(57)【要約】【課題】  ＭＲＡＭデバイスに対する書込み電流の大きさを調節して最適範囲に維持すること。【解決手段】  磁気メモリセル書込み電流閾値検出器（５１０）。この磁気メモリセル書込み電流閾値検出器（５１０）は、書込み電流を受け取って該書込み電流が第１の閾値を超えたときを判定するための第１のＭＲＡＭテストセル（５１２）と、書込み電流を受け取って該書込み電流が第２の閾値を越えたときを判定するための第２のＭＲＡＭテストセル（５１４）とを含む。【選択図】図５
2005216469.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の電流閾値を検出するための第１のテストメモリセル（４１０）と、
第２の電流閾値を検出するための第２のテストメモリセル（４２０）と
からなる電流閾値範囲検出器（４００）。
【請求項２】
前記第１のテストメモリセル（４１０）および前記第２のテストメモリセル（４２０）に加えられる電流は、極性が交互に反転するパルスを含む、請求項１に記載の電流閾値範囲検出器。
【請求項３】
前記第１のテストメモリセル（４１０）は、前記第１の電流閾値と少なくとも同じ大きさを有する電流によって生成される磁界がかけられたときに磁気的向きを切り替えるように構成された第１のＭＲＡＭセルである、請求項１に記載の電流閾値範囲検出器。
【請求項４】
前記第２のテストメモリセル（４２０）は、第２の電流閾値と少なくとも同じ大きさを有する電流によって生成される磁界がかけられるときに磁気的向きを切り替えるように構成された第２のＭＲＡＭセルである、請求項１に記載の電流閾値範囲検出器。
【請求項５】
前記第１のＭＲＡＭセルの保磁力は、前記第１のＭＲＡＭセルのサイズ、前記第１のＭＲＡＭセルの形状、隣接する書込み導体の形状、前記第１のＭＲＡＭセルと前記書込み導体との間の距離のうちの少なくとも１つを予め選択することにより選択される、請求項３に記載の電流閾値範囲検出器。
【請求項６】
前記第２のＭＲＡＭセルの保磁力は、前記第２のＭＲＡＭセルのサイズ、前記第２のＭＲＡＭセルの形状、隣接する書込み導体の形状、前記第２のＭＲＡＭセルと前記書込み導体との間の距離のうちの少なくとも１つを予め選択することにより選択される、請求項４に記載の電流閾値範囲検出器。
【請求項７】
書込み電流を受け取って該書込み電流が第１の閾値を超えたときを検出するための第１のＭＲＡＭテストセル（５１２）と、
書込み電流を受け取って該書込み電流が第２の閾値を超えたときを検出するための第２のＭＲＡＭテストセル（５１４）と
からなる磁気メモリセル書込み電流閾値検出器。
【請求項８】
前記第１の閾値電流は、ＭＲＡＭセルアレイ（５００）内のＭＲＡＭセルを確実に切り替えるための書込み電流の大きさに対応する、請求項７に記載の磁気メモリセル書込み電流閾値検出器。
【請求項９】
前記第２の閾値電流は、半選択エラーを生じることなくＭＲＡＭセルアレイ（５００）内のＭＲＡＭセルを確実に切り替えるための書込み電流の大きさに対応する、請求項７に記載の磁気メモリセル書込み電流閾値検出器。
【請求項１０】
前記書込み電流は、極性が交互に反転するパルスを含む、請求項７に記載の磁気メモリセル書込み電流閾値検出器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して電子回路に関する。詳しくは、本発明は電流閾値検出器に関する。
【０００２】
関連出願の相互参照
本出願は、２００３年９月８日に出願された「An Apparatus and Method for Generating a Write Current for a Magnetic Memory Cell」と題するFred Pernerによる米国特許出願第１０／６５８，４４２号に関連する。
【背景技術】
【０００３】
不揮発性メモリとは、メモリに接続された電源をオフにしても、その内容（データ）を保持するメモリである。磁気ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は不揮発性メモリの一種である。論理状態、すなわちビットをＭＲＡＭに記憶するためには、ＭＲＡＭ内のＭＲＡＭセルの磁界の向きを設定する。ＭＲＡＭセルに対して電源をオフにしても、その磁界の向きはそのまま維持される。
【０００４】
