JP3810274B2 - 不揮発性記憶ラッチ - Google Patents
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Description
(発明の背景)
本発明は、電子メモリ・デバイスの分野に関し、より詳細には、電力が加えられたときに所望の状態をとる不揮発性メモリ素子に関する。
【0002】
ほとんどのデジタル電子デバイスは、所望の機能を実施するために論理ゲートとメモリ素子の両方を使用する。メモリ素子は、初期、中間、および/または最終データを格納するために使用される。論理ゲートは、メモリ素子にデータを出力する、かつ/またはそこからデータを受信し、必要なデータ操作を行うために使用される。典型的なデジタル・システムでは、基本メモリ素子が、ラッチ素子と呼ばれる双安定論理回路である。例えばDラッチ、RSラッチ、JKラッチなどを含めた多数のタイプのラッチ素子が存在する。これらのラッチ素子はしばしば、フリップフロップまたは他の記憶デバイスの様々なフォームを形成するために組み合わされる。
【0003】
ラッチ素子は通常、偶数個の否定を有する1つまたは複数のフィードバック・パスを使用する。偶数個の否定を提供することによって、フィードバック・パスは、ラッチ素子のデータ状態を補強する。ラッチ素子に所望の状態を書き込むために、フィードバック・パスは通常オーバードライブされる、またはフィードバック・パスを一時的に中断するためにスイッチが提供され、それと同時に新たなデータ状態がラッチ素子に提供される。ほとんどの基本ラッチ素子が、一対のクロスカップルされた反転器を含む。しかし、多数の他の知られている実装形態が存在する。
【0004】
従来のラッチ素子は、少なからぬ欠点(制限)を有していた。そのうちのいくつかを以下に記述する。第1に、ラッチ素子の初期状態は通常わかっていない。この制限は、回路またはシステムにいくつかの問題を生じさせる可能性がある。例えば、選択された出力バッファのイネーブル信号が通常、ラッチ素子の状態によって直接的に、または間接的に制御される。電源投入時にラッチ素子の状態がわかっていないため、1つまたは複数の出力バッファを同時にイネーブルする場合がある。これは、出力バッファが両方向バスに結合され、あるバッファが別のバッファをオーバードライブすることを試み、それによりかなりの電力を消費し、場合によっては選択された回路素子に損傷をもたらす。
【0005】
この問題および他の問題を緩和するために、多くのシステムは、電源投入後に短時間実行される初期化手順を必要とする。初期化手順の一目的は、選択されたラッチ素子の状態を初期化することである。初期化手順は、例えば、回路またはシステムの出力バッファをディスエーブルとするために、選択されたラッチ素子をリセットする。一般に、初期化手順は、選択されたラッチ素子を初期化して、後続の処理のためにデバイスを準備する。初期化手順の必要が、システムをブートするのに必要な時間を増大させる。
【0006】
多くの従来ラッチ素子の他の関連する制限は、電力が失われたあるいは中断されたときに、内部に格納されたデータが失われることである。例えば、パーソナル・コンピュータまたは他のデータ処理システムが電力を失うと、ラッチ素子に格納されているデータが失われる。電力がリストアされるとき、データ処理システムは、電力損失前のデータ処理システムの状態とは無関係である初期状態をとる。しばしば、電力損失と同時にまたはその前に完了した処理の大半が失われる、またはそれらを再構成および/または再実行しなければならず、時間を浪費する冗長なタスクになる可能性がある。
【0007】
信頼度を高める適用例では、ラッチ素子が電力損失を受ける可能性を減らすために主電源と補助電源を設ける。このようなシステムでは、補助電源は、主電源が故障したときに使用される。この手法の制限は、補助電源、電力減衰検出機構、および電源スイッチング機構を含めて、かなりのオーバーヘッドが必要とされることである。さらに、補助電源はしばしば、寿命が制限された電池、またはその類である。したがって、長時間主電源が故障している場合、補助電源も故障して、ラッチ素子に、内部に格納されたデータを失わさせる可能性がある。
【0008】
