(57)【要約】  磁気トンネル接合データセルの自己参照読出が開示される。例証的な方法は、磁気トンネル接合データセルに読出電圧を印加して読出電流を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有する。読出電圧は、磁気トンネル接合データセルの抵抗を切換えるのに十分である。方法は、読出電流を検出して読出電流が印加するステップの間に一定に保たれているかどうかを判定するステップを含む。印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているならば、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は読出電圧が磁気トンネル接合データセルを切換えるのに十分であった抵抗状態である。
2012518867.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
磁気トンネル接合データセルの自己参照読出の方法であって、
磁気トンネル接合データセルに読出電圧を印加して読出電流を形成するステップを備え、前記磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有し、前記読出電圧は、前記磁気トンネル接合データセルの抵抗を切換えるのに十分であり、
前記読出電流を検出するステップと、
前記印加するステップの間に前記読出電流が一定に保たれているかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電流が一定に保たれているならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が、前記読出電圧が前記磁気トンネル接合データセルを切換えるのに十分であった抵抗状態であると判定するステップとを備える、方法。
【請求項２】
前記印加するステップは、０．１から５０ナノ秒までの範囲内の期間を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記印加するステップは、０．１から２５ナノ秒までの範囲内の期間を有する、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記読出電圧は、前記磁気トンネル接合データセルを高抵抗状態から低抵抗状態へと切換えるのに十分であり、前記第１の抵抗状態は前記低抵抗状態である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記読出電圧は、前記磁気トンネル接合データセルを低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分であり、前記第１の抵抗状態は、前記高抵抗状態である、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記印加するステップの間に前記読出電流が増加するかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電流が増加するならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が高抵抗状態であると判定するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記磁気トンネル接合データセルに前記高抵抗状態を書き戻しするステップをさらに備える、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記印加するステップの間に前記読出電流が減少するかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電流が減少するならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が低抵抗状態であると判定するステップをさらに備える、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記磁気トンネル接合データセルに前記低抵抗状態を書き戻しするステップをさらに備える、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
磁気トンネル接合データセルの自己参照読出の方法であって、
磁気トンネル接合データセルに読出電流を印加して読出電圧を形成するステップを備え、前記磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有し、前記読出電流は、前記磁気トンネル接合データセルの抵抗を切換えるのに十分であり、
前記読出電圧を検出するステップと、
前記印加するステップの間に前記読出電圧が一定に保たれているかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電圧が一定に保たれているならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が、前記読出電流が前記磁気トンネル接合データセルを切換えるのに十分であった抵抗状態であると判定するステップとを備える、方法。
【請求項１１】
前記印加するステップは、０．１から５０ナノ秒までの範囲内の期間を有する、請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記読出電流は、前記磁気トンネル接合データセルを高抵抗状態から低抵抗状態へと切換えるのに十分であり、前記第１の抵抗状態は前記低抵抗状態である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１３】
前記読出電圧は、前記磁気トンネル接合データセルを低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分であり、前記第１の抵抗状態は、前記高抵抗状態である、請求項１０に記載の方法。
【請求項１４】
前記印加するステップの間に前記読出電圧が減少するかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電圧が減少するならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が高抵抗状態であると判定するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１５】
