JP2018501645A - 外部磁場を感知するためのmluセル、及びmluセルから成る磁気センサ装置 - Google Patents
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Abstract
Description
1つのバイアス層が、バイアス磁化方向を呈し、1つのバイアス反強磁性層が、このバイアス磁化方向を低閾値温度でピン止めし、このバイアス磁化方向を高閾値温度で解放し、
当該ピン止めされたバイアス磁化方向が、当該ピン止めされた基準磁化方向に対してほぼ平行に配向され、
1つのバイアス結合層が、前記センス層と前記バイアス層との間に設けられていて、このバイアス結合層は、反強磁性型の磁気材料から成り、前記センス磁化方向が、当該ピン止めされたバイアス磁化方向と、当該ピン止めされた基準磁化方向とに対してほぼ直角に配向されるように、前記バイアス層と前記センス層とを磁気結合させるために構成されている。
対応するサブセット101,102,103内の複数のMLUセル1を高閾値温度THで加熱し、前記複数のMLUセル1の基準磁化方向230とバイアス磁化方向270とをピン止め解除するように、加熱電流31を電流線301,302,303に通電するステップと、
前記複数のMRAMセル1の前記基準磁化方向230と前記バイアス磁化方向270とをプログラムされた方向に整合させるために、プログラミング磁場42をフィールド線401,402,403に印加するステップと、
前記プログラムされた方向への前記基準磁化方向230と前記バイアス磁化方向270との切り替えをピン止めするように、前記対応するサブセット101,102,103内に構成された前記複数のMLUセル1を低閾値温度TLに冷却するステップとを有する。
100 磁気センサ装置
101 第1サブセット、第1枝
102 第2サブセット、第2枝
103 第3サブセット、第3枝
2 磁気トンネル接合
21 センス層
210 センス磁化方向
22 トンネル障壁層
23 基準層
230 基準磁化方向
231 第1基準強磁性層
232 第2基準強磁性層
233 基準スペーサ層
24 基準ピン止め層
26 バイアスピン止め層
27 バイアス層
270 バイアス磁化方向
271 第1バイアス強磁性層
272 第2バイアス強磁性層
273 バイアススペーサ層
28 バイアス結合層
29 非磁性スペーサ層
3 電流線
301 第1通電枝
302 第2通電枝
303 第3通電枝
31 加熱電流
32 センス電流
4 プログラミング線
401 プログラミング線部
402 プログラミング線部
403 プログラミング線部
41 プログラミングフィールド電流
42 プログラミング磁場
43 センスフィールド電流
44 センス磁場
60 外部磁場
601 外部磁場の第1成分
602 外部磁場の第2成分
603 外部磁場の第3成分
R 平均抵抗
TH 高閾値温度
TL 低閾値温度
THP ピン止め層の高閾値温度
TLP ピン止め層の低閾値温度
Claims (14)
- 外部磁場を感知するための、1つの磁気トンネル接合(2)から成るMLUセル(1)であって、この磁気トンネル接合(2)は、前記外部磁場によって配向されるように適合されたセンス磁化方向(210)を呈する1つのセンス層(21)と、基準磁化方向(230)を呈する1つの基準層(23)と、この基準磁化方向(230)を低閾値温度(TL)でピン止めし、この基準磁化方向(230)を高閾値温度(TH)で解放する1つの基準反強磁性層(24)と、前記センス層(21)と前記基準層(23)との間の1つのトンネル障壁層(22)とを有し、
1つのバイアス層(27)が、バイアス磁化方向(270)を呈し、1つのバイアス反強磁性層(26)が、このバイアス磁化方向(270)を低閾値温度(TL)でピン止めし、このバイアス磁化方向(270)を高閾値温度(TH)で解放し、
当該ピン止めされたバイアス磁化方向(270)が、当該ピン止めされた基準磁化方向(230)に対してほぼ平行に配向され、
1つのバイアス結合層(28)が、前記センス層(29)と前記バイアス層(27)との間に設けられていて、このバイアス結合層(28)は、反強磁性型の磁気材料から成り、前記センス磁化方向(210)が、当該ピン止めされたバイアス磁化方向(270)と、当該ピン止めされた基準磁化方向(230)とに対してほぼ直角に配向されるように、前記バイアス層(27)と前記センス層(21)とを磁気結合させるために構成されている当該MLUセル(1)において、
前記磁気トンネル接合(2)は、前記センス層(21)と前記バイアス結合層(28)との間に1つの非磁性スペーサ層(29)をさらに有し、この非磁性スペーサ層(29)は、Ta、Mg、Al、Ru、Cu、Pt、Pd、Hf、Cr、Nb、Zn又は任意の合金又はこれらの元素のうちの任意の元素を含む酸化物を含み、この結合層(28)の磁気結合の強さを調整するために構成されていることを特徴とするMLUセル(1)。 - 前記バイアス層(27)は、反強磁性材料を含む請求項1に記載のMLUセル(1)。
- 前記反強磁性材料は、FeMn、IrMn、PtMn、NiO、CoO、又はCoFeO、NiFeOのようなMn若しくはOに基づく反強磁性体、又はCo、Fe、Ni若しくはMnに基づく反強磁性体、の組み合わせのうちの任意の1つの組み合わせから成る請求項2に記載のMLUセル(1)。
