２つの磁気的状態を記憶する能力を有する。説明のため、初期化時に各ＭＴＪセル１０４に記憶される磁化の向きの初期状態は右向きであるものとする。ＭＴＪセル１０４に外部から磁界を加えるための、磁気的先端部を有するスタイラス１１０が図示されている。スタイラス１１０をデジタイザ１００の表面に沿って動かすとき（トレース線１１２で示す）、スタイラス１１０の先端部から放射される磁界は、スタイラス１１０の先端部に実質的に近接したＭＴＪセル１１４の磁界の向きを変更するだけの十分な大きさを有する。
【００３１】
少なくとも１つの実施形態において、スタイラス１１０の先端部は、既知の磁界を生成する永久磁石を特徴として有する。他の実施形態において、スタイラス１１０の先端部は導電コイルを特徴として有する。また、スタイラス１１０の先端部のサイズに対するＭＴＪセル１０４のサイズは、スタイラス１１０の配置および動きが常に一度に２以上のＭＴＪセル１０４に影響を与えるようなサイズにしてもよい。少なくとも１つの実施形態において、複数のＭＴＪセル１０４をスタイラス１１０の先端部に隣接させると、スタイラス１１０の位置および動きを判定する際の精度が向上する。精度、すなわちスタイラスに対するＭＴＪセル１０４の比は、デジタイザ１００にとって望ましい特定の応用形態にあわせて調節してよい。
【００３２】
ＭＴＪセル１０４がそれに近接して置かれた磁気スタイラス１１０に応答する能力は、図２Ａおよび図２Ｂを参照すると、完全に理解することができるであろう。図２Ａはデジタイザ１００の側部断面図であり、図２Ｂはデジタイザ１００の一部に関する斜視図である。スタイラス１１０とＭＴＪセル１０４の間の相互作用は磁界によるものであるから、それらが互いに物理的に接触する必要はない。したがって、ＭＴＪセル１０４のアレイ１０２は、デジタイザ１００の外側表面２００の下に保護されるようにして配置してもよい。さらに、タッチスクリーンの応用形態の場合、デジタイザ１００はディスプレイ（たとえば液晶ディスプレイ）の後ろに配置してもよい。
【００３３】
図示のように、ＭＴＪセル１０４は、少なくとも１つの強磁性センス層２０２と、中間層２０４と、少なくとも１つの軟基準層２０６と有する。強磁性センス層２０２は、磁化Ｍ２の向きが変更可能であることを特徴とする。磁化Ｍ２の向きは、外部から印加される少なくとも１つの磁界２１２が極めて近接して加えられたときに変更される。もっと簡単に言うと、センス層は、外部磁界２１２の存在を「検知」し、それに応じて自らの磁化の向きを変更することができる。中間層２０４は互いに反対方向を向いた２つの面を有する。中間層２０４の一方（第１）の面に接触するセンス層２０２は、他方（第２）の面に接触する軟基準層に対して垂直方向に位置合わせされ、軟基準層から実質的に均一な間隔を空けて配置される。
【００３４】
軟基準層２０６がそのように呼ばれる理由は、磁化Ｍ１の向きを既知の向きに動的に設定することができるからである。そのような動的設定は、ＭＴＪセル１０４の部分で交差する行２０８および列２１０を通して外部から供給される電流により生成される磁界によって行なうことができる。具体的には、行２０８を流れる電流が第１の磁界を生成し、列２１０を流れる電流が第２の磁界を生成する。そして、それら２つの磁界が両者の交点において互いに直交し、実質的に結合される。
【００３５】
ＭＴＪセル１０４は、システムが所与のＭＴＪセル１０４を個別に選択できるように交点に配置される。その場合、軟基準層２０６の磁化Ｍ１の向きを既知の方向に設定するために行２０８および列２１０に加えられる電流の大きさは比較的小さい。この電流がセンス層２０２の磁化Ｍ２の状態や、他の選択されないメモリセルの磁化を変更することはない。選択されないメモリセルは、多くてもその結合された磁界の半分しか受けない。行２０８および列２１０に加えられるこの電流がなくなると、Ｍ１の向きは自由になる。
【００３６】