前記読出電圧は、１００ｍＶよりも多く減少する、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記磁気トンネル接合データセルに前記高抵抗状態を書き戻しするステップをさらに備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記印加するステップの間に前記読出電圧が増加するかどうかを判定して、前記印加するステップの間に前記読出電圧が増加するならば、前記磁気トンネル接合データセルの前記第１の抵抗状態が低抵抗状態であると判定するステップをさらに備える、請求項１０に記載の方法。
【請求項１８】
前記磁気トンネル接合データセルに前記低抵抗状態を書き戻しするステップをさらに備える、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
磁気メモリ装置であって、
スピン偏極されたスイッチング電流の印加により、高抵抗データ状態と低抵抗データ状態の間で切換可能な磁気トンネル接合データセルと、
前記磁気トンネル接合データセルに電気的に接続されたスイッチング電流源またはスイッチング電圧源と、
前記磁気トンネル接合データセルに電気的に結合されて、スイッチング電流またはスイッチング電圧が前記磁気トンネル接合データセルに印加されたときに５０ナノ秒未満の時間間隔内で読出電流または読出電圧の変化を検出する電圧微分器または電流微分器とを備える、磁気メモリ装置。
【請求項２０】
前記電圧微分器または電流微分器は、前記読出電流または読出電圧の変化を、１０ナノ秒未満の時間間隔内で検出する、請求項１９に記載の磁気メモリ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は２００８年１１月５日に出願された米国仮出願第６１／１１１，３５４の利益を主張し、その内容は全体的に参照によって本明細書に取り入れられる。
【０００２】
背景
広がるコンピュータおよび携帯／通信産業の急速な成長は、高容量の不揮発性ソリッドステートデータ記憶素子に対する爆発的な需要を生み出している。フラッシュメモリは、１つのそのようなデバイスであるが、遅いアクセス速度（〜ｍｓの書込および〜５０−１００ｎｓの読出）、制限された耐久性（〜１０3−１０4のプログラミング回数）、およびシステムオンチップ（ＳｏＣ）に集積化することの難しさといったような、いくつかの欠点を有する。フラッシュメモリ（ＮＡＮＤまたはＮＯＲ）は、また、３２ｎｍノード、および、それより先での重要なスケーリング問題に直面する。
【０００３】
磁気抵抗ランダムアクセスメモリ（ＭＲＡＭ）は、不揮発性および普遍のメモリに対する別の有望な候補である。ＭＲＡＭは、不揮発性、高い書込／読出速度（＜１０ｎｓ）、ほとんど制限のないプログラミング耐久性（＞１０15サイクル）、および待機電力が０であるという特徴を有する。ＭＲＡＭの基本的な構成要素は、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）である。データの記憶は、高抵抗状態と低抵抗状態との間でＭＴＪの抵抗を切換えることによって実現される。ＭＲＡＭは、ＭＴＪの磁化を切換えるための、電流で誘起された磁場を用いることによってＭＴＪ抵抗を切換える。ＭＴＪのサイズが縮小されるにつれて切換磁場の大きさが増大し、切換の変動がより厳しくなる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スピン偏極電流がＭＲＡＭの設計において磁化の切換を誘起するために用いられうる。スピン転移（Transfer）トルクＲＡＭ（ＳＴＲＡＭ）は、ＭＴＪを流れる（双方向の）電流を用いて抵抗の切換を実現する。ＳＴＲＡＭの切換機構は局所的に制約されて、ＳＴＲＡＭは従来のＭＲＡＭよりも優れたスケーリング特性を有すると考えられる。しかしながらセルが縮小されるにつれてＳＴＲＡＭセルの読出が困難となる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
簡単な要約
本開示は、スピン転移トルクランダムアクセスメモリの自己参照読出動作およびそのための装置に関する。特に、本開示は、スピン転移トルクランダムアクセスメモリの自己参照読出動作に関する。
【０００６】
磁気トンネル接合データセルの読出の１つの例示的な方法は、磁気トンネル接合データセルに読出電圧を印加して読出電流を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有する。読出電圧は、磁気トンネル接合データセルの抵抗を切換えるのに十分である。方法は、読出電流を検出するステップと、印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているかどうかを判定するステップとを含む。印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているならば、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は、読出電圧が磁気トンネル接合データセルを切換えるのに十分であった抵抗状態である。
【０００７】
磁気トンネル接合データセルの自己参照読出の別の例示的な方法は、磁気トンネル接合データセルに読出電流を印加して読出電圧を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有する。読出電流は、磁気トンネル接合データセルの抵抗を切換えるのに十分である。方法は、読出電圧を検出するステップと、印加するステップの間に読出電圧が一定に保たれているかどうかを判定するステップとを含む。印加するステップの間に読出電圧が一定に保たれているならば、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は、読出電流が磁気トンネル接合データセルを切換えるのに十分であった抵抗状態である。
【０００８】
