(57)【要約】メモリデバイスはビット位置（３１）に配列された電磁気材料の磁気状態でデータビットを格納する情報プレーン（３２）を有する。本デバイスは、ビット位置と位置あわせされた電磁気センサエレメント（５１）がさらに配列されている。情報プレーン（３２）はプログラマブルであるか、または別の磁気書き込みデバイス（２１）を介してプログラマブルである。特に、読み出し専用磁気メモリ用の読み出し専用センサエレメントが開示されている。
2006501597.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ビット位置の配列を構成する電磁気材料と、前記ビット位置と位置合わせされた電磁気センサエレメントの配列とを有する情報プレーンを有し、ビット位置における前記電磁気材料の磁気状態がそのビット位置の値を表すメモリデバイスであって、
前記情報プレーンは別の磁気書き込みデバイスを介してプログラム可能またはプログラムされたことを特徴とするデバイス。
【請求項２】
請求項１に記載のデバイスであって、前記電磁気センサエレメントは前記電磁気材料の前記磁気状態を感知できるが変化させることはできない読み出し専用センサエレメントを有することを特徴とするデバイス。
【請求項３】
請求項１または２に記載のデバイスであって、前記デバイスは前記電磁気センサエレメントの配列を封入するハウジングを有し、前記ハウジングは前記ビット位置の前記電磁気材料を磁化する磁場を受け入れる、前記書き込みデバイスのプログラミング面と協同するインターフェイス面を有することを特徴とするデバイス。
【請求項４】
請求項１または２に記載のデバイスであって、前記デバイスは前記電磁気センサエレメントの配列を封入するハウジングを有し、前記ハウジングは磁場を介して前記ビット位置の前記磁気状態を選択的に変更することを防止する保護カバーを有することを特徴とするデバイス。
【請求項５】
請求項４に記載のデバイスであって、前記保護カバーは磁気シールド材料を有することを特徴とするデバイス。
【請求項６】
請求項１または２に記載のデバイスであって、前記電磁気センサエレメントはさらに別のビット位置と位置合わせされた読み出し・書き込みエレメントを有し、前記読み出し・書き込みエレメントは前記電磁気材料の前記磁気状態を感知でき、さらに変化させることもできることを特徴とするデバイス。
【請求項７】
請求項６に記載のデバイスであって、前記読み出し専用センサエレメントと前記読み出し・書き込みエレメントは単一の配列で構成されていることを特徴とするデバイス。
【請求項８】
請求項１に記載のメモリデバイスをプログラミングする書き込みデバイスであって、前記デバイスは、前記メモリデバイスの前記情報プレーンと協同するプログラミング面と、前記ビット位置における前記電磁気材料を磁化する前記プログラミング面における磁場を生成する手段とを有することを特徴とする書き込みデバイス。
【請求項９】
請求項３に記載のメモリデバイスをプログラムする、請求項８に記載の書き込みデバイスであって、前記プログラミング面は、前記メモリデバイスの前記ハウジングの前記インターフェイス面と協同するように構成されていることを特徴とする書き込みデバイス。
【請求項１０】
請求項８または９に記載の書き込みデバイスであって、前記磁場を生成する手段は、
−個別に制御可能な書き込みエレメントの配列、
−永久磁気エレメントの配列、
−磁気ヘッドおよび前記ヘッドを介して前記プログラミング面の前記情報プレーンをスキャンするスキャニングするスキャン手段、
の内少なくとも１つを有することを特徴とする書き込みデバイス。
【請求項１１】
請求項１に記載のメモリデバイスを生産する方法であって、前記デバイスを封入する前に所定データに応じて前記ビット位置の前記電磁気材料を磁化させるステップを有することを特徴とする方法。
【請求項１２】
請求項８に記載の書き込みデバイスを用いて、請求項１に記載のメモリデバイスをプログラミングする方法であって、所定データに応じて前記メモリデバイスの前記ビット位置の前記電磁気材料を磁化するステップを有することを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はビット位置に配列された電磁気材料と、そのビット位置に位置あわせされた電磁気センサエレメントの配列とを有する情報プレーンを有するメモリデバイスに関する。ビット位置におけるその電磁気材料の磁気状態がその値を表す。
【０００２】
本発明はメモリデバイスをプログラミングする書き込みデバイスにも関する。
【０００３】
本発明はメモリデバイスの生産方法にも関する。