図１はＭＲＡＭセル１００を示す。ＭＲＡＭメモリセル１００は、軟磁性領域１２０、誘電体領域１３０、および硬磁性領域１１０を有する。軟磁性領域１２０の磁化の向きは固定ではなく、矢印Ｍ１で示すような２つの安定した向きをとりうる。それら２つの向きは、硬磁性領域１１０の磁化の向きに対して平行な向き、および反平行な向きである。ＭＲＡＭメモリセル１００の論理状態は、軟磁性領域１２０の磁化の向きによって決まる。矢印Ｍ２で示すように、硬磁性領域１１０（ピン止め磁性領域とも呼ばれる）の磁化の向きは固定である。誘電体領域１３０は一般に、軟磁性領域１２０と硬磁性領域１１０との間を絶縁する働きをする。
【０００５】
ＭＲＡＭメモリセルは一般に、ワード線（ＷＬ）とビット線（ＢＬ）との交点付近に配置される。ＭＲＡＭメモリセルの磁化の向きは、ワード線およびビット線を流れる電流の向きを制御することによって設定する（書き込む）ことができる。すなわち、それらの電流によって発生する磁界の向きを制御することによって設定することができる。なお、書込み線は、メモリセルに記憶された論理値の読み出しにも使用されることがある。
【０００６】
ＭＲＡＭメモリセルの読み出しは、ＭＲＡＭメモリセルの抵抗値を検出することによって行なわれる。この抵抗値はワード線およびビット線を介して検出される。一般に、磁気メモリセルの抵抗値（すなわち論理値）は、データ層および基準層における磁化の相対的向きによって決まる。たとえば、データ記憶層の磁化の全体的向きが基準層のピン止めされた磁化の向きに対して平行である場合、その磁気メモリセルは低抵抗状態にある。逆に、データ記憶層の磁化の全体的向きが基準層のピン止めされた磁化の向きに対して反平行である場合、そのトンネル接合メモリセルは高抵抗状態にある。磁気メモリセルの状態を切り替えるための切替え磁界の大きさは時間とともに変化する可能性があるため、磁気メモリセルの状態を切り替える処理はさらに複雑になる。
【０００７】
図２はＭＲＡＭメモリセルアレイ２１０を示す。行デコーダ２２０および列デコーダ２３０はビット線およびワード線を選択し、選択された１本のビット線（ＢＬ）および選択された１本のワード線（ＷＬ）に電流を流すことにより、１つのメモリセルを選択する。たとえば、選択されたビット線２６０および選択されたワード線２７０に電流を流すことにより、１つのメモリセル２５０を選択する。誘導される磁界の大きさは、ＭＲＡＭメモリセルアレイ２１０内の選択されたメモリセルの磁化の向きを確実に設定できるくらい十分な大きさでなければならない。メモリセルの論理状態は、対応するワード線およびビット線を介してセンス増幅器２４０によって検出される。
【０００８】
ＭＲＡＭメモリセルアレイ２１０は、メモリセルに書込みを行う際に、半選択エラーを引き起こすことがある。メモリセルへの書込みは、特定のビット線（ＢＬ）の選択と、特定のワード線（ＷＬ）の選択とによって行なわれる。半選択エラーが発生するのは、選択されたビット線と選択されていないワード線とに関連するメモリセルの状態が変化した場合、または選択されていないビット線と選択されたワード線とに関連するメモリセルの状態が変化した場合である。半選択エラーがＭＲＡＭメモリの性能を劣化させることは明らかである。メモリセルへの書込み電流の大きさを調節し、過度の半選択エラーが発生するような大きさにならないようにする必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ＭＲＡＭメモリセルアレイ内のＭＲＡＭメモリセルの半選択エラーを自動的に最小限に抑えることが必要とされている。また、ＭＲＡＭメモリセルへの書込み処理は、信頼性が高く、安定したものにするのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の実施形態は、電流閾値範囲検出器を含む。電流閾値範囲検出器は、第１の電流閾値を検出するための第１のテストメモリセルと、第２の電流閾値を検出するための第２のテストメモリセルとを含む。
【００１１】
本発明の第２の実施形態は、磁気メモリセル書込み電流閾値検出器を含む。磁気メモリセル書込み電流閾値検出器は、書込み電流を受けとり、該書込み電流が第１の閾値を超えたときを検出するための第１のＭＲＡＭテストセルと、書込み電流を受け取り、該書込み電流が第２の閾値を超えたときを検出するための第２のＭＲＡＭテストセルとを含む。
【００１２】
本発明の他の態様および利点は下記の説明から明らかになるであろう。下記の説明では本発明の原理を例として示す添付の図面を参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図３は、磁気メモリ書込み電流と起こり得る磁気メモリ書込みエラーとの間の関係を示すグラフである。図３は、書込み電流が第１の閾値電流（Ｉ１）未満であるときに、メモリセル書込みエラーが発生することを示している。書込み電流が第１の閾値（Ｉ１）未満であると、書込み電流によって生成される磁界が小さすぎて、メモリセルに対する安定した書込みを行うことができない。