別の実施形態は、スピン偏極切換電流の印加によって高抵抗状態と低抵抗状態との間で切換可能な磁気トンネル接合データセルと、磁気トンネル接合データセルに電気的に結合されたスイッチング電流源またはスイッチング電圧源とを有する磁気記憶装置を含む。電圧微分器（differentiator）または電流微分器が磁気トンネル接合データセルに電気的に結合されて、スイッチング電流またはスイッチング電圧が磁気トンネル接合データセルに印加されたときに、５０ナノ秒未満の時間間隔内で読出電流または読出電圧の変化を検出する。
【０００９】
本開示は、添付の図面と関連して、以下に続く本開示のさまざまな実施形態の詳細な説明を考慮することで、より完全に理解され得る。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】低抵抗状態における例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの断面概略図である。
【図２】高抵抗状態における別のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの断面概略図である。
【図３】スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの概略的な回路図である。
【図４】例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリ読出検出装置の概略的な回路図である。
【図５】図５に示された読出検出装置の例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【図６】抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる場合のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの静的Ｒ−Ｖ（抵抗−電圧）曲線のグラフである。
【図７】スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが高抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための、例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【図８】スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが低抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための、例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【図９】抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる場合のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの静的Ｒ−Ｉ（抵抗−電流）曲線のグラフである。
【図１０】スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが高抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【図１１】スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが低抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧での読出電流検出のための例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【図１２Ａ】ＭＴＪを高抵抗状態から低抵抗状態へと切換えるのに十分な電圧が印加されたときの読出電流を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。
【図１２Ｂ】ＭＴＪを低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分な電圧が印加されたときの読出電流を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。
【図１３】読出電圧を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
図面は必ずしも縮尺する必要がない。図面で用いられる同様の符号は同様の要素を参照する。しかしながら、特定の図面中の要素を参照するために符号を使用することが、別の図面において同じ符号が付された要素を制限することを意図するものではないということが理解されるであろう。
【００１２】
詳細な説明
以下の説明において、説明の一部を形成する添付の図面の組が参照され、図面においては、図示によって、いくつかの特定の実施形態が示される。他の実施形態が意図されるとともに、本開示の範囲または精神から逸脱することなくなされ得るということが理解されるべきである。したがって、以下の詳細な説明は限定する意味で解釈されるべきではない。本明細書で与えられる定義は、本明細書で頻繁に用いられる特定の用語の理解を容易にするためのものであり、本開示の範囲を制限することを意味するものではない。
【００１３】
それ以外が示されていなければ、明細書および特許請求の範囲で用いられるフィーチャ（feature）のサイズ、量および物理特性を表わすすべての数は、「約（about）」との用語によって、すべての例において変更されるということが理解されるべきである。したがって、逆に示されていなければ、上述の明細書および添付の特許請求の範囲において説明される数値パラメータは近似であって、その近似は、本明細書に開示された教示を利用する当業者によって取得されることが目指される所望の特性に依存して変化し得る。
【００１４】
端点による数値範囲の記述は、その範囲内に包含されるすべての数（たとえば１から５は、１，１．５，２，２．７５，３，３．８０，４．５を含む）およびその範囲内の任意の範囲を含む。
【００１５】