【背景技術】
【０００４】
磁気ランダムアクセスメモリ（MRAM）は、例えば非特許文献１に記載されている。MRAMは情報を格納する自由磁気レイヤーを有する。このデバイスにはビットセルの配列が収容され、ビットセルは自由磁気レイヤー上に電気的センサーエレメントとビット位置とを有する。自由磁気レイヤーの材料の磁気状態がそのビット位置の値を表す。
【０００５】
読み出しモードにおいて、センサーエレメントは、特にトンネル磁気抵抗効果（TMR）により、磁気状態を検出するように構成されている。電流はトンネル障壁により導かれ、トンネル確率は磁気状態により影響を受け、その結果センサーエレメントの抵抗が変化する。プログラム（または書き込み）モードでは、強いプログラム電流がプログラミング回路を介して流され、それぞれのビット位置における磁気状態をプログラム電流に応じた所定値に設定するのに十分強い磁場を発生させる。上記のMRAMは不揮発性であり、デバイスに動作パワーが供給されていようがいまいが、ビット位置の値は変化しないことに注意すべきである。よって、MRAMはパワーオン後すぐに動作しなければならないデバイスに好適である。既存デバイスの問題は、各ビットセルに対してプログラム電流を供給することによりビット位置の値をプログラムしなければならないことである。
【非特許文献１】Peter  K.  Naji  et  al,  “A  256kb  3.0V  ITIMTJ  Nonvolatile  Magnetoresistive  RAM”,  2001  IEEE  International  Solid-State  Circuits  Conference  0-7803-76608-5,  ISSCC  2001  /  Session  7  /  Techonology  directions:  Advanced  Technologies  /7.6
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
よって、本発明の目的の１つは、ビット位置の値を効率的にプログラミングすることができる記憶システムを提供することである。
【０００７】
本発明の第１の態様によると、本発明の目的は最初のパラグラフに規定したメモリデバイスであって、前記情報プレーンは別の磁気書き込みデバイスを介してプログラム可能またはプログラムされたことを特徴とするメモリデバイスにより達成される。
【０００８】
本発明の第２の態様によると、本発明の目的は最初のパラグラフに規定された書き込みデバイスであって、前記デバイスは、前記メモリデバイスの前記情報プレーンと協同するプログラミング面と、前記ビット位置における前記電磁気材料を磁化する前記プログラミング面における磁場を生成する手段とを有することを特徴とする書き込みデバイスにより達成される。
【０００９】
本発明の第３の態様によると、本発明の目的は最初のパラグラフに規定されたメモリデバイスの製造方法であって、前記デバイスを封入する前に所定データに応じて前記ビット位置の前記電磁気材料を磁化させるステップを有することを特徴とする方法により達成される。
【００１０】
外部書き込みデバイスを用いてビット位置の材料の磁気状態をプログラミングすることにより、ユーザがデバイスの内容をすぐに利用できるという効果がある。本メモリデバイスを用いて、ソフトウェアコンテントを製造工程でプログラミングして配布することもできる。この方法には、データにすぐアクセスできるという利点がある。さらに、ユーザが書き込みデバイスを利用することができなければ、同様の記憶デバイスにコンテントをコピーすることを防止することもできる。
【００１１】
本発明は以下の認識にも基づく。既知の磁気記憶デバイスは、データビットを格納するために磁気状態に設定されたビットセルの磁気材料を含む個体デバイスである。アイソレートされた材料のパッチが、デバイスが形成されている基板（ダイと呼ぶ）の上面（または底面）に対して所定深さレベルにある。本願の発明者は材料のパッチを結合することにより単一の情報プレーンを構成できることに気がついた。既知の個体デバイスでは、情報プレーンにはアクセスできず、プログラミングはビットセルセンサエレメント自体で実行しなければならない。情報プレーンにアクセスできるようにすることにより、書き込みデバイスからの外部磁場によりビット位置にある材料を所定の磁気状態に設定することができる。書き込みデバイスのプログラミング面の電磁気エレメントは動作距離より長い磁場を生成することができる。その動作距離は実際、ビット位置の最小寸法と同じオーダーのである。書き込みデバイスのインターフェイス面のアライメントにより、動作距離内のビット位置に対向させ近づけることが必要である。例えば、外部書き込みは、ダイの製造中（情報プレーンを構成する材料がまだカバーされていないうち）に、またはダイの製造後ハウジングへの封入前に行わなければならない。あるいは、外部書き込みは、書き込みデバイスと情報プレーンとが密着できる特殊なハウジングにより可能である。