【００１４】
図３は、磁気メモリセルアレイ内の磁気メモリセルに対する書込み電流が第２の閾値電流（Ｉ２）よりも大きいときに、アレイ内の磁気メモリセルに半選択エラーが発生する可能性が高いことを示している。半選択エラーが発生するのは、選択されたビット線と選択されていないワード線とに関連するメモリセルの状態が変化した場合、または選択されていないビット線と選択されたワード線とに関連するメモリセルの状態が変化した場合である。一般に、半選択エラーは、書込み電流の大きさが大きすぎて所望のメモリセル以外の他のメモリセルの磁気的状態が変化したときに発生する。
【００１５】
図３に示すように、磁気メモリセルアレイ内の磁気メモリセルに対する書込み電流には、一般に最適な範囲が存在する。最適な範囲は、磁気メモリセルに確実に書込みすることができるくらい十分に大きく、且つ磁気メモリセルアレイ内の半選択エラーを最小限に抑えるくらい十分に小さい範囲である。
【００１６】
図４は、電流閾値範囲検出器４００の一例を示す。電流閾値範囲検出器４００は、第１の電流閾値を検出するための第１のテストメモリセルセル４１０と、第２の電流閾値を検出するための第２のテストメモリセル４２０とを含む。閾値検出すべき電流を第１のテストメモリセル４１０および第２のテストメモリセル４２０に近接して配置された書込み導体４３０に流す。流れる電流が第１の電流閾値よりも大きい場合、流れる電流によって誘導された磁界４３５により、第１のテストメモリセル４１０の磁気的向きが変化する。流れる電流が第２の電流閾値よりも大きい場合、流れる電流によって誘導された磁界４３５により、第２のテストメモリセル４２０の磁気的な向きが変化する。
【００１７】
第１のテストメモリセル４１０の一実施形態は、第１の電流閾値に相当する磁界を有する電流によって生成される磁界を加えたときに磁気的向きを切り替えるように構成された第１のＭＲＡＭセルを含む。第２のテストメモリセル４２０の一実施形態は、第２の電流閾値に相当する磁界を有する電流によって生成される磁界を加えたときに磁気的向きを切り替えるように構成された第２のＭＲＡＭセルを含む。出力Ｏｕｔ１、Ｏｕｔ２は、第１のテストメモリセル４１０および第２のテストメモリセル４２０の磁気的向きを表す出力値である。
【００１８】
機能的には、第１のＭＲＡＭセルは、少なくとも第１の電流閾値の大きさの電流を加えたときにその磁気的向きが変化するように構成され、第２のＭＲＡＭセルは、少なくとも第２の電流閾値の大きさの電流を加えたときにその磁気的向きが変化するように構成される。上で述べたように、第１および第２のＭＲＡＭセルの磁化の向きが変化すると、第１および第２のＭＲＡＭセルの抵抗値も変化する。したがって、加えた電流が第１および第２の閾値を越えたときを検出することができる。第１および第２の電流閾値は、第１および第２のＭＲＡＭセルの複数の物理的パラメータ、例えば形状、寸法、厚さ、および材料の性質などのうちの少なくとも１つを変更することにより、選択することができる。
【００１９】
図５は、電流閾値検出器５１０を含む磁気メモリセルアレイ５００の一例を示す。書込み電流発生器５２０は、磁気メモリセルアレイ内の選択されたメモリセルに対して書込みを行うための書込み電流を生成する。電流閾値検出器５１０は、その書込み電流が磁気メモリセルのアレイ５００内のメモリセルに確実に書込みできるくらいに十分に大きく、半選択エラーが発生するほど大きくないときを示す。
【００２０】
電流閾値検出器５１０の一例は、書込み電流の大きさが磁気メモリセルに確実に書込みできるくらい十分に大きい場合を検出するための第１のテスト磁気メモリセル５１２と、書込み電流の大きさが大きすぎるため、磁気メモリセルに書込みを行うと、半選択エラーが発生する場合を検出するための第２のテスト磁気メモリセル５１４とを含む。磁気メモリセルに確実に書込みを行うための書込み電流の範囲は、実験や特性分析によって予め判定しておいてもよい。
【００２１】
第１および第２のテスト磁気メモリセル５１２、５１４は、磁気メモリセルのアレイ５００の磁気メモリセルよりも物理的に大きくしてもよい。メモリセルの物理的サイズを大きくすると、磁気メモリセルの磁化の向きを切り替えるための閾値電流を正確に選択するのが容易になるので有利である。磁気メモリセルを大きくすると、磁気的向きを変化させるのに必要とされる電流の大きさは、小さくなる傾向にある。換算係数を用いると、テスト磁気メモリセルの切替えと、磁気メモリセルアレイ５００の磁気メモリセルの切替えとを一対一に正確に対応させることができる。