電源故障後のデータの損失を最小限に抑えるための他の手法は、システムにサブミットされる各トランザクションごとに監査トレールを保守するものである。そのようなシステムでは、監査トレールは、磁気テープやハード・ドライブなどの不揮発性記憶媒体に定期的に書き込まれる。監査トレールは通常、処理装置にサブミットされる各トランザクションの状態のリストを含む。電源が故障した場合、上述したように、システム内部のラッチ素子は、内部に格納されたデータを失う。しかし、電力がリストアされた後、監査トレールを使用して、各トランザクションの状態を再構成することができる。完了されていないまたは格納されていないトランザクションのみを、処理のために再サブミットすればよい。これにより、電源故障後に必要なデータ再構成の量を大幅に減少させることができる。しかし、監査トレール・データを読み取り、各トランザクションの状態を求めるためには、通常かなりの時間およびリソースが必要である。
【0009】
したがって、電源投入時に所望の状態をとるラッチ素子が望まれる。これは、初期化手順の必要性を低減させる、またはなくすることができる。また、電力が失われたあるいは中断されたときにデータを失わないラッチ素子を実現することが望まれる。これは、補助電源および/または監査トレール・システム、またはその類を用意する必要性を低減する。
【0010】
(発明の概要)
本発明は、電源投入時に既知の初期状態をとる双安定ラッチ素子を実現することによって、従来技術の欠点の多くを克服する。本発明はまた、電力が失われたあるいは中断されたときにデータを失わないラッチ素子を実現する。これは、ラッチ素子内に1つまたは複数の磁気素子を組み込むことによって実施される。磁気素子は、少なくとも2つの安定な磁気抵抗を有することが好ましい。磁気素子を適切な抵抗値にプログラムすることによって、ラッチ素子は、電源投入時に所望のまたは既知の初期状態をとることができる。通常機能動作中にラッチ素子が書き込まれるたびに磁気素子をプログラムすることによって、電力が失われたあるいは中断されたときに、内部に格納されたデータが失われないようにすることができる。
【0011】
本発明の1つの例示的な実施形態では、ラッチ素子は電源によって電力供給され、2つの安定な状態のうちの1つを有するデータビットを選択的に格納する。第1の磁気素子は、ラッチ素子の第1の部分と電源の間に挿入される。第1の磁気素子は、第1の磁気的プログラマブル抵抗を提供し、ラッチ素子に、電源の電源投入時に2つの安定な状態のうちの所望の1つをとらせる。また、第2の磁気素子を、ラッチ素子の第2の部分と電源の間に挿入して、第1の磁気的プログラマブル抵抗とは異なる第2の磁気的プログラマブル抵抗を生成することができる。第2の磁気素子は、ラッチ素子が、電源の電源投入時に2つの安定な状態のうちの所望の1つをとる助けとなる。
【0012】
本発明の他の例示的な実施形態では、第1の電圧と第2の電圧によって電源供給されるラッチ素子が形成される。ラッチ素子は、クロスカップルされた構成で一体に結合された第1の反転素子と第2の反転素子を含み、第1および第2の反転素子がそれぞれ、第1の電源端と第2の電源端を有する。この例示的な実施形態では、第1の磁気素子は、第1の反転素子の第1の電源端と第1の電圧との間に形成される。第2の磁気素子は、第2の反転素子の第1の電源端と第1の電圧との間に形成される。このとき、第1および第2の反転素子の第2の電源端が、第2の電圧に結合される。好ましくは、第1の磁気素子は、第2の磁気素子とは異なる抵抗を形成するようにプログラムされる。したがって、不均衡が作られ、それによりクロスカップルされた反転素子に、パワーアップ時に所望の状態をとらせる。
【0013】
本発明の他の例示的な実施形態では、第1の磁気素子を、第1の反転素子の第1の電源端と第1の電圧との間に接続することができ、第2の磁気素子を、第2の反転素子の第2の電源端と第2の電圧との間に接続することができる。第1の電源が第2の電源を基準として正であってよく、またはその逆であってもよい。
【0014】
本発明の他の例示的な実施形態では、従来のラッチ素子を、プログラマブル入力電圧供給回路に結合して、所望のまたは既知の初期値をとるラッチ素子を提供することができる。入力電圧供給回路は、電源投入時にラッチ素子に2つの状態のうちの1つの入力電圧を出力することができる。入力電圧供給回路は、少なくとも2つの安定な磁気抵抗状態を有する少なくとも1つの磁気素子を含むことが好ましい。適切な抵抗値を有するように磁気素子をプログラムすることによって、入力電圧を調整して、初期電源投入時にラッチ素子に所望の状態を書き込むことができる。