【００１２】
本デバイスの一実施形態において、前記電磁気センサエレメントは前記電磁気材料の前記磁気状態を感知できるが変化させることはできない読み出し専用センサエレメントを有することを特徴とする。ユーザが間違って、または故意にデバイスの内容を変更できないという利点がある。このようなデバイスはより安価でありビット密度が高いが、その理由は、比較的大きな電流を必要とする書き込み回路と、センサエレメント内の書き込み部品とを外に出せるからである。また、プログラミングに使用する磁場の振幅は、オンチップの金属ラインを通る最大電流により限定されない。これにより、より安定な磁気材料とエレメントを使用することができる。つまり、例えば、強い外部磁場の環境において上記メモリデバイスを使用することができる。
【００１３】
米国特許第6324093号に、MRAM中のスピントンネル接合を意図的に焼き切ることによるライトワンス薄膜メモリが記載されていることに注意すべきである。接合を焼き切ることはメモリデバイスをプログラミングする方法として効率的ではなく、再プログラミングもまったくできなくなってしまう。
【００１４】
本発明によるデバイスの別の好ましい実施形態は縦続項に記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
図１ａはプログラムされた記憶デバイスを示す図である。このデバイスはメモリデバイス１２を含むハウジング１１を有する。メモリデバイス１２はビット位置の対応する配列にデータビットを格納するビットセルの配列を有する。ビット位置には電磁気材料がある。ビット位置にあるその電磁気材料の磁気状態が、そのビット位置の論理値を表す。ビット位置の配列は情報プレーン１４を構成する。各ビットセルには、例えば、図６を参照して下で説明する読み出し専用セル、または図７を参照して下で説明する読み出し・書き込みセルなどの、対応するビット位置にある電磁気材料をセンシングする電磁気センサエレメントを有する。センサエレメントとその他の電子回路は、ＭＲＡＭチップ等の半導体製造の周知の方法によって、いわゆるダイを形成する基板材料上に作られる。ダイはリード１３と電気的に接続されていて、ハウジングの外側の電気回路と結合できる。情報ビットはビットセルの材料の磁化状態により表される。例えば、普通のＭＲＡＭと同様にスピントンネル結合中の自由レイヤーにより表される。これにより、ＭＲＡＭ完全互換の工場プログラマブル読み出し専用メモリを作ることができる。
【００１６】
メモリは、例えばＩＣ製造の最終段階で外部磁場を作用させることによりプログラミングされる。情報プレーン１４はメモリデバイス１２をハウジング１１に封入する前に別の磁気書き込みデバイスを介してプログラムされる。ダイは（その製造工程の中間状態において）別の磁気書き込みデバイスのプログラミングインターフェイスに位置決めされる。プログラミングインターフェイスは、情報プレーンの各ビット位置において磁場を生成する磁場ジェネレータの配列を有する。磁場の強さは十分強く、ビット位置の電磁気材料に特定の値を設定することができる。位置決めはメモリデバイスのビットセルに対向する磁場ジェネレータの位置あわせを含む。製造中のプログラミング工程の一実施形態において、メモリデバイスのビットセルから信号を読み出すことにより位置決めを制御する。例えば、プログラムするデータに対する信号を検証することによりメモリデバイスのビットセルから信号を読み出すことにより、位置を制御する。
【００１７】
図１ｂはインターフェイス面を有するプログラマブル記憶デバイスを示す図である。デバイスはメモリデバイス１２を含むハウジング１１を有する。ハウジングは図１ａを参照して説明したハウジングに一般的には対応する。図１ｂで示した実施形態において、ハウジング１１には外部プログラミングデバイスを受け入れる開口部１６が設けられている。開口部は、情報プレーン１４にプログラミングデバイスのプログラミング面を位置決めし、プログラミング面におけるビット位置と磁場ジェネレータエレメントとの１対１のアライメントを達成する機械的アライメントとして機能する精密形状の側壁１５を有する。情報プレーンは外部に露出している。一実施形態において、情報プレーンは、プログラミングが必要ないときには、保護レイヤーまたは開口部１６にフィットする取り外し可能なカバー部（図示せず）により覆われている。