【００２２】
テスト磁気メモリセルの大きさを関連するメモリセルアレイのメモリセルに比べて大きくすると、テスト磁気メモリセルの製造は容易になり、テスト磁気メモリセルが超常磁性効果を受ける可能性も低くなる。超常磁性効果を受けると、書込み電流を加えなくても、小さなビットの磁化の向きが自然に反転するようになる。一般に、アレイ内の各メモリセルは、リソグラフィ形成プロセスによって可能な限り小さな形に形成されるため、メモリセルの形状を制御することは難しい。十分に大きなテスト磁気メモリセルの形状を制御することは、非常に簡単である。
【００２３】
図６は、本発明のさらに他の原理を実施するメモリアレイ書込み手段を示す。この実施形態は、電流デジタル／アナログコンバータ（ｉＤＡＣ）６１５およびコントローラ６４０を含む。電流閾値検出器５１０は、第１および第２の電流閾値を超えたときに、コントローラ６４０にフィードバックを行なう。コントローラ６４０は、ＩＤＡＣ６１５に供給するデジタル値をインクリメントまたはデクリメントすることにより、書込み電流を増減する。
【００２４】
図７は、ＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の強度を示すグラフである。グラフの第１の軸はＨｘ軸であり、グラフの第２の軸はＨｙ軸である。一般に、図示した磁気トンネル接合メモリセルのＸ軸は、磁気トンネル接合メモリセルの最も長い断面寸法に対応する。すなわち、磁気トンネル接合メモリセルの最も安定した磁気的向きに対応する。したがって、磁気トンネル接合メモリセルの２つの安定した磁気的向きは、メモリセルのＸ軸に対して平行および反平行である。
【００２５】
図７は、磁気メモリセルの軟磁性領域の磁化の向きを「反転」すなわち変化させるために必要とされる磁界強度を示している。たとえば、図７のグラフの第１象限７０５は、ＭＲＡＭメモリセルに様々な値のＨｙ磁界をかけたときに、ＭＲＡＭメモリセルの磁気的状態を変化させることができるＨｘ磁界を示している。第１の切替え点７１０は、Ｈｙ磁界強度が第１のレベルＨｙ１であるとき、第１のレベルＨｘ１のＨｘ磁界強度によって、メモリセルの磁気的状態を変化させることができることを示している。第２の切替え点７２０は、Ｈｙ磁界強度が第２のレベルＨｙ２であるときに、第２のレベルＨｘ２のＨｘ磁界強度によって、メモリセルの磁気的状態を変化させることができることを示している。第２の切替え点７２０における磁界強度Ｈｘ２は、第１の切替え点７１０における磁界強度Ｈｘ１よりも大きい。
【００２６】
このような磁気メモリセルのＨｙ、Ｈｘ切替え特性に関する情報を用いると、半選択エラーを最小限に抑えるＨｙ、Ｈｘ磁界を選択することができる。具体的には、選択されたメモリセルのＨｙ磁界を増加させると、磁気メモリセルに書込みを行うためのに必要とされるＨｘ磁界は減少する。磁気メモリセルアレイ内の他の選択されていない磁気メモリセルは、ごく僅かなＨｙ磁界しか持たないので、状態を変化させるために比較的大きなＨｘ磁界を必要とする。選択されたメモリセルは、半選択エラーを無理なく最小限に抑えることができる範囲で、可能な限り大きなＨｙ磁界（Ｈｙ磁界の最大レベルは通常、電力損失によって制限される）を有する書込み電流を含むべきである。
【００２７】
磁気メモリセルのＨｙ、Ｈｘ切替え特性を用いると、書込みエラーを最小限に抑えることもできる。具体的には、選択されたＨｙに対し、選択されたメモリセルに対する適切な書込みが保証されるＨｘ磁界を選択する。すなわち、選択された磁気メモリセルに対して確実な書込みができるくらい十分に大きなＨｘ磁界を選択する。ただし、半選択エラーが発生するほどＨｘ磁界を大きくすることはできない。
【００２８】
図８は様々な形状のメモリセル、すなわち、書込み電流に対するメモリセルの磁化の向きの感度が様々に異なるメモリセルを示している。これらの様々な形状のメモリセルは、メモリセルの磁気的向きを切り替えるために必要とされる閾値電流を正確に選択するために使用される。向きのインジケータ８０５は、これらの様々なメモリセル形状の相対的なＸ軸およびＹ軸の向きを示している。一般に、Ｘ軸はメモリセルの最も長い断面寸法に対応する。すなわち、メモリセルの最も安定した磁気的向きに対応する。
【００２９】