一般に、軟基準層２０６の整列は、読出しサイクルの際に行なわれるイベントである。軟基準層２０６の磁化Ｍ１を既知の向きに設定した場合、それをセンス層２０２のＭ２の方向と比較することで、メモリビットセルの状態「０」または「１」状態が判定される。軟基準層が「軟〜」と呼ばれる理由は、軟基準層２０６が一般に磁気的に軟らかい材料から形成され、多くの従来のピン止めされた基準層に使用されるような硬くピン止めされた材料から形成されるものではないからである。軟基準層を使用する場合、磁化Ｍ１をどちらの向きにするかに関して取り決めを行なうのが一般的である。
【００３７】
Ｍ１とＭ２の比較は、ＭＴＪセル１０４の抵抗値を測定することによって行われる。ＭＴＪセル１０４に抵抗が発生する現象は、磁気メモリの技術分野でよく知られており、ＴＭＲメモリセルについてもよく知られている。ＧＭＲとＣＭＲメモリセルの磁気的挙動は似ているが、電気的導通の仕組みが異なるので、それらの磁気抵抗は異なる物理現象によって発生する。たとえば、ＴＭＲに基づくメモリセルの場合、その現象は量子力学的トンネル現象またはスピン依存トンネル現象と呼ばれる。ＴＭＲメモリセルの場合、中間層２０４は誘電体材料からなる薄い障壁であり、その障壁の中を電子が量子力学的に突き抜けて、センス層２０２と軟基準層２０６の間で移動する。
【００３８】
ＧＭＲメモリセルの場合、中間層２０４は、磁性体ではない導電性材料からなる薄いスペーサ層である。この導電性は、中間層２０４を通り抜けてセンス層２０２と軟基準層２０４との間を移動する電子のスピンに依存した散乱によるものである。どちらの場合も、センス層２０２と軟基準層２０６の間の抵抗値は、磁界Ｍ１とＭ２の相対的な向きに応じて増減する。その抵抗値の差を検出することにより、センス層２０２が論理状態「０」を記憶しているのか、論理状態「１」を記憶しているのかを判定することができる。
【００３９】
少なくとも１つの実施形態において、強磁性センス層２０２は、軟基準層２０６よりも高い保磁力を有し、限定はしないが、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、およびそれらの金属の合金などの材料から形成される。さらに、軟基準層２０６およびセンス層２０２はいずれも、複数の材料層から形成してもよい。しかしながら、概念を簡単にし、説明を容易にするために、ここでは各層の構成が単層であるものとして説明する。
【００４０】
少なくとも１つの実施形態において、中間層２０４は、センス層２０２を軟基準層２０６から分離および絶縁する絶縁性材料（誘電体）から形成されたトンネル層である。誘電体の中間層２０４に適した誘電体材料としては、限定はしないが、酸化シリコン（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化シリコン（ＳｉＮｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮｘ）、および酸化タンタル（ＴａＯｘ）などがある。
【００４１】
少なくとも１つの他の実施形態において、中間層２０４は、元素の周期表に列挙される３ｄ、４ｄまたは５ｄ遷移金属のような非磁性材料から形成されるトンネル層である。非磁性体の中間層２０４に適した非磁性材料としては、限定はしないが、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、および銀（Ａｇ）などがある。中間層２０４の実際の厚さは中間層２０４の形成に使用される材料、および所望のトンネルメモリセルのタイプによって異なるものの、一般的には、中間層２０４の厚さは約０．５ｎｍ〜約５．０ｎｍである。
【００４２】
ＭＴＪセル１０４における軟基準層の使用には、いくつかの利点がある。軟基準層は磁化の向きが実質的に固定されていないので、磁化の向きが固定された基準層を作成するときのように製造時にＭＴＪセル１０４を高温にさらす必要は必ずしもない。また、ピン止めされた基準層を実現するためには、特別な材料からなる複数の層を用いた複雑な製造手順が必要になることが多い。さらに、軟基準層２０６には一定の磁界が実質的に存在しないので、軟基準層２０６から発生する消磁界がセンス層２０２に影響を与える可能性は小さく、強制切替え磁界のオフセットがなくならないまでも減少する。
【００４３】