【００１８】
図１ｃは保護カバーを有するプログラマブル記憶デバイスを示す図である。このデバイスはメモリデバイス１２を含むハウジング１１を有し、一般的に図１ａを参照して説明したデバイスに対応する。図１ｃに示した実施形態において、ハウジング１１には、磁場を介してビット位置の磁気状態が変化することを防止する固定保護カバー１７がある。一実施形態において、保護カバー１７は情報プレーンを効果的にシールドする磁気シールド材を備えている。保護カバーは封入の最初の段階で配置されることに注意すべきである。もちろん、図１ａを参照して説明したようにデバイスをプログラミングした後である。あるいは、図１ｂに示した開口部を有するハウジングを用いて、後で開口部を閉じる。後でとは、例えば、装置製造者がデバイスをプリント基板に実装しプログラムした後である。
【００１９】
図２は記憶デバイスをプログラミングする書き込みデバイスを示す図である。プログラミング部２１は、メモリデバイスの情報プレーンと協働するプログラミング面２２を有する。プログラミング部はスタンドアローンでもよいし、好適なプログラミングソフトウェアが動作しているコンピュータ等のプログラミングシステム２５と結合していてもよい。磁場ジェネレータの配列がプログラミング面２２のすぐ裏に配置されている。各磁場ジェネレータ２６はプログラミング面に磁場を生成し、ジェネレータに対向する対応するビット位置の電磁気材料を磁化する。プログラミング面２２は、プログラムするデバイスの情報プレーン１４のプログラミング面２２を位置決めする機械的アライメントとして機能する、精密形状壁２４を有する凸部上にある。ビット位置とプログラミング面の磁場ジェネレータエレメントとの１対１アライメントを実現するために、位置あわせが必要である。一実施形態において、プログラミング部は、メモリデバイスの精密形状孔と一致するアライメントピン２３を有する。
【００２０】
他に様々なアライメント手段を容易に設計できることに注意すべきである。例えば、最適なアライメントが達成されるまでプログラミング面に対してメモリデバイスを動かす少数の小型アクチュエータを用いる能動的アライメントなどを設計できる。一実施形態において、書き込み器に対するメモリデバイスの位置を認識する電子的手段を設けることにより、アライメントのずれを検出する。これはパターン認識により既知のパターンと一致するかどうかを調べることにより検出することができる。一実施形態において、メモリデバイス中のセンサーエレメントからの信号によりアライメントを測定してもよいし、または配列の外の特殊センサーエレメントにより測定してもよい。この特殊センサーエレメントは、プログラミング面に対する所定位置のプログラミングデバイスにより生成されるアライメント磁場を検出できるものである。あるいは、光マークをメモリデバイスに備え、書き込みデバイス中の光センサにより検出してもよい。
【００２１】
プログラミングデバイスのさらに別の実施形態を以下に説明する。書き込みデバイスは単一のプログラミングステップでダイのウェハをプログラミングする多数のプログラミング面を含んでいる。プログラミングデバイスは、特に設計された磁気シールドと組み合わされた磁場ソースを有する。特に設計された磁気シールドとは、すなわち書き込むべきビット位置に対応する孔があいたパターンである。特に、２つの異なるシールドを反対磁場の後に用いる（例えば、まず全体に０を書き込み、その後１を書き込む）。最初のステップで一様で強い磁場によりすべてのビット位置をリセット（例えば、すべてに０を書き込む）し、その後１を書き込むべきビット位置のビットだけを反転する。さらに別の実施形態において、室温においてビットを反転するほど強くない一様磁場を作用させる。その後、ビット内または近くを通る短い電流パルス、またはマスクを介して熱源に露出することにより書き込むビットを局所的に加熱する。最初のステップで０を書き込み、その後１を書き込む反対磁場方向について繰り返す。あるいは、最初にすべてにビットを強い磁場でリセットし、特定のビットをプログラムする。
【００２２】
磁気書き込みデバイスの一実施形態において、磁場ジェネレータは磁気ヘッド（または磁気書き込みヘッド）と、プログラミング面をスキャンするスキャン部とにより構成される。データはヘッドを介してビット位置に順次プログラムされる。このようなプログラミングデバイスは限られた数のビット位置をプログラミングするには好適である。例えば、シリアル番号やユニークな暗号鍵をメモリデバイスに書き込むような場合に好適である。