第１のメモリセル形状８１０はメモリセルの大部分をメモリセル８１０の両端部に有する。メモリセルのＸ軸寸法はメモリセルのＹ軸寸法よりも大幅に長い。図８に示したメモリセル形状の中では通常、メモリセル形状８１０が最も安定している。
【００３０】
第２のメモリセル形状８２０は楕円形を有する。第１のメモリセル形状８１０と同様に、このメモリセルのＸ軸寸法もＹ軸寸法に比べて大幅に長い。第２のメモリセル形状８２０は、端部に有するメモリ材料が第１のメモリセル形状８１０に比べて少ない。第２のメモリセル形状８２０は一般に非常に安定しているが、第１のメモリセル形状８１０よりも安定性は低い。
【００３１】
第３のメモリセル形状８３０は矩形を有する。第１のメモリセル形状８１０と同様に、このメモリセルのＸ軸寸法もＹ軸寸法に比べて大幅に長い。第３のメモリセル形状８３０は、端部に有するメモリ材料が第１のメモリセル形状８１０に比べて少ない。第３のメモリセル形状８３０は一般に非常に安定しているが、第１のメモリセル形状８１０および第２のメモリセル形状８２０よりも安定性は低い。
【００３２】
第４のメモリセル形状８４０は円形を有する。他のメモリセル形状８１０、８２０、８３０とは異なり、このメモリセルのＹ軸寸法はＸ軸寸法と概ね同じ長さである。第４のメモリセル形状の磁気的向きは非常に不安定である。このメモリセル形状は、磁気的向きが非常に簡単に変化するので望ましくない。
【００３３】
図９は、同じ物理的構造をもつ様々なメモリセル形状について、ＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から加える磁界の相対強度を示すグラフである。
【００３４】
第１の曲線９１０は、Ｙ軸寸法０．１８μｍ、Ｘ軸寸法０．３６μｍの楕円形メモリセルの場合の磁気切替え曲線である。第２の曲線９２０は、Ｙ軸寸法０．１８μｍ、Ｘ軸寸法０．２７μｍの楕円形メモリセルの場合の磁気切替え曲線である。第３の曲線９３０は、Ｙ軸寸法０．１８μｍ、Ｘ軸寸法０．３６μｍの矩形メモリセルの場合の磁気切替え曲線である。第４の曲線９４０は、Ｙ軸寸法０．１８μｍ、Ｘ軸寸法０．２７μｍの矩形メモリセルの場合の磁気切替え曲線である。
【００３５】
磁気メモリセルの状態を切り替えるための磁界強度は、コンピュータを用いたシミュレーションや、ラウダウ−フリシッツの方程式によって判定することができる。正確には、下記の方程式を解くことによって判定することができる。
【００３６】
【数１】
2005216469.tif 000003
【００３７】
ただし、Ｍは磁化ベクトルであり、Ｈｅｆｆは異方性項および雑音項を含む有効磁界であり、ｔは時間であり、ｒは３次元空間座標を表し、λはダンピングパラメタ（減衰係数）であり、γはジャイロ磁気定数である。
【００３８】
コンピュータシミュレーションにより、離散的な三次元の幾何的形状に対してランダウ−フリッツ方程式を反復的手法で解くことにより、様々な書込み電流および動作条件に対する磁気メモリセルの応答を得ることができる。センス層、基準層、被覆および導体の正確な幾何学的形状だけでなく、材料特性（たとえば、結晶異方性、飽和磁化および交換定数など）や、熱雑音も含まれる。
【００３９】
図９のシミュレーション条件には、センス層がＮｉＦｅから形成され、導体が銅から形成され、被覆がＮｉＦｅから形成されることが含まれる。各メモリセルと導体との間の隙間は０．１μｍであるものと仮定している。基準層はＩｒＭｎピン止めＮｉＦｅ層であるものと仮定している。
【００４０】
これらのプロットは、メモリセル形状のＸ軸寸法を長くすると、メモリセルの磁気的な安定性が増すことをはっきりと示している。また、これらのプロットは、Ｈｘが比較的小さい場合、Ｘ軸寸法０．３６μｍの楕円形メモリセルが一般に最も安定した形状であることを示している。
【００４１】
コンピュータシミュレーションによれば、使用可能な最大の書込み磁界強度をメモリセルに加えたときにメモリセルの状態を確実に変更することができ、かつ最大の安定性が得られるメモリセル形状を判定することによって、最適なメモリセル形状を得ることができる。
【００４２】
図１０は、種々の形状の導線１０１４、１０２４、１０３４に隣接して配置されたメモリセル１０１２、１０２２、１０３２を示している。図１０の導線１０１４、１０２４、１０３４はそれぞれ、メモリセル１０１２、１０２２、１０３２と相互作用するｕ字形の被覆１０１０、１０２０、１０３０を有する。導線１０１４、１０２４、１０３４の形状が異なると、メモリセル１０１２、１０２２、１０３２と被覆１０１０、１０２０、１０３０のｕ字形開口部との間の重なり合いの度合いが変わってくる。