この明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、単数形「ａ」、「an」、「the」は、その内容が明らかにそれ以外を示さない限りは、複数の対象を有する実施形態を包含する。この明細書および添付の特許請求の範囲において用いられるように、「または（or）」との用語は、その内容が明らかにそれ以外を示さない限りは、概して「および／または（and/or）」を含む意味において用いられる。
【００１６】
本開示は、スピン転移トルクメモリ装置および自己参照読出方法に関する。特に、本開示は、スピン転移トルクメモリユニットが高抵抗状態または低抵抗状態のいずれを有しているかを判定するための自己参照読出方法に関する。多くの実施形態において、読出電流または読出電圧は、磁気トンネル接合データセルの抵抗状態を切換えるのに十分であるが、磁気トンネル接合データセルに印加される。結果的な読出電流または読出電圧が検出されて、電圧または電流の跳躍（jump）または下降（drop）が検出されるならば、磁気トンネル接合データセルの抵抗状態が、読出電流または読出電圧が磁気トンネル接合を切換えるのに十分であったという反対のデータ状態であると判定される。結果的な読出電流または結果的な読出電圧が一定のままに保たれるならば、磁気トンネル接合データセルの抵抗状態が、読出電流または読出電圧が磁気トンネル接合を切換えるのに十分であったデータ状態であると判定される。結果的な読出電圧または結果的な読出電流の跳躍または下降が検出されるならば、書き戻し（write back）動作が磁気トンネル接合データセルを元の抵抗データ状態に戻す。開示された方法は、大きく利用可能な検出信号と高速の読出速度とを提供する。本開示は特に限定されるものではないが、以下に与えられる例の議論を通じて、本開示のさまざまな局面の理解が得られるであろう。
【００１７】
図１は、低抵抗状態における例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０の断面概略図であり、図２は、高抵抗状態における別のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０の断面概略図である。磁気トンネル接合（ＭＴＪ）メモリユニット１０は、強磁性自由層１２と、強磁性リファレンス（すなわち固定された）層１４とを含む。強磁性自由層１２と強磁性リファレンス層１４とは酸化バリア層１３またはトンネルバリアによって分離される。第１の電極１５は強磁性自由層１２と電気的に接触し、第２の電極１６は、強磁性リファレンス層１４と電気的に接触している。強磁性層１２，１４は、たとえば、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉのような任意の実用的な強磁性（ＦＭ）合金からなり得て、絶縁バリア層１３は、たとえば酸化物材料（たとえばＡｌ2Ｏ3またはＭｇＯ）のような電気的絶縁材料からなり得る。他の適切な材料もまた用いられ得る。
【００１８】
電極１５，１６は、強磁性層１２，１４を流れる読出電流および書込電流を与える制御回路に、強磁性層１２，１４を電気的に接続する。スピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０の抵抗は、強磁性層１２，１４の磁化ベクトルまたは磁化方向によって決定される。強磁性リファレンス層１４の磁化方向は所定の方向に固定される一方で、強磁性自由層１２の磁化方向はスピントルクの影響下で自由に回転する。強磁性リファレンス層１４の固定は、たとえば、ＰｔＭｎ、ＩｒＭｎおよびその他のような反強磁性に秩序付けられた材料での交換バイアスの使用を通じて達成され得る。リファレンス磁性層１４は、単一の強磁性層であり得るが、複数の層を含んでもよく、複数の層は、たとえば、１対の強磁性的に結合された強磁性層、反強磁性固定層と強磁性固定層、合成反強磁性層、または反強磁性層を有する合成反強磁性層である。
【００１９】
図１は、低抵抗状態でのスピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０を示し、低抵抗状態では、強磁性自由層１２の磁化方向が強磁性リファレンス層１４の磁化方向と平行であり同じ方向である。これは、低抵抗状態または「０」データ状態と呼ばれる。図２は、高抵抗状態でのスピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０を示し、高抵抗状態では、強磁性自由層１２の磁化方向が強磁性リファレンス層１４の磁化方向と反平行であり逆方向にある。これは高抵抗状態または「１」データ状態と呼ばれる。
【００２０】
ＭＴＪメモリユニット１０の磁気層を通る電流がスピン偏極されて、ＭＴＪ１０の自由層１２にスピントルクを与える場合に、スピン転移を介して、ＭＴＪメモリユニット１０の抵抗状態すなわちデータ状態を切換えることが起こる。十分なスピントルクが自由層１２に与えられた場合、自由層１２の磁化方向は、２つの反対方向の間で切換わり得て、したがって、電流の方向に依存して、ＭＴＪ１０が平行状態（すなわち低抵抗状態または「０」データ状態）と反平行状態（すなわち高抵抗状態または「１」データ状態）との間で切換わり得る。
【００２１】
例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０は、固定された磁気層１４に対する自由磁気層１２の相対的な磁化状態を変化させることによってデータビットがスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットに記憶される、複数のＭＴＪメモリユニットを含むメモリデバイスを構築するために用いられ得る。記憶されたデータビットは、セルの抵抗を測定することによって読出され得るが、セルの抵抗は、固定された磁気層に対する自由層の磁化方向によって変化する。スピン転移トルクＭＴＪメモリユニット１０が不揮発性ランダムアクセスメモリの特性を有するために、自由層はランダムな変動に対して熱安定性を示し、その結果、自由層の方向は、そのような変化が生じるようにそれが制御された場合のみ変化する。この熱安定性は、たとえばビットサイズ、形状および結晶異方性を変化させるといった異なる方法を用いることによる磁気異方性によって達成し得る。一般的に、異方性は、薄い磁気層において容易軸（soft axis）と困難軸（hard axis）とを形成する。困難軸と容易軸とは、通常では磁場の形をとる外部エネルギの大きさにより定義され、外部エネルギは、より高い飽和磁場を要求する困難軸により、磁化の方向をその方向に完全に回転させる（飽和させる）ことが必要とされる。