【００２３】
さらに、プログラミング装置は、メモリをプログラムする「磁気スタンプ」として使用される小さな永久磁石の配列、または永久磁石ではなくて電磁石の配列で構成されてもよい。磁気書き込みデバイスの一実施形態において、磁場ジェネレータはプログラムするデータに応じた磁気状態を有する永久磁石材料により構成されてもよい。
【００２４】
図３は記憶デバイスを示す上面図である。メモリデバイス３０は、電子回路とビットセルの配列３１を含むダイにより構成されている。デバイス３０は、上で説明した書き込みデバイスと協働することを意図したものである。本デバイスは配列３１を収容するインターフェイス面３２を有する。本配列は、情報プレーンを構成する磁気材料を含む、２次元にレイアウトされた電磁気センサである。ダイは、例えば配線やリードを介して外部世界と接続するためのボンディングパッド３３が備えられている。
【００２５】
図４は封入された記憶デバイスを示す図である。メモリデバイス３０はハウジング４１に封入されている。外部リード４２はデバイスをプリント基板上の電子回路に接続するために備えられている。外部リード４２は配線を介してメモリデバイス３０（点線で示した）のボンディングパッドに接続されている。記憶デバイスは、上で説明したようにプログラミングデバイスと協同する、メモリデバイス３０のインターフェイス面３２を露出する開口部４３を有する。さらに、ハウジングには精密形状孔４４があり、プログラミングデバイスのガイドピンと合うようになっている。
【００２６】
図５はセンサエレメントの配列を示す図である。配列にはセンサエレメント５１が規則正しい行パターンに並んでいる。エレメントは行方向では共通のビットライン５３により結合されているが、列方向ではワードライン５４で結合されている。図示した各センサエレメントは複数レイヤーがスタックされている。センサエレメント５４は、論理値０のビット位置を測定する構成を表すため、複数レイヤースタックの各レイヤーにおいて反対の磁気状態を有しているように示されている。センサエレメント５５は、論理値１のビット位置を測定する構成を表すため、複数レイヤースタックの各レイヤーにおいて同じ磁気状態を有しているように示されている。例えばGMR、AMR、TMR等の磁気抵抗効果を用いて複数レイヤースタックまたは単一レイヤースタックを有するセンサエレメントで方向を検出する。センサエレメントの抵抗をマッチングする見地からTMR型センサが好ましい。例として挙げたものは面内感度を有する磁気抵抗エレメントであるが、垂直磁場に感度を有するエレメントを用いることもできる。これらの効果を用いたセンサーの説明については、「多機能ナノシステムのフロンティアFrontiers  of  Multifunctional  Nanosystems」４３１〜４５２ページ、ISBN1-4020-0560-1(HB)または1-4020-0561-X(PB)のK.M.H.Lessenによる「磁気抵抗センサおよびメモリMagnetoresistive  sensors  and  memory」を参照されたい。
【００２７】
読み出し専用メモリを構成する場合、配列中のセンサエレメントは図６を参照して説明するように読み出し専用エレメントであってもよい。この構成には書き込み電流を生成するために必要な電子回路が必要ないという利点がある。あるいは、センサエレメントは、図７を参照して説明するMRAMエレメント等である読み出し・書き込みエレメントであってもよい。この構成にはユーザが後でビット位置の値を変更できるという利点がある。一実施形態において、配列は読み出し専用エレメントと読み出し・書き込みエレメントの組み合わせであってもよい。この構成には、メモリ中の特定のデータを間違って変更してしまうことがないという利点がある。
【００２８】
読み出し専用タイプのセンサエレメントでは、複数レイヤースタック中の検出された磁気抵抗（MR）効果による抵抗を測定してデータを読み出す。センサエレメントは、薄膜における異方性磁気抵抗（AMR）効果を利用してもよい。薄膜中のAMR効果は一般的には３％未満なので、感度のよい電子回路を使う必要がある。巨大磁気抵抗（GMR）はより大きな磁気抵抗効果（５〜１５％）を有し、出力信号が大きくなる。磁気トンネル接合は大きなトンネル磁気抵抗（TMR）効果を利用するもので、抵抗は約５０％まで変化することが示されている。TMR効果はバイアス電圧に強く依存するので、実際のアプリケーションで使用できる抵抗変化は現在のところ約３５％である。GMRとTMRの場合、一般に、複数レイヤースタック中の磁化方向が平行であれば抵抗は低くなり、逆平行であれば抵抗は高くなる。TMRの複数レイヤーの場合、電子が障壁レイヤーをトンネルしなければならないので、検出電流はレイヤー面に対して垂直（CPP）に流さなければならない。CPP構成の方がMR効果は大きくなるが、GMRデバイスの場合、通常、検出電流はレイヤー面内を流れ（CIP）、しかし、全体が金属でできている複数レイヤーの面に垂直な抵抗は非常に小さい。それにもかかわらず、さらに小型化をすれば、CPPとGMRとに基づくセンサも可能である。