【0015】
入力電圧供給回路は、第1の抵抗器と第1の磁気素子の両方を含むことが好ましく、第1の抵抗器と第1の磁気素子は、第1のハーフ・ブリッジ構成として接続される。次いで、入力電圧が、第1の抵抗器と第1の磁気素子の中間接続点から供給される。適切な抵抗値を有するように第1の磁気素子をプログラムすることによって、入力電圧を調整して、初期電源投入時にラッチ素子に所望の状態を書き込むことができる。さらに、入力電圧供給回路は、第2の抵抗器および第2の磁気素子を含むことができ、第2の抵抗器と第2の磁気素子は、第2のハーフ・ブリッジ構成として接続される。このとき、入力電圧は、第1の抵抗器と第1の磁気素子の中間接続点と、第2の抵抗器と第2の磁気手段の中間接続点と間に供給する。
【0016】
入力電圧振幅を最大限にするために、第1の磁気素子は、2つの磁気的プログラマブル抵抗値のうちの所定の1つにプログラムされることが好ましく、第2の磁気素子は、2つの磁気的プログラマブル抵抗値の残りの1つにプログラムされることが好ましい。これは当然、第1および第2の磁気素子が、対応するハーフ・ブリッジ回路の隣接する脚に位置決めされていることを仮定している。入力電圧供給回路とラッチ素子の間にセレクタを配置して、記憶素子に入力電圧を選択的に供給することができることも企図される。セレクタは、電源投入が進行した、または完了した後に、動作されることが好ましい。
【0017】
上の各例示的な実施形態では、磁気素子を、対応する磁気素子に隣接して書込み電流を流すことによってプログラムすることができる。書込み電流は、磁気素子を2つの安定な磁気状態のうちの1つに磁化する。磁気状態が、対応する磁気素子の抵抗値を制御する。対応する磁気素子に対して書込み電流の方向を変更させることによって、磁気状態、したがって磁気素子の抵抗を変更することができる。
【0018】
上述したように、本発明のいくつかの実施形態は、第1の磁気素子と第2の磁気素子の両方を含み、第1の磁気素子を1つの状態に、第2の磁気素子を反対の状態にプログラムする(書き込む)ことが望ましい。本発明の一実施形態では、第1および第2の磁気素子は、単一の書込み線を使用することによって反対の状態に書き込まれる。単一書込み線は、第1の方向から第1の磁気素子に、反対の方向から第2の磁気素子に近づくようにレイアウトされている。この構成では、書込み線を通る書込み電流が、第1の方向から第1の磁気素子に、反対の方向から第2の磁気素子に交差する磁場を生成する。したがって、書込み電流が、第1の磁気素子に第1の状態を書き込み、第2の磁気素子に反対の状態を書き込む。書込み電流の方向を選択することによって、第1および第2の磁気素子に、所望の、しかし反対の状態を書き込むことができる。
【0019】
他の例示的な実施形態では、2つの別々の層を有する書込み線を提供することができる。上側層が磁気素子の上に提供され、下側層が磁気素子の下に提供されることが好ましい。一実施形態では、2つの層のうちの選択された1つを介して、単一の方向に、例えば左から右に電流が供給される。上側層を介して電流が供給されるとき、磁気素子に1つの状態が書き込まれる。下側層を介して電流が提供されるとき、磁気素子に反対の状態が書き込まれる。
【0020】
他の実施形態では、2つの層は、磁気素子の一方の側に電気的に接続されている。この構成では、電流は、上側層、両層接続、下側層を介して戻り、逆も同様である。この場合、上側層および下側層によって供給される磁場が付加的に生じ、それにより磁気素子での磁場が増大し、デバイスを切り替えるのに必要な電流が場合により減少する。
【0021】
上の例示的な実施形態全てにおいて、磁気素子が、AMR型材料、GMR型材料、CMR型材料、スピン依存トンネル型デバイス、スピン・バルブ型デバイス、または任意の他の磁気材料またはデバイスを含むことができる。好ましい実施形態では、磁気素子が「疑似」スピン・バルブ構造である。疑似スピン・バルブ構造は、CoFeなどの2つの比較的ハードな活性強磁性層の間に挟まれたCuなどの電気伝導性があり磁気絶縁性がある材料を含むことが好ましい。2つの比較的ハードな活性強磁性層は、上部活性強磁性層と下部活性強磁性層を含むことが好ましい。例えばDaughtonの米国特許第5595830号に記載されている従来のスピン・バルブ構造のより柔軟なパーマロイ(NiCoFe)クラッド層は、好ましくは除去される。
【0022】