【００２２】
図３は、例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットＭＴＪの概略図である。スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットＭＴＪは、たとえばＮＭＯＳトランジスタのようなトランジスタに直列に接続される。スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットＭＴＪの反対側は、ビット線ＢＬに電気的に接続される。トランジスタはソース線ＳＬおよびワード線ＷＬに電気的に結合される。図３に示されるように、回路図において、ＭＴＪは可変抵抗としてモデル化されることができる。
【００２３】
図４は、本明細書で記載された読出動作の間に、電圧（または電流）の跳躍または下降を検出するための例示的なスピン転移トルクＭＴＪメモリ装置の概略的な回路図である。検出回路は、微分器として記述されることができる。磁気トンネル接合データセルＲMTJ（上記のとおり）は、電流源ＩS（または電圧源ＶS）と電気的に接続されて、キャパシタＣが磁気トンネル接合データセルＲMTJとセンスアンプＡとの間に電気的に結合される。センスアンプＡは電圧出力ＶOUTを与える。任意の電圧変化が微分器によって検出されることができる。例示的な詳細な信号が図５に示される。
【００２４】
図５は、電流源ＩSの適用と対応する結果的な電圧降下ＶSを示す。電圧出力ＶOUTは、３つの電圧スパイクを示す。クロックＣＬＯＣＫは不要な初期および終期の（信号検出の初期および終期における）電圧スパイクを除去するために用いられる。結果的な電圧出力ＶOUT1は、磁気トンネル接合データセルＲMTJの抵抗状態の切換（この例においては高抵抗状態から低抵抗状態）による電圧降下を示す。したがって、読出動作は、磁気トンネル接合データセルＲMTJが高抵抗状態であったことを示す。書き戻し動作は、したがって、磁気トンネル接合データセルＲMTJを元の高抵抗状態に戻すように実行されることができる。
【００２５】
図６は、抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態に切換わる場合のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの静的Ｒ−Ｖ（抵抗−電圧）曲線のグラフである。図１または図２における第２の電極１６に正の電圧が印加されるときに、ＭＴＪ１０は、図６における正の印加電圧領域に入り、高抵抗状態（図２）から低抵抗状態（図１）へと切換わる。図１または図２における第１の電極１５に正の電圧が印加されたときに、ＭＴＪ１０は、図６における負の印加電圧領域に入る。ＭＴＪの抵抗は低抵抗状態（図１）から高抵抗状態（図２）へと切換わる。
【００２６】
図７は、スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが高抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための、例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。図８は、スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが低抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための、例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【００２７】
読出電圧ＶSは、磁気トンネル接合データセルまたはスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットに印加される。読出電圧ＶSは、磁気トンネル接合データセルの抵抗状態を（この例では高抵抗状態から低抵抗状態へと）切換えるのに十分な臨界的な電圧以上である。読出電圧ＶSは、０．１〜５０ナノ秒、または０．１〜２５ナノ秒または０．１〜１０ナノ秒の期間の間印加される。したがって、読出動作は高速動作である。図７および図８に示されるように、電圧パルスの間、磁気トンネル接合データセルを通る結果的な（すなわち検知された）読出電流ＩSが検出される。図７は、高抵抗状態Ｒ１にある磁気トンネル接合データセルおよび低抵抗状態Ｒ０への切換わりを示す。検知された読出電流ＩSの跳躍（増加）は、読出動作の間に起こる。図８は、低抵抗状態Ｒ０にある磁気トンネル接合データセルを示す。検知された読出電流ＩSは、読出動作の間一定に保たれる。他の実施形態において、読出電圧は、磁気トンネル接合データセルのデータ抵抗状態を低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分な、臨界的な電圧以上である。
【００２８】
図９は、抵抗状態が高抵抗状態から低抵抗状態へと切り替わる場合のスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットの静的Ｒ−Ｉ（抵抗−電流）曲線のグラフである。図１０は、スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが高抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧における読出電流検出のための例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。図１１は、スピン転移トルクＭＴＪメモリユニットが低抵抗状態にあるときに、高抵抗状態から低抵抗状態へのスイッチング電圧での読出電流検出のための例示的な、詳細な信号タイミンググラフである。
【００２９】