【００２９】
図６は読み出し専用センサエレメントを詳細に示す図である。読み出し専用センサエレメント（６０）はデータの読み出しが可能な読み出し専用型であり、ビットセルの値を変更することはできない。エレメントは導電材料でできたビットライン６１を有している。ビットライン６１は、自由磁気レイヤー６２、トンネル障壁６３、固定磁気レイヤー６４の複数レイヤースタックに読み出し電流６７を導くものである。スタックはさらに別の導体６５上に構成されており、導体６５は選択ライン６８を介して選択トランジスタ６６に接続されている。選択トランジスタ６６は、そのゲートに制御電圧を受けて駆動されると、それぞれのビットセルを読み出すために読み出し電流６７をグランドレベルに結合する。MRAMメモリのビットセルエレメントと同様に、固定磁気レイヤー６４と自由磁気レイヤー６２の磁化方向６９が、トンネル障壁６３の抵抗を決定する。自由磁気レイヤーの磁化は外部磁気書き込みデバイスによるプログラミングにより決まる。
【００３０】
一実施形態において、多数のセンサエレメントを同時に読み出してもよい。交差するラインの配列によりビットセルのアドレッシングを行う。読み出し方法はセンサの方式によって決まる。疑似スピンバルブ（pseudo-spin  valve）の場合、多数のセル（N）をワードライン上に直列に接続することができるが、これは完全に金属でできたセルの抵抗が比較的小さいからである。このことにより、N個のセルにつきスイッチングエレメント（通常はトランジスタ）が１つだけですむという興味深い利点が生じる。付随する欠点は、相対的な抵抗変化をNで割らなければならないことである。（一連のセルがある）ワードラインの抵抗を測定することによりデータを読み出し、その後、小さな正負の電流パルスを所望のビットラインに適用する。随伴する磁場パルスは２つの強磁性レイヤーのスイッチング磁場の間にある。スイッチングフィールドが高いレイヤー（センシングレイヤー）は変化しないが、他のレイヤーの磁化は所定の向きに設定されてから反転させられる。ワードラインの抵抗変化の符号から、ワードラインとビットラインの交点のセルに格納されているのが０か１かを知ることができる。一実施形態において、固定磁化方向のスピンバルブが使用され、他の自由磁気レイヤーでデータが検出される。この場合、セルの絶対抵抗が測定される。一実施形態において、基準セルに対する差異として抵抗を測ってもよい。個々のセルはスイッチングエレメント（通常はトランジスタ）により選択される。このことは、各セルに１つのトランジスタが必要であることを示唆している。各セルに１つのトランジスタを有するセンサの他に、セル内にトランジスタを持たないセンサーも考えられる。格子点上の各セルにトランジスタを持たないセンサエレメントの場合、密度を高くすることができるが、読み出し時間が少し長くなる。
【００３１】
図７は書き込みモードにある読み出し・書き込みエレメントを示す図である。読み出し・書き込みエレメント（７０）は、図６を参照して上で説明した読み出し専用エレメント（６０）と同じ構成要素を有し、それに加えて、第１の書き込み磁場成分７２を生成する比較的大きな書き込み電流を流す書き込みライン７１を有する。第２の書き込み磁場成分７４を生成するため、ビットライン６１を介して、第２の書き込み電流７３が流される。両方の書き込み電流により発生する合成磁場は、自由磁気レイヤー６２中の磁気状態を設定するほど強い。１つのセルに書き込むことは、磁化を所望の方向に設定することと同じである。例えば、左向きの磁化は０を意味し、右向きの磁化は１を表す。ビットラインとワードラインに電流パルスを適用することにより、磁場パルスを誘起する。両方のラインの交点にあるセルだけに、最大磁場が作用する（すなわち、両方の電流パルスにより誘起された磁場のベクトル和である）。そのセルの磁化が反転する。ビットラインまたはワードライン上の他のセルは、単一の電流パルスにより生じた低い磁場にさらされるだけなので、その磁化方向は変化しない。