上部活性強磁性層は記憶層であることが好ましく、下部活性強磁性層はハード層であることが好ましい。上部記憶層の磁化ベクトルが書込み電流に応答して回転することを可能にするために、上部記憶層の厚さは、下部ハード層に比べて減少される。2つの強磁性層の厚さの違いが、2つの層の保磁力の差を生み出す。好ましい実施形態では、より薄い記憶層の保磁力が十分に小さく、その磁化ベクトルが書込み電流に応答して回転することを可能にする。ラッチ素子では、より薄い記憶層の保磁力も十分に大きくされ、下部ハード層の反磁場が、ハード層の磁化ベクトルに逆平行な記憶層の磁化ベクトルを回転させるのを防止する。従来のスピン・バルブ構造のより柔軟なパーマロイNiCoFeクラッド層をなくすことによって、本発明の「疑似」スピン・バルブ構造は、フィルム・スタック、したがって付着プロセスを簡略化し、大きなGMR率に不可欠な高モーメント材料を保守し、ビットスルー処理の熱安定性を高める。
【0023】
以下の詳細な説明を添付図面と共に考慮して参照し、本発明がより良く理解されたときに、本発明の他の目的、および本発明の付随する利点の多くが容易に理解されよう。図面において、複数の図にわたって同じ参照番号は同じ部分を示す。
【0024】
(好ましい実施形態の詳細な説明)
図1は、従来のラッチ素子12に結合されたプログラマブル入力電圧供給回路10を含む、本発明の第1の例示的な実施形態を示す概略図である。入力電圧供給回路10は、パワー・アップ時に、2つの状態の一方をとる入力電圧をラッチ素子12に提供する。入力電圧供給回路10は、少なくとも2つの安定状態を有する少なくとも1つの磁気素子を含む。適当な抵抗値を有するように磁気素子をプログラムすることにより、最初のパワー・アップ時にラッチ素子12に所望の状態を書き込むように入力電圧を調節することができる。
【0025】
入力電圧供給回路10は、第1の抵抗器14および第1の磁気素子16を両方とも含むことが好ましく、第1の抵抗器14および第1の磁気素子16は、第1の半分のブリッジ構成で接続される。次いで、入力電圧は第1の抵抗器14と第1の磁気素子16の中間接続点18から出力される。適当な抵抗値を有するように第1の磁気素子16をプログラムすることにより、最初のパワー・アップ時にラッチ素子12に所望の状態を書き込むように入力電圧を調節することができる。
【0026】
入力電圧供給回路10は、第2の抵抗器20および第2の磁気素子22をさらに含むことができ、第2の抵抗器20および第2の磁気素子22も、やはり半分のブリッジ構成で接続される。図示の実施形態では、第1の抵抗器14、第1の磁気素子16、第2の抵抗器20、および第2の磁気素子22が、完全なブリッジ構成を形成している。したがって、入力電圧は、第1の抵抗器14と第1の磁気素子16の中間接続点18と、第2の抵抗器20と第2の磁気素子22の中間接続点24の間で出力することができる。入力電圧は、ラッチ素子12の交差反転回路対をオーバードライブして書込みに影響を及ぼすだけ十分に高くなければならない。
【0027】
入力電圧の振幅を最大にするには、第1の磁気素子16を磁気的にプログラム可能な2つの抵抗状態のうちの所望の一方にプログラムすることが好ましく、第2の磁気素子22はもう一方のプログラマブル抵抗状態にプログラムする。明示はしていないが、磁気素子16および22をともにブリッジの上側の脚に設け、2つの抵抗器14および20をともに下側の脚に設けることもできる。同様に、第2の抵抗器20で第2の磁気素子22を置き換える、またその逆の置き換えを行うことができる。この後者の構成では、第1の磁気素子16および第2の磁気素子22を同じ状態にプログラムすることによって入力電圧の最大振幅を達成することができる。
【0028】
セレクタ28は、入力電圧を選択的にラッチ素子12に出力するために、入力電圧供給回路10とラッチ回路12の間に配置することができる。図示のように、セレクタは、第1のトランジスタ30および第2のトランジスタ32を含むことができる。好ましくは、選択信号は、パワー・アップの進行中またはパワー・アップの完了後にトランジスタ30および32のゲートに提供される。
【0029】
図2は、第1の磁気素子42および第2の磁気素子44を備えたラッチ素子40を含む、本発明の別の例示的な実施形態を示す概略図である。ラッチ素子40は、pチャネル・トランジスタ46およびnチャネル・トランジスタ48を有する第1の反転器と、pチャネル・トランジスタ62およびnチャネル・トランジスタ64を有する第2の反転器とを含む。第1の反転器および第2の反転器は、周知の交差対構成で互いに結合される。