【００４３】
「ｕ字形」という言葉は漠然とした意味で使用している。つまり、それらの導線は、メモリセル１０１２、１０２２、１０３２に面する面、すなわちメモリセルに最も近い面を除き、全ての面に被覆を有する。導線１０１４、１０２４、１０３４は、実際には矩形である。
【００４４】
重なり合いの度合いが異なると、メモリセル１０１２、１０２２、１０３２とｕ字形の被覆１０１０、１０２０、１０３０との間の結合レベルが変わってくる。この重なりによって、メモリセルの幅Ｗ１が導線の幅Ｗ２に比べてどのくらい長いかが決まる。この重なり合いの大きさを用いると、メモリセル１０１２、１０２２、１０３２の安定性をさらに制御することができる。
【００４５】
被覆１０１０、１０２０、１０３０は通常、強磁性材料であり、例えばＮｉＦｅが使用される。外部から書込み電流を導線１０１４、１０２４、１０３４に供給することにより、導線１０１４、１０２４、１０３４は書込み磁界を生成することができる。この書込み磁界は強磁性被覆内に概ね収容される。基本的に、強磁性被覆は、導線１０１４、１０２４、１０３４の周囲に閉じた磁路（磁束閉路）形成する。所定の大きさおよび方向の書込み電流をそれらの導体に流すことにより、メモリセルの軟強磁性センス層の磁化の向きを既知の向きに設定できるくらい十分な強さの書込み磁界が生成される。強磁性被覆は、隣接するメモリセルの強磁性データ層に記憶されたデータに干渉したり、そのデータを破損させたりする可能性があるフリンジ磁界を実質的に減衰させる。強磁性被覆は通常、書込み磁界を被覆内に実質的に封じ込めるための所定の厚さを有する。
【００４６】
被覆には２つの作用がある。第１に、被覆は導線を流れる書込み電流によって生成される書込み磁界を集束させる働きをする。したがって、メモリセルの磁気的向きを変化させるための電流の大きさは、被覆が存在しない場合よりも小さくなる。第２に、被覆はメモリセルの安定性をさらに高める働きをする。被覆の存在は、被覆に隣接するメモリセルの状態が意図せずに変更される可能性を低減する働きをする。
【００４７】
図１０の導線の実施形態の場合、被覆１０１０、１０２０、１０３０の形状は、被覆の開口部のサイズ（図１０にＷ２で示す）と、メモリセルのＸ軸方向のサイズ（図１０にＷ１で示す）とのの比（Ｗ２／Ｗ１）に特徴がある。第１の実施形態１００５は、Ｗ２がＷ１と実質的に同じである。第２の実施形態１０１５は、Ｗ２がＷ１よりも短い。第３の実施形態１０２５は、Ｗ２がＷ１よりも長い。
【００４８】
図１１は、導線に隣接して配置され導線と様々な度合いで重なり合うＭＲＡＭメモリセルの状態を変更するために、外部から印加する磁界の相対強度を示すグラフである。このグラフは、様々な比（Ｗ２／Ｗ１）について、メモリセルの状態を切り替えるための様々な磁界を示している。
【００４９】
第１の曲線１１１０は導線によって生成される磁界を示し、第２の曲線１１２０はメモリセルの磁気的状態を変更するための磁界を示している。最適な比（Ｗ２／Ｗ１）は約０．７５〜１．０である。この比にすると、２つの曲線１１１０、１１２０がほぼ等しくなる。ただし、もっと重要なのは、導線によって生成される磁界１１１０が、メモリセルの磁気的状態を変更するための磁界１１２０よりも大きくなるようにすることである。導線やメモリセルの物理的特性が異なれば、最適な比も変わってくる可能性がある。
【００５０】
この場合も、図１１に示すような磁気メモリセルの状態を切り替えるための磁界強度は、コンピュータを用いたシミュレーション、および上で説明したランダウ−リフシッツ方程式を用いて判定することができる。
【００５１】
メモリセルの重なり合いとメモリセルの形状は、相互に依存している。たとえば、メモリセルと書込み導体の被覆との間の重なり合いの量が多い正方形のメモリセルは、非常に安定している。重なりを大きくすることは、矩形メモリセルのアスペクト比を増加させるのと実質的に同じ効果がある。基本的には、メモリセルの重なり合いの面積を大きくすると、メモリセルの安定性は向上する。
【００５２】
図１２は、ｕ字形の導線から様々な距離に配置されたメモリセルを示す。第１のメモリセル１２１０は、被覆１２１４を有する第１の書込み線１２１２から第１の距離Ｄ１に配置されている。第２のメモリセル１２２０は、被覆１２２４を有する第２の書込み線１２２２から第２の距離Ｄ２に配置されている。
【００５３】