オフセット磁界を実質的になくすことには大きな利点がある。それにより、まず、センス層２０２の保磁力を選択する際にオフセット磁界の問題を考慮する必要がなくなる。さらに、センス層２０２の保磁力が軟基準層２０６の保磁力よりも大きいものでさえあれば、そして軟基準層２０６の磁化の向きが読出し動作の際に意図した向きになっているだけでよいことを考慮すると、センス層２０２の保磁力に所望の保磁力を選択すれば、軟基準層２０６自体の内部に存在する磁界は実質的に無視することができる。
【００４４】
言い換えると、センス層２０２の保磁力は、従来技術のデジタイジング装置のセンス層の保磁力に比べて大幅に小さくすることができる。センス層２０２の保磁力を小さくすることにより、ＭＴＪセル１０４を初期化するのに必要とされる電流要件が緩和され、もっと小さな電源および／またはトランジスタを使用することが可能になる場合がある。さらに、センス層２０２の保磁力を小さくすると、スタイラス１１０から放射する磁界２１２の強度も下げることができる。スタイラス１１０の磁界２１２を小さくすると、デジタイザを他の敏感な電子機器の近くに置くときに必要となる磁気シールドも減らすことができるので有利である。
【００４５】
アレイ１０２を構成するＭＴＪセル１０４は、互いに独立して、またスタイラスとも独立して動作してもよい。その場合、例えば多指スタイラスグローブのように、互いに独立して動作する２以上のスタイラス１１０を使用することができる。
【００４６】
上で述べたように、ディスプレイ内の制御ロジック１０８は、アレイの読み出しやアレイの初期化といった、動作の指示を行なう。それらのタスクは、当業者にとって周知の、デジタイザ内の駆動用補助電子回路を用いて実行される。ＭＴＪセル１０４に近接させてスタイラス１１０を動かすことにより、センス層２０２の磁化の向きが初期位置から切り替わる。この切替えを記録するために、少なくとも１つの実施形態では、制御ロジック１０８が周期的に動作する。第１のサイクルでは、行２０８および列２１０を系統的に選択してアレイ１０２内の各ＭＴＪセル１０４に小さな読み出し電流を系統的に流し、検出された抵抗値を記録する。第２のサイクルでは、比較的大きな初期化電流を各セルに流し、向きが変更される可能性のある全てのセンス層２０２の向きをリセットする。この初期化動作は、アレイ１０２内の全ＭＴＪセル１０４に対して適用され、特定の行２０８および列２１０をアドレス指定することなく、全ＭＴＪセル１０４に対して実質的に同時に適用される。スタイラスの存在および位置を高い確率で検出できるようにするため、サイクル時間は約０．１〜５ミリ秒にする。さらに、このサイクル時間は、ユーザがスタイラス１１０を動かす可能性がある速度よりも速くなるように設定する。
【００４７】
少なくとも１つの実施形態において、読み出しサイクルは能動的なものにする場合がある。具体的には、デジタイザ１００は、読み出し状態と初期化状態を周期的に繰り返し、ＭＴＪセル１０４のアレイ１０２に常に電流が流れるようにする場合がある。他の実施形態において、読み出しサイクルは受動的なものにしてもよい。具体的には、デジタイザ１００は、オフ状態を含むサイクル、すなわち、読み出し、リフレッシュ、およびオフからなるサイクルと、読み出し、およびリフレッシュからなるサイクルとを周期的に繰り返す場合がある。電源を温存するためには、休止状態を含めるとよい場合がある。
【００４８】
センス層２０２の状態は読み出しサイクル中だけ維持されればよいので、少なくとも１つの実施形態では、センス層２０２の保磁力を非常に小さくすることができ、従来技術のＭＴＪセル１０４とは異なり、センス層２０２がその状態を永久に維持することはない。製造コストが削減され、電力要件（物理的サイズや電流強度など）が大幅に緩和され、スタイラス１１０の磁界および初期化磁界が低減され、一定の時間間隔でＭＴＪセル１０４が再初期化されることを考慮すれば、多くの用途において、従来のような長い寿命は不要であり、無用な条件である。
【００４９】