【0030】
第1の反転器は、第1の電力供給端子50および第2の電力供給端子52を有する。pチャネル・トランジスタ46のソースは、第1の電位51に直接結合された第1の電力供給端子50に結合される。nチャネル・トランジスタ48のソースは、第2の電力供給端子52に結合される。第1の磁気素子42は、第2の電力供給端子52とグランド53(第2の電位)の間に配置される。同様に、第2の反転器は、第1の電力供給端子66および第2の電力供給端子68を有する。pチャネル・トランジスタ62のソースは、第1の電位51に直接結合された第1の電力供給端子66に結合される。nチャネル・トランジスタ64のソースは、第2の電力供給端子68に結合される。第2の磁気素子44は、第2の電力供給端子68とグランド53の間に配置される。
【0031】
この構成では、第1の磁気素子42は、第2の磁気素子44とは異なる抵抗状態にプログラムされることが好ましい。したがって、ラッチ素子40のパワー・アップ中に不均衡が生じ、それにより交差対反転が既知の状態をとることになる。
【0032】
図3は、2つの磁気素子42および44を有するラッチ素子を含む、本発明の別の例示的な実施形態を示す概略図である。この実施形態では、第1の磁気素子42は、第1の反転器の第1の電力供給端子50と第1の電位51との間に接続される。第2の磁気素子44は、第2の反転器の第1の電力供給端子66と第1の電位51との間に接続される。図2に示す実施形態と同様に、第1の磁気素子42は、第2の磁気素子44とは異なる抵抗状態にプログラムされることが好ましい。したがって、ラッチ素子のパワー・アップ中に不均衡が生じ、それにより交差対反転が既知の状態をとることになる。
【0033】
明示はしていないが、第1の磁気素子42を、第1の反転器の第1の電力供給端子50と第1の電位51との間に接続し、第2の磁気素子44を、第2の反転器の第2の電力供給端子68とグランド53との間に接続することもできるよう企図されている。この構成では、第1の磁気素子42は、第2の磁気素子44と同じ抵抗状態にプログラムされることが好ましい。したがって、ラッチ素子のパワー・アップ中に不均衡が生じ、それにより交差対反転が既知の状態をとることになる。
【0034】
交差対反転論理素子は、BIPOLAR、CMOS、BICMOSなどを含む任意数の集積回路技術を含めた、離散的ロジックまたは集積ロジックを使用して製造することができる。
【0035】
図4は、電子回路60と電子回路60の上に配設された2つの磁気素子42および44とを有するラッチ素子を示す部分斜視図である。電子回路60は、電子回路を磁気素子42および44と相互接続させるために必要な、選択金属の相互接続層、バイア、および接点を含むことが好ましい。参照により本明細書に組み込む1997年12月18日出願の「High Density Magnetic Memory Device and Method of Manufacture Therefor」と題する本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許出願第08/993005号に開示されるように、接点およびバイアの処理の後で磁気素子を設けることによって、より高い密度を達成することができる。
【0036】
図5は、磁気素子42および44の上に重なる例示的な書込み線を有する磁気ラッチ素子を示す概略図である。電子回路60は、磁気素子の下に仮想線で示してある。図1〜3に関連して上記に示したように、磁気素子42および44は、所望の状態にプログラムされることが好ましい。いくつかの実施形態では、磁気素子42および44を同じ状態にプログラムすることが望ましく、ほかの実施形態では、磁気素子42および44を反対の状態にプログラムすることが望ましい。
【0037】
ほとんどの磁気抵抗記憶素子は、2つの状態の一方に書き込むことができる。これは、通常、磁気素子に隣接する書込みラインを提供し、書込み電流を書込みラインで流すことによって行われる。書込み電流は磁場を作り、磁場は2方向のうち1方向に磁気素子を横切る。磁場が磁気素子を第1方向に横切れば、磁気素子は第1状態に書き込まれる。磁場が磁気素子を第2方向に横切れば、磁気素子は第2状態に書き込まれる。
【0038】