一般に、ＭＲＡＭメモリセルを被覆された書込み線に近付けるほど、メモリセルと書込み線との間の結合は強くなる。したがって、メモリセルの安定性の制御は、メモリセルと被覆された書込み線との間の距離を調節することによって行なうこともできる。図１２ではＤ１がＤ２よりも長い。したがって、第１のメモリセル１２１０の安定性は、第２のメモリセル１２２０よりも一般的に低い。
【００５４】
図１３は、図１２の導線から様々な距離に配置されたＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の相対強度を示すグラフである。
【００５５】
この場合も、図１２の磁気メモリセルの状態を切り替えるための磁界強度は、コンピュータを用いたシミュレーション、および上で説明したランダウ−リフシッツ方程式によって判定することができる。
【００５６】
メモリセルと被覆された書込み線との間の距離を小さくすると、書込み線の強磁性被覆とメモリセルのデータ薄膜との間の結合は大きくなる。メモリセルと書込み線との間の距離を０にすると（すなわち、メモリセルと書込み線を互いに物理的に接触させると）、メモリセルと書込み線との間の結合は最も強くなる。この結合は、メモリセルと書込み線との間の交換相互作用、およびメモリセルと書込み線との間の静磁気相互作用によって起こる。交換相互作用は、隣り合うスピンを有するメモリセルと書込み線との間の短距離スピン相互作用によって起こる。静磁気相互作用または減磁相互作用は、磁性体間に存在する相互作用である。
【００５７】
メモリセルと導電性書込み線との間の結合は、メモリセルのアスペクト比（長さ／幅）を増加させるのと実質的に同じ作用がある。すなわち、メモリセルの安定性は、両者の間の結合によって増加する傾向がある。結合が強すぎると、メモリセルが安定しすぎて、メモリセルの磁気的状態を切り替えることが不可能になる場合がある。なぜなら、メモリセルの状態を変更するために使用可能な磁界強度には、制約があるからである。
【００５８】
メモリセルと導電性書込み線との間の距離が０よりも大きいと、メモリセルと書込み線の被覆との間の交換相互作用は無くなり、相互作用は静磁気相互作用だけになる。
【００５９】
メモリセルと導電性書込み線の被覆との間の距離が大きくなるのにつれて、メモリセルと被覆との間の結合は減少してゆく。したがって、メモリセルの安定性は低下する。
【００６０】
第１の曲線１３１０は導線によって生成される磁界を示し、第２の曲線１３２０はメモリセルの磁性状態を変化させるための磁界を示している。この実施形態の場合、最適な隔離距離は５０ｎｍ〜２００ｎｍである。この範囲内の隔離距離にすると、導線によって生成される書込み磁界は、メモリセルの状態を変化させるための書込み磁界とほぼ等しくなる。
【００６１】
メモリセルの形状、メモリセルと書込み手段との間の重なりの量、および両者の間の距離はいずれも、メモリセルの安定性と、書込み磁界を生成する能力との間の実用上のトレードオフを変化させるのに使用することができる。
【００６２】
図１４は書込み電流調節回路の一実施形態を示す。この実施形態の書込み電流発生器は、容易軸電流デジタル／アナログコンバータ（ｉＤＡＣ）１４４０、および困難軸ｉＤＡＣ１４５０を含む。容易軸ｉＤＡＣ１４４０および困難軸ｉＤＡＣ１４５０は、グラフ１４９２に示すような一連のパルス状書込み信号を生成する。これらのパルスは電流の形をとり、磁界を誘導することができる。それらの書込み信号は、磁気メモリセルアレイ１４２０に接続され、磁気メモリセルアレイ１４２０内の選択されたメモリセルに対して書込みを行なう。
【００６３】
容易軸スイッチ１４７０は、容易軸ｉＤＡＣ１４４０からのパルス状書込み信号（１４９２）を受信し、それらのパルスの極性を入れ替える。すなわち、容易軸スイッチ１４７０は、容易軸ｉＤＡＣ１４４０からのパルス状書込み信号の極性（正および負）を１パルス置きに入れ替えたスイッチ出力を生成する（１４９４に示すように）。
【００６４】
この実施形態は困難軸スイッチを含まない。困難軸ｉＤＡＣ１４５０からの単極性のパルス状書込み信号はテスト磁気メモリセル１４３０に接続される。
【００６５】
容易軸ｉＤＡＣ１４４０および容易軸スイッチ１４７０からの極性が交互に入れ替わるパルスは、テスト磁気メモリセル１４３０の容易軸に沿って、極性が交互に入れ替わるパルス状の磁界を生成する。困難軸ｉＤＡＣ１４５０からの単極性パルスは、テスト磁気メモリセル１４３０の困難軸に沿って、単極性パルス状の磁界を生成する。
【００６６】