【００３２】
ビットの表現方法には別の方法もある。いわゆる疑似スピンバルブは２つの強磁性レイヤーを有し、そのレイヤーの磁化は異なる磁場で切り替わる。これは、異なる磁性材料のレイヤーを用いるか、同じ磁性材料だが厚さの異なるレイヤーを用いることにより実現することができる。他の実施形態において、交換バイアス・スピントンネル接合を用いる。磁気レイヤーの一方の磁化方向は強いので、通常の動作条件においてはその磁化は固定されていると考えることができる。例えば、交換バイアスや人工半強磁性磁石を用いることによって実現することができる。
【００３３】
本発明のメモリデバイスは以下のアプリケーションに特に好適である。マスクROMはその設計段階でデータの内容を決めなければならないが、読み出し専用タイプはこのマスクROMの替わりに使用することができる。これには、「製造の最後の瞬間に」内容をプログラムできるという利点がある。さらに、ワンタイムプログラマブルメモリを代替することができる。新しいデバイスは１回以上プログラムすることができる（そのため、１度プログラムしたメモリを更新または訂正して、陳腐化させない）という利点がある。さらに別のアプリケーションとして、ラップトップコンピュータやポータブル音楽プレーヤ等の、メモリを交換する必要があるポータブルデバイスがある。本記憶デバイスは消費電力が小さく、瞬時にデータにアクセスできる。本デバイスはコンテント配信の記憶媒体として使用することもできる。さらに別のアプリケーションはスマートカードである。本デバイスは、製造後には再書き込みできないセキュアメモリとして利用することもできる。例えば、各個別ICにユニークなデータ（例えば、ユニークな識別番号、カウンター、ランダム秘密コード）を格納するメモリなどが考えられる。
【００３４】
一実施形態において、本デバイスは読み取り専用部分と組み合わせて、デバイスの一部に読み取り・書き込みエレメントを有する。本メモリデバイスの読み取り専用配列部分は、オペレーティングシステム、プログラムコード等を格納するメモリとして利用される。さらに別のアプリケーションとして、非常によく著作権保護をしたメモリがある。このタイプのメモリは、例えばゲームの配布に好適である。既存のソリューションと対比して、本デバイスは次のような特徴をすべて有する。複製が容易であり、コピープロテクトされており、瞬時にオンとなり、アクセス時間が速く、耐久性があり、可動部分を有さず、消費電力が少ない。
【００３５】
TMR効果を用いる実施形態により本発明を主に説明したが、磁気材料と協同する好適な読み出し・書き込みエレメントであればいかなるものでも用いることができる。例えば、コイルに基づくものなどである。「有する」という言葉は、請求項に列挙された構成要素やステップ以外の構成要素やステップの存在を排除するものではない。構成要素に付した「１つの」という言葉は、そのような構成要素が複数あることを排除するものではない。請求項において、参照符号は請求項の範囲を限定するように解釈してはならない。本発明はハードウェアによってもソフトウェアによっても実施することができる。いくつかの「手段」が同じハードウェアにより表されてもよい。さらにまた、本発明は実施形態により限定されず、本発明は新規な特徴または特徴の組み合わせの一つ一つにある。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１ａ】プログラムされた記憶デバイスを示す図である。
【図１ｂ】インターフェイス表面を有するプログラマブル記憶デバイスを示す図である。
【図１ｃ】保護カバーを有するプログラマブル記憶デバイスを示す図である。
【図２】記憶デバイスをプログラミングする書き込みデバイスを示す図である。
【図３】記憶デバイスを示す上面図である。
【図４】封入された記憶デバイスを示す図である。
【図５】センサエレメントの配列を示す図である。
【図６】読み出し専用センサエレメントの詳細を示す図である。
【図７】書き込みモードの読み出し・書き込みエレメントを示す図である。
2006501597.tif 000003
【図２】
2006501597.tif 000004
【図３】
2006501597.tif 000005
【図４】
2006501597.tif 000006
【図５】
2006501597.tif 000007
【図６】
2006501597.tif 000008
【図７】
2006501597.tif 000009
【国際調査報告】
2006501597.tif 000010
2006501597.tif 000011