具体的に図5を参照すると、第1書込みライン70が第1磁気素子42を覆って提供され、第2書込みライン72が第2磁気素子44を覆って提供されている。仮想線で示したボックスは74で示されており、好ましい書込みスキームに依存する異なる機能を表す。ある実施形態では、ボックス74は、単に、第1書込みライン70と第2書込みラインを接続する。その場合には、書込み電流I1は、第1書込みライン70を流れ下り、第2書込みライン72に戻ることができる。第1磁気素子42および第2磁気素子44が、たとえば図77に示すように左から右へと、それぞれ同方向に磁化されたハード層を有すると仮定すると、書込みラインI1は、第1抵抗状態を第1磁気素子42に書き込み、反対の抵抗状態を第2磁気素子44に書き込む。書込み電流の方向を反対にすると、第1磁気素子42、および第2磁気素子44に書き込む状態を反対にすることができる。
【0039】
他の実施形態では、ボックス74は、直接あるいは間接に、第1書込みライン70および書込みライン72を、接地などあらかじめ決められた電圧に接続する。この実施形態では、第1書込みライン70および第2書込みライン72は、独立して、それぞれ第1磁気素子42、および第2磁気素子44の書込み状態を制御する。
【0040】
他の実施形態では、ボックス74は、第1磁気素子42、および第2磁気素子44の書込みを制御する助けとなるロジックなどを含む。たとえば、ボックス74が、選択的に第1書込みライン70、および第2書込みライン74を接続するスイッチを含むことがある。これは、第1書込み信号76および第2書込み信号78が、1つあるいは複数のラッチ素子をサービスするときに、特に有益である。このスイッチは、特定の書込みサイクルの間に書き込まれるラッチ素子に、ある程度の制御を提供する。
【0041】
図6は、選択的に好ましい状態を磁気素子に書き込む、2層ワード・ライン構造の概略図である。上述したことからわかるように、磁気素子は、対応する磁気素子に隣接する書込み電流を流すことにより、プログラムすることが可能である。書込み電流は、2つの安定した磁気状態の一方の状態に、磁気素子を磁化する。書込み電流の方向を、対応する磁気素子のハード層の磁化ベクトルに対して変化させると、磁気素子の磁場が変化する。
【0042】
図6に示された実施形態では、2つの状態の一方を対応する磁気素子84に書き込むために、2層ワード・ラインを使用する。2層ワード・ラインは、上方ワード・ライン80および下方ワード・ライン82を含み、上方ワード・ライン80は磁気素子84の上方に、下方ワード・ライン82は磁気素子84の下方に置かれる。図示した実施形態では、上方ワード・ライン80、および下方ワード・ライン82の端は、86に示すように、直接接地されるか、あるいは、電流制限抵抗器など(図示せず)を通って、間接的に接地される。この配置では、第1ドライバ88は、上方ワード・ライン80を流れる書込み電流96を提供し、これが図示したハード層94の磁化ベクトル92に平行な磁場を作り、この磁場により、第1状態が磁気素子84に書き込まれる。第2ドライバ90は、下方ワード・ライン82を流れる書込み電流98を提供し、これが図示したハード層94の磁化ベクトル92に反平行な磁場を作り、この磁場により、逆の状態が磁気素子84に書き込まれる。第1ドライバ88、および第2ドライバ90の一方のみが、いかなるときでも、アサートされることが好ましい。
【0043】
図7は、選択的に好ましい状態を磁気素子に書き込む、他の2層ワード・ライン構造の概略図である。この実施形態は、概略的に100に示したように、上方ワード・ライン80を結線を通して電気的に下方ワード・ライン82に接続していることを除いて、図6の実施形態に同様のものである。第1状態を磁気素子84に書き込むために、第1ドライバ88は、書込み電流102を上方ワード・ライン80に提供し、それを結線100に流し、次に下方ワード・ライン82に流し、最後に第2ドライバ90に提供する。上方ワード・ライン80と下方ワード・ライン82を流れる電流は、反対方向なので、その結果提供される磁場は付加的である。このため、図6に示される実施形態に対して、磁気素子84の磁場を効果的に2倍にし、磁気素子84に書き込むために必要な書込み電流を潜在的に低減する。
【0044】