図３に示すように、少なくとも１つの実施形態において、ディスプレイ３００はＭＴＪ１０４のアレイ１０２の少なくとも一部に一体化される場合がある。ディスプレイ３００は、ピクセル３０２のアレイを特徴として有する。そのような状況の場合、各ＭＴＪセル２０２をさらに少なくとも１つのピクセル３０２に接続し、デジタイザ１００のＭＴＪセル１０４によってディスプレイ３００のピクセル３０２を能動的に制御することにより、タッチスクリーンが実現される。そのようなタッチスクリーンの応用形態に使用されるディスプレイパネルは一般に、アクティブマトリクス方式のトランジスタを有し、当業者にはよく知られている。ここで、アレイ１０２のＭＴＪセル１０４は、トランジスタのアレイに少なくとも一対一の関係で接続される。それにより、各ＭＴＪセル２０２内のセンス層２０１の状態を用いて、ディスプレイ３００のピクセル３０２が制御される。
【００５０】
図４は、１つのタッチスクリーンディスプレイシステムに一体化されたＭＴＪセル１０４によって制御されるような、ピクセルのアレイの一部を示す概略図である。ピクセル４００（破線で示す）、ピクセルイネーブル線４０２、行電圧線４０４、および列電圧線４０６が図示されている。ＭＴＪセル１０４は、行電圧線４０４と列電圧線４０６の間に固定される。そして、さらに電圧線４０６が、電界効果トランジスタ４０８、または他の適当なスイッチングデバイスに接続される。トランジスタ４０８の電源はピクセルイネーブル線４０２に接続される。それにより、トランジスタ４０８は、ＭＴＪセル１０４の状態に応じてピクセルダイオード４１０を制御する。各ピクセルダイオード４１０は、キャパシタ４１２に接続され、ピクセルダイオード４１０がアクティブのときに、ピクセルダイオード４１０に対して一定の電源として機能する。
【００５１】
概略図に示した単一のピクセルは、赤色ピクセル、緑色ピクセルおよび青色ピクセルを再現することができ、それによりディスプレイはＲＧＢマトリクスとして色を再現する。さらに、色の強さのバランスをとるために、ある色のピクセルを他の色のピクセルに比べて多数配置してもよい。あるいは、ピクセルの色の強さを他のメモリセルによって制御してもよい。
【００５２】
軟基準磁気デジタイザ１００の物理的構造に関する説明を終わりにし、次に、図５に示すフロー図を参照して、軟基準磁気デジタイザ１００を動作させる方法について説明する。当然ながら、この動作方法は、本明細書に記載する順番で実行する必要は必ずしもない。本明細書に記載する説明は、軟基準磁気デジタイザ１００を使用する１つの方法を例示したものにすぎない。
【００５３】
まず、ブロック５００に示すように、上記のような軟基準磁気デジタイザ１００を形成し、それをユーザに提供する。デジタイザを作成する方法によっては、ブロック５０２に示すように、アレイ１０２の各ＭＴＪセル１０４のセンス層２０２を初期化して、実質的に全てのセンス層を所定の向きに整列させることが望ましい場合がある。
【００５４】
ブロック５０４に示すように、ユーザはスタイラスを用いて、図１にトレース線１１２で示したように外部磁界２１２を加える。スタイラス１１０の磁界２１２の影響により、スタイラス１１０の磁界２１２に近接するＭＴＪセル１０４のセンス層２０２は、その向きが変更される。
【００５５】
ブロック５０６に示すように、デジタイザ１００の制御ロジック１０８は、周期的な時間間隔でアレイ１０２のＭＴＪセル１０４にセンス電流を系統的に加える。このセンス電流の大きさは、軟基準層２０６の磁化の向きを所定の向きに整列させるのに十分なだけの大きさにする。次に、ＭＴＪセルの抵抗値を測定して、その値を評価し、センス層２０２が初期の所定の向きから変更されたか否かを判定する。
【００５６】
判断ブロック５０８に示すように、抵抗値の評価結果が、変更ないことを示すものである場合、制御ロジック１０８は、アレイ１０２の残りのＭＴＪセル１０４について処理を継続する。抵抗値の評価結果がセンス層２０２が実際に変更されたことを示すものである場合、ブロック５１０に示すように、制御ロジックは何らかのイベントの実行を指示する。少なくとも１つの実施形態において、このイベントは、デジタイザ１００上での磁気スタイラス１１０の軌跡に対応する画像をディスプレイ上に表示するイベントである。デジタイザからコンピュータシステムへ向けた信号のようなイベントを代わりに又はさらに実施し、アプリケーションの起動のような所望のイベントを実行させてもよい。