- 当該ピン止めされた層(27)は、1つのスペーサ層(273)によって反強磁性結合された1つの第1強磁性ピン止め層(271)と1つの第2強磁性ピン止め層(272)とから成る1つの合成強磁性層である請求項1〜3のいずれか1項に記載のMLUセル(1)。
- 前記センス層(21)は、1つのセンススペーサ層(223)によって反強磁性結合された1つの第1強磁性センス層(221)と1つの第2強磁性センス層(222)とから成る1つの合成強磁性層である請求項1〜3のいずれか1項に記載のMLUセル(1)。
- 外部磁場を感知するための、複数の枝(101,102,103)を有する磁気センサ装置(100)において、
それぞれの枝が、請求項1〜5のいずれか1項に記載の複数のMLUセル(1)から成る1つのサブセットを構成し、基準磁化方向(230)とバイアス磁化方向(270)とを解放するように、それぞれのサブセットは、そのサブセット内の複数のMLUセル(1)を高閾値温度(TH)の上で加熱するために適合されたプログラミング電流(311,312,313)を通電するために形成された1つの電流線(301,302,303)によって直列に電気接続されていて、
それぞれの前記枝(101,102,103)は、前記複数のMLUセル(1)が前記高閾値温度(TH)で加熱されるときに、そのサブセット内に構成された前記複数のMLUセル(1)の前記基準磁化方向(230)と前記バイアス磁化方向(270)とをプログラムされた1つの方向に整合させるために生成されたプログラミング磁場(42)を印加するための手段をさらに有する当該磁気センサ装置(100)。 - それぞれのサブセットが、前記プログラミング磁場(42)を誘導するフィールド電流(41)を通電するために配置された1つのフィールド線(401,402,403)と協働し、プログラミング磁場(42)を印加するための前記手段は、前記フィールド電流(41)を前記フィールド線(401,402,403)に通電することから成る請求項6に記載の磁気センサ装置(100)。
- 前記複数の枝は、前記外部磁場の第1成分(601)を感知するために第1サブセットを電気接続する1つの第1枝(101)と、前記外部磁場の第2成分(602)を感知するために第2サブセットを電気接続する1つの第2枝(102)と、前記外部磁場の第3成分(603)を感知するために第3サブセットを電気接続する1つの第3枝(103)とを有する請求項6又は7に記載の磁気センサ装置(100)。
- 前記第2枝(102)は、前記第1枝(101)に対して約45°を成して配向されていて、前記第3枝(103)は、前記第1枝(101)に対してほぼ直角に配向されている請求項8に記載の磁気センサ装置(100)。
- 請求項6〜9のいずれか1項に記載の磁気センサ装置(100)をプログラミングするための方法において、
当該方法は、それぞれの枝(101,102,103)に対して、
対応するサブセット内に構成された複数のMLUセル(1)を高閾値温度(TH)で加熱し、基準磁化方向(230)とバイアス磁化方向(270)とをピン止め解除するように、加熱電流(31)を電流線(301,302,303)に通電することと、
前記サブセット内に構成された前記複数のMLUセル(1)が前記高閾値温度(TH)で加熱されると、前記サブセット内に構成された前記複数のMLUセル(1)の前記基準磁化方向(230)と前記バイアス磁化方向(270)とをプログラムされた1つの方向に整合させるために、プログラミング磁場(42)を印加することと、
前記基準磁化方向(230)と前記バイアス磁化方向(270)とをプログラムされた方向に切り替えることをピン止めし、センス磁化方向(210)が、前記プログラムされた方向に対してほぼ直角に整合されるように、前記サブセット内に構成された前記複数のMLUセル(1)を低閾値温度(TL)に冷却することから成る当該方法。 - それぞれの枝(101,102,103)が、連続して又は同時にプログラミングされるように、前記加熱電流(31)を通電するステップと、前記基準磁化方向(230)及び前記バイアス磁化方向(270)を切り替えるステップと、前記複数のMLUセル(1)を冷却するステップとが実行される請求項10に記載の方法。
- それぞれのサブセットが、前記プログラミング磁場(42)を誘導するフィールド電流(41)を通電するために配置された1つのフィールド線(401,402,403)と協働し、プログラミング磁場(42)を印加することは、フィールド電流(41)を前記フィールド線(401,402,403)に通電することから成る請求項10又は11に記載の方法。
- 前記サブセット内の前記複数のMLUセル(1)が、少なくとも前記低閾値温度(TL)に冷却されるまで、前記プログラミング磁場(42)が印加される請求項10〜11のいずれか1項に記載の方法。
- センス電流(32)を複数の通電枝(301,302,303)に通電することから成る請求項6〜9のいずれか1項に記載の磁気センサ装置(100)を使用することによって外部磁場を感知するための方法。
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