反対の状態を磁気素子84に書き込むために、第2ドライバ90は、書き込み電流104を下方ワード・ライン82に提供し、それを結線100に流し、次に上方ワード・ライン80に流し、最後に第1ドライバ88に提供する。この場合も、下方ワード・ライン82、および上方ワード・ライン80の電流によって提供される磁場は付加的であり、したがって、潜在的に、磁気素子84に書き込むために必要な書込み電流を低減する。
【0045】
上述したワード・ライン構造が、さらに磁気素子の磁場を増大するために、磁気キーパーを含むことが考えられる。ワード・ライン・キーパーを図示したものは、共通に譲渡されるU.S.patent Application Serial No.XXX、filed XXXに、「SELF ALIGNED WORDLINE KEEPER AND METHOD OF MANUFACTURE THEREFOR」の題で発表されている。これは、ここでも参考に組み込まれている。
【0046】
磁気素子は、図8Aおよび図8Bに示すように、「偽」スピン・バルブ構造を用いて形成されることが好ましい。具体的に図8Bを参照すると、偽スピン・バルブ構造は、好ましくは、2つの活性強磁性層112および114にはさまれた、電気的には伝導性で、磁気的には絶縁されている層110を含む。電気的には伝導性で、磁気的には絶縁されている層110は、Cuなどで形成され、2つの活性強磁性層112および114は、好ましくは、CoFeなどの硬い材料で形成されることが好ましい。従来のスピン・バルブ構造(たとえば、U.S.Patent No.5,595,830 to Daughtonに記述されている)のよりやわらかいパーマロイ被覆層は、取り除かれ、ボトムCoFe層は、直接タンタル・シード層(図示せず)の上に提供されることが好ましい。
【0047】
図8Aおよび図8Bに示した実施形態では、上部活性強磁性層112は記憶層であり、下部活性強磁性層114はハード層である。上部記憶層112の磁化ベクトルが、書込み電流に応じて回転するようにするために、上部記憶層112の厚さは、下部ハード層114に比べて低減される。2つのCoFe層の厚さが違うことにより、2層の保磁力に差が生じる。好ましい実施形態では、より薄い記憶層112の保磁力は、下部ハード層114の消磁場が、ハード層114の磁化ベクトルに反平行な記憶層112の磁化ベクトル回転させないように、かなり大きくなっている。従来のスピン・バルブ構造の、よりやわらかいパーマロイNiCoFe被覆層を取り除くことにより、本発明の「偽」スピン・バルブ構造は、フィルム・スタック、したがってデポジション・プロセスを容易にし、大きなGMR比に不可欠な、モーメントの高い材料を維持し、処理を受けるビットの耐熱性を増大させる。
【0048】
これまでの本発明の好ましい実施形態の記述により、当業者には、本発明の教示は、請求項の範囲を逸脱することなく、その他の実施形態に適応可能であることは、容易に認識されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のラッチ素子に結合されたプログラマブル入力電圧供給回路を含む本発明の第1の例示的な実施形態の概略図である。
【図2】 内部に2つの磁気素子を有するラッチ素子を含む本発明の他の例示的な実施形態の概略図である。
【図3】 内部に2つの磁気素子を有するラッチ素子を含む本発明の他の例示的な実施形態の概略図である。
【図4】 本発明の好ましい実施形態による電子回路の上に配置された2つの磁気素子を有するラッチ素子の部分斜視図である。
【図5】 磁気素子の上にある例示的な書込み線を示す磁気ラッチ素子の概略図である。
【図6】 磁気素子に所望の状態を選択的に書き込むための例示的な2層ワード線構造の概略図である。
【図7】 磁気素子に所望の状態を選択的に書き込むための他の2層ワード線構造の概略図である。
【図8A】 本発明による疑似スピン・バルブ(PSV)磁気素子の例示的な部分斜視図である。
【図8B】 図8Aの疑似スピン・バルブ(PSV)磁気素子の例示的な断面図である。
Claims (13)
- 正電位端子と接地電位端子とを有する電源によって電力を供給され、2つの安定状態のうちの一方を有するデータのビットを選択的に記憶するラッチ素子であって、それそれが第1電源端子と第2電源端子とを有し、かつ交差結合態様で互いに結合された第1の反転論理要素と第2の反転論理要素とを有するラッチ素子とを備え、
前記ラッチ素子の第1の反転論理要素は前記電源の正電位端子に第1の磁気的手段を介して接続する第1の電源端子と前記電源の接地電位端子に接続する第2の電源端子とを有し、前記ラッチ素子の第2の反転論理要素は前記電源の正電位端子に第2の磁気的手段を介して接続する第1の電源端子と前記電源の接地電位端子に接続する第2の電源端子とを有しており、