読出電流ＩSは、磁気トンネル接合データセルまたはスピン転移トルクＭＴＪメモリユニットに印加される。読出電流ＩSは、磁気トンネル接合データセルのデータ抵抗状態を（この例では高抵抗状態から低抵抗状態へと）切換えるのに十分な、臨界的な電流以上である。読出電流ＩSは、０．１〜５０ナノ秒または０．１〜２５ナノ秒、または０．１〜１０ナノ秒の期間の間印加される。したがって、読出動作は高速動作である。図１０および図１１に示されるように、電流パルスの間、磁気トンネル接合データセルを通る結果的な（すなわち検知された）読出電圧ＶSが検出される。図１０は、高抵抗状態Ｒ１にある磁気トンネル接合データセルおよび低抵抗状態Ｒ０への切換わりを示す。検知された読出電圧ＶSの下降（低下）は、読出動作の間に起こる。多くの実施形態において、電圧変化は１００ｍＶ以上であり得る。図１１は、低抵抗状態Ｒ０にある磁気トンネル接合データセルを示す。検知された読出電圧ＶSは、読出動作の間一定に保たれる。他の実施形態において、読出電流は、磁気トンネル接合データセルのデータ抵抗状態を低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分な臨界的な電流以上である。
【００３０】
図１２Ａは、ＭＴＪを高抵抗状態から低抵抗状態へと切換えるのに十分な電圧が印加されたときの読出電流を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。方法は、ブロックＭ１において、磁気トンネル接合データセルに読出電圧を印加して読出電流を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有し、読出電圧は磁気トンネル接合データセルの抵抗を（この例では、高抵抗状態から低抵抗状態へと）切換えるのに十分である。ブロックＭ２において読出電流が検出される。次に、方法は、ブロックＣ３において、印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているかどうかを判定するステップを含む。印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているならば、ブロックＤ２において、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は、読出電圧が磁気トンネル接合データセルを（この例では低抵抗状態へと）切換えるのに十分であった抵抗状態である。読出電流が変化する（この例では増加する）ならば、ブロックＤ１において第１の抵抗状態は反対の抵抗状態（この例では高抵抗状態）であり、ブロックＭ３において磁気トンネル接合データセルに高抵抗状態が書き戻しされる。
【００３１】
図１２Ｂは、ＭＴＪを低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分な電圧が印加されたときの読出電流を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。方法は、ブロックＭ４において、磁気トンネル接合データセルに読出電圧を印加して読出電流を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有し、読出電圧は磁気トンネル接合データセルの抵抗を（この例では、低抵抗状態から高抵抗状態へと）切換えるのに十分である。ブロックＭ５において読出電流が検出される。次に、方法は、ブロックＣ４において、印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているかどうかを判定するステップを含む。印加するステップの間に読出電流が一定に保たれているならば、ブロックＤ４において、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は、読出電圧が磁気トンネル接合データセルを（この例では高抵抗状態へと）切換えるのに十分であった抵抗状態である。読出電流が変化する（この例では増加する）ならば、ブロックＤ３において第１の抵抗状態は反対の抵抗状態（この例では高抵抗状態）であり、ブロックＭ６において磁気トンネル接合データセルに低抵抗状態が書き戻しされる。
【００３２】
図１３は、読出電圧を検知する、例示的な自己参照読出方法のフロー図である。方法は、ブロックＭ１１において、磁気トンネル接合データセルに読出電流を印加して読出電圧を形成するステップを含む。磁気トンネル接合データセルは第１の抵抗状態を有し、読出電流は磁気トンネル接合データセルの抵抗を（この例では、高抵抗状態から低抵抗状態へと）切換えるのに十分である。ブロックＭ１２において、読出電圧が検出される。次に、方法は、ブロックＣ１３において、印加するステップの間に読出電圧が一定に保たれているかどうかを判定するステップを含む。印加するステップの間に読出電圧が一定に保たれているならば、ブロックＤ１２において、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は、読出電流が磁気トンネル接合データセルを（この例では低抵抗状態へと）切換えるのに十分であった抵抗状態である。そうでない場合、ブロックＤ１１において第１の抵抗状態は反対の抵抗状態（この例では高抵抗状態）であり、ブロックＭ１３において磁気トンネル接合データセルに高抵抗状態が書き戻しされる。
【００３３】
他の実施形態において、読出電流は、磁気トンネル接合データセルの抵抗を低抵抗状態から高抵抗状態へと切換えるのに十分である。これらの実施形態において、印加するステップの間に読出電圧が一定に保たれるならば、磁気トンネル接合データセルの第１の抵抗状態は低抵抗状態である。読出電圧が一定に保たれていないあるいは変化する（この例では増加する）ならば、第１の抵抗状態は反対の抵抗状態（この例では高抵抗状態）であり、ブロックにおいて磁気トンネル接合データセルに高抵抗状態が書き戻しされる。したがって、「スピン転移トルクメモリ自己参照読出方法」の実施形態が開示される。上記の実施および他の実施は以下の特許請求の範囲の範囲内にある。当業者は、開示されたもの以外の実施形態により、本開示が実現され得ることを理解するであろう。開示された実施形態は図示および制限しない目的のために提示され、本発明は以下に続く特許請求の範囲によってのみ制限される。
【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１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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