テスト磁気メモリセル１４３０は、書込み電流が最大書込み電流閾値よりも大きいか否か、および最小書込み電流閾値よりも小さいかに否かの判定を出力する。テスト磁気メモリセルからの応答を用いると、アレイ１４２０全体に対する最適な書込み電流を判定することができる。つまり、テスト磁気メモリセルからの応答を用いると、磁気メモリセルアレイ１４２０内の選択されたメモリセルに確実に書込みを行えるくらい十分に大きく、且つ磁気メモリセルアレイ内の半選択エラーを最小限に抑えることができるくらい十分に小さい、上で述べたような最適な書込み電流の範囲を判定することができる。
【００６７】
コントローラ１４１０は、容易軸ｉＤＡＣ１４４０および困難軸ｉＤＡＣ１４５０のタイミングや振幅の制御を行う。センス増幅器１４９０は、テスト磁気メモリセル１４３０の論理状態を検出する。センス増幅器１４９０はコントローラに接続され、コントローラはテスト磁気メモリセル１４３０の論理状態を判定することができる。
【００６８】
図１５は、磁気メモリセル書込み電流を選択する方法の一例を示す。第１のステップ１５１０は、第１のテスト磁気メモリセルを用いて書込み電流を検出することを含み、第２のステップ１５２０は、第２のテスト磁気メモリセルを用いて書込み電流を検出することを含み、第３のステップ１５３０は、第１のテスト磁気メモリセルおよび第２のテスト磁気メモリセルからの応答に基づいて、書込み電流を選択することを含む。
【００６９】
図１６は、磁気メモリセルに接続されたプロセッサ１６１０を含むコンピュータシステムの一実施形態を示す。磁気メモリは、磁気メモリセルアレイ１６２０と、磁気メモリセルアレイ１６２０内の選択されたメモリセルに対して書込みを行うための書込み電流を生成するための書込み電流発生器１６３０とを含む。第１のテスト磁気メモリセル１６４０は、書込み電流の大きさが磁気メモリセルに確実に書込みを行えるくらい十分に大きくなったときを検出する。第２のテスト磁気メモリセル１６５０は、書込み電流の大きさが、磁気メモリセルに書込みを行う際に半選択エラーが発生するくらい大きくなったときを検出する。メモリコントローラ１６６０は、プロセッサ１６１０と磁気メモリセル１６２０との間のインターフェースとして機能する。
【００７０】
本発明の具体的な実施形態について図示説明してきたが、本発明を図示説明した特定の形態または部品構成に限定してはならない。本発明は特許請求の範囲によってのみ制限される。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】従来技術のＭＲＡＭメモリセルを示す図である。
【図２】従来技術のＭＲＡＭメモリセルアレイを示す図である。
【図３】磁気メモリ書込み電流と起こり得るメモリ書込みエラーとの間の関係を示すグラフである。
【図４】本発明の一実施形態による電流閾値検出器を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態による、磁気メモリセル書込み電流閾値検出器を含む磁気メモリの一例を示す図である。
【図６】本発明の一実施形態による、磁気メモリセル書込み電流閾値検出器を含む磁気メモリの他の例を示す図である。
【図７】ＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の強度を示すグラフである。
【図８】磁気的安定性が異なる様々なメモリセルの形状を示す図である。
【図９】図８の形状のＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の相対強度を示すグラフである。
【図１０】種々の形状のｕ字形導線に隣接して配置されたメモリセルを示す図である。
【図１１】図１０の導線に隣接して配置されたＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の強度を示すグラフである。
【図１２】ｕ字形導線から様々な距離に配置されたメモリセルを示す図である。
【図１３】図１２の導線から様々な距離に配置されたＭＲＡＭメモリセルの状態を変化させるために外部から印加する磁界の強度を示すグラフである。
【図１４】本発明のさらに他の原理を実施するメモリアレイ書込み手段を示す図である。
【図１５】本発明の一実施形態による、磁気メモリセルに対する書込み電流を調節する方法を示す図である。
【図１６】本発明の一実施形態による、ＭＲＡＭアレイを含むコンピュータシステムを示す図である。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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