前記第1の磁気的手段は、第1の磁気的プログラマブル抵抗をその中に生成するものであり、
前記第2の磁気的手段は、第2の磁気的プログラマブル抵抗をその中に生成するものであり、
さらに、前記電源の起動時に前記ラッチ素子に前記2つの安定状態のうちの所望の一方をとるようにさせるために、前記第1の磁気的プログラム抵抗と第2の磁気的プログラム抵抗は異なることを特徴とする不揮発性ラッチ。 - 前記第1の磁気的手段がAMR材料を含む請求項1記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段がGMR材料を含む請求項1記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段がCMR材料を含む請求項1記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段がスピン・トンネリング素子を含む請求項1記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段が疑似スピン・バルブ素子を含む請求項1記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段が
第1の厚みを有する第1の強磁性層と、
前記第1の厚みより大きな厚みである第2の厚みを有する第2の強磁性層とを含み、
さらに、前記第1の強磁性層と第2の強磁性層との間に挿入された導電性電磁絶縁層と
を含むことを特徴とする請求項1記載の不揮発性ラッチ。 - ゲート端子と、ソース端子及びドレイン端子を有する第1のp−チャネル・トランジスタであって、第2の端子が電源の正電位端子に接続されている第1の磁気的手段の第1の端子に前記ソース端子が接続された第1のp−チャネル・トランジスタと、
ゲート端子と、ソース端子及びドレイン端子を有する第1のn−チャネル・トランジスタであって、そのドレイン端子が前記第1のp−チャネル・トランジスタのドレイン端子に、そのゲート端子が前記第1のp−チャネル・トランジスタのゲート端子に、そのソース端子が前記電源の接地電位端子にそれぞれ接続された第1のn−チャネル・トランジスタと、
ゲート端子と、ソース端子及びドレイン端子を有する第2のp−チャネル・トランジスタであって、第2の端子が前記電源の正電位端子に接続されている第2の磁気的手段の第1の端子に前記ソース端子が接続された第2のp−チャネル・トランジスタと、
ゲート端子と、ソース端子及びドレイン端子を有する第2のn−チャネル・トランジスタであって、そのドレイン端子が前記第2のp−チャネル・トランジスタのドレイン端子と前記第1のn−チャネル・トランジスタのゲート端子に、そのゲート端子が前記第2のp−チャネル・トランジスタのゲート端子と前記第1のn−チャネル・トランジスタのドレイン端子に、そのソース端子が前記電源の接地電位端子にそれぞれ接続された第2のn−チャネル・トランジスタと
を備えた正電位端子と接地電位端子とを有する電源によって電力供給される不揮発性ラッチ。 - 前記第1の磁気的手段の抵抗値をプログラムするためのプログラミング手段をさらに含む請求項8記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第1の磁気的手段の前記プログラマブル抵抗値が2つの安定状態を有し、前記プログラミング手段が、前記第1の磁気的手段の抵抗値を前記2つの安定状態のうちの一方になるようにプログラムする請求項9記載の不揮発性ラッチ。
- 前記プログラミング手段が、前記第1の磁気的手段中に前記2つの安定状態のうちの一方を書き込むために前記第1の磁気的手段から離れた書込み手段を含む請求項10記載の不揮発性ラッチ。
- 前記第2の磁気的手段の前記プログラマブル抵抗値が2つの安定状態を有し、前記プログラミング手段が、前記第2の磁気的手段の抵抗値を前記2つの安定状態のうちの一方になるようにプログラムする請求項11記載の不揮発性ラッチ。
- 前記プログラミング手段が、前記第2の磁気的手段の抵抗値を前記第1の磁気的手段と逆の状態にプログラムする請求項12記載の不揮発性ラッチ。
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