【００５７】
場合によっては、デジタイザはタッチスクリーン装置として形成されることがある。ピクセル制御をＭＴＪセル１０４の状態に関連付ける上の説明によれば、ディスプレイのピクセル４００は、ユーザが磁界２１２を加えた位置に近接する場所に対応する視覚的画像を提供する。
【００５８】
ブロック５１０でイベントを開始した後、制御ロジック１０８は、アレイ１０２の残りのＭＴＪセル１０４について処理を継続する。アレイ１０２の読み出し走査の後、制御ロジック１０８は、アレイ１０２内の実質的に全てのセンス層を所定の向きに整列させるのに十分なだけのリフレッシュ電流を加えることにより、ブロック５１２に示すようにアレイ１０２をリフレッシュする。少なくとも１つの実施形態において、このアレイリフレッシュ動作は、一度に１個のＭＴＪセル１０４にアクセスする系統的な処理として実施される。他の実施形態において、このリフレッシュアレイ動作は、複数のＭＴＪセル１０４に実質的に同時にアクセスすることにより実施される場合もある。
【００５９】
判断ブロック５１４に示すように、軟基準磁気デジタイザ１００の動作を続けたい場合、本方法はブロック５０４へ戻り、ユーザがスタイラス１１０を用いて外部磁界２１２を再び与える。
【００６０】
制御ロジック１０８を拡張し、たとえばスタイラス１１０を長時間動かさずに置くことにより、イベントを実行したいというユーザの望みを認識することもできる。スタイラス１１０が界磁コイルを用いて磁界２１２を生成するような他の実施形態の場合、スタイラス１１０をデジタイザ１００の表面２００に押し付けることにより、暫くのあいだ磁界２１２の強度を高め、それにより、もっと大きな半径内のＭＴＪセル１０４に影響を与えることもできる。
【００６１】
上記のように、デジタイザ１００は、２以上のスタイラス１１０を受け入れることもできる。そのような場合、制御ロジックは、複数のスタイラス１１０から影響を受けるＭＴＪセル１０４を適当に関連付けることができる。
【００６２】
本発明は好ましい実施形態を参照して説明してあるが、当業者であれば、本発明の範囲から外れることなく、種々の変更、変形よび改善を施すことができ、また、発明の構成要素やステップの代わりに同等のものを使用してもよいことが分かるであろう。また、特定の状況または特定の材料に合わせて、発明の実質的範囲から外れることなく、本発明の示唆に多数の修正を施すこともできる。上に記載した説明の中では明示的に述べていないが、そのような変更、変形、修正および改善についても、本発明の範囲および思想の中に入れることを意図している。従って、本発明が、発明の実施を考慮して最良の実施形態として開示した特定の実施形態に限定されることはない。本発明は、特許請求の範囲に記載した発明に該当する全ての実施形態を含む。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による軟基準磁気メモリデジタイジング装置を示す概略図である。
【図２Ａ】図１に示す軟基準磁気メモリデジタイジング装置の一部を示す断面図である。
【図２Ｂ】図１に示す軟基準磁気メモリデジタイジング装置の一部を示す斜視図である。
【図３】一体に構成されたディスプレイをさらに有する図１の軟基準磁気メモリデジタイジング装置の一部を示す断面図である。
【図４】図３に示すディスプレイのピクセルを制御する軟基準磁気メモリセルの概略図である。
【図５】先の図面に記載された軟基準磁気メモリデジタイジング装置の動作を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  軟基準磁気メモリデジタイジング装置
１１０  スタイラス
１０２  アレイ
１０４  磁気メモリセル
１０６  ディスプレイ
２０２  センス層
２０４  中間層
２０６  軟基準層
２１２  外部磁界
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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