KR20070018071A - Digital magnetic current sensor and logic - Google Patents

Digital magnetic current sensor and logic Download PDF

Info

Publication number
KR20070018071A
KR20070018071A KR1020067023993A KR20067023993A KR20070018071A KR 20070018071 A KR20070018071 A KR 20070018071A KR 1020067023993 A KR1020067023993 A KR 1020067023993A KR 20067023993 A KR20067023993 A KR 20067023993A KR 20070018071 A KR20070018071 A KR 20070018071A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sensor
magnetic field
magnetic
current
resistance
Prior art date
Application number
KR1020067023993A
Other languages
Korean (ko)
Inventor
한스 엠 비 보에베
Original Assignee
코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이. filed Critical 코닌클리즈케 필립스 일렉트로닉스 엔.브이.
Priority to KR1020067023993A priority Critical patent/KR20070018071A/en
Publication of KR20070018071A publication Critical patent/KR20070018071A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/20—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices
    • G01R15/205—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using galvano-magnetic devices, e.g. Hall-effect devices, i.e. measuring a magnetic field via the interaction between a current and a magnetic field, e.g. magneto resistive or Hall effect devices using magneto-resistance devices, e.g. field plates
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices
    • G01R33/098—Magnetoresistive devices comprising tunnel junctions, e.g. tunnel magnetoresistance sensors
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/14—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements
    • G11C11/15—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using thin-film elements using multiple magnetic layers

Abstract

본 발명은 테스트 하의 자계의 세기를 감지하는 센서에 관한 것이며, 이 센서는 센서 소자 및 상기 센서 소자의 저항을 검출하는 검출 회로를 포함하고,상기 센서 소자의 저항의 레벨은 상기 테스트 하의 자계와 함께 변하며, 상기 센서 소자의 저항의 레벨의 변화는 히스테리시스(hysteresis)를 가지며, 이로써 전자기 여기(electromagnetic excitation)가 발생하면 상기 센서 소자의 저항은 상기 테스트 하의 자계가 변함에 따라서 2 개 이상의 안정된 레벨 간에서 스위칭되고, 상기 센서는 상기 저항의 레벨에 따라서 디지털 신호를 출력한다. 여기서, 센서 출력은 전자기 여기 시에 상태의 변화의 관점에서 해석될 수 있다. 이 센서가 자기 메모리 셀과는 상이한 특성을 더 이상 필요로 하지 않기 때문에, 아날로그 센서보다 자기 메모리 셀과 함께 집적되는 것이 용이해진다. 전자기 여기 신호는 센서 소자의 저항이 스위칭되는 테스트 하의 자계에 대한 임계치를 변화시킬 수 있으며, 이로써 여러 상이한 임계치에 대해서 일련의 다수의 측정이 가능해진다. 다수의 센서 소자의 기하 구조 또는 크기를 상이하게 함으로써 다수의 센서 소자는 여러 상이한 임계치를 갖는다. 이 센서는 전류 감지 및 다수의 입력 전류가 감지되는 프로그램가능한 자기 로직 회로에서 사용된다. 임계치를 변환시킴으로써 로직 연산이 AND 연산과 OR 연산 간에서 변경될 수 있다.

Figure 112006083766167-PCT00010

The present invention relates to a sensor for sensing the strength of a magnetic field under test, the sensor comprising a sensor element and a detection circuit for detecting a resistance of the sensor element, the level of the resistance of the sensor element together with the magnetic field under test. And the change in the level of resistance of the sensor element has hysteresis, whereby when electromagnetic excitation occurs, the resistance of the sensor element is changed between two or more stable levels as the magnetic field under the test changes. Switched, the sensor outputs a digital signal in accordance with the level of the resistance. Here, the sensor output can be interpreted in terms of the change of state during electromagnetic excitation. Since the sensor no longer requires a different characteristic than the magnetic memory cell, it becomes easier to integrate with the magnetic memory cell than the analog sensor. The electromagnetic excitation signal can change the threshold for the magnetic field under test in which the resistance of the sensor element is switched, thereby enabling a series of multiple measurements for several different thresholds. By differentiating the geometry or size of the plurality of sensor elements, the plurality of sensor elements have several different thresholds. This sensor is used in programmable magnetic logic circuits where current sensing and multiple input currents are sensed. By converting the threshold, logic operations can be changed between AND and OR operations.

Figure 112006083766167-PCT00010

Description

센서, 전류 센서, 자기 로직 회로, 집적 회로, 집적 회로 제조 방법 및 전류 감지 방법{DIGITAL MAGNETIC CURRENT SENSOR AND LOGIC}Sensor, Current Sensor, Magnetic Logic Circuit, Integrated Circuit, Integrated Circuit Manufacturing Method and Current Sensing Method {DIGITAL MAGNETIC CURRENT SENSOR AND LOGIC}

본 발명은 디지털 자계 센서와, 또한 이러한 센서를 구비한 전류 센서, 자기 로직 회로 및 집적 회로 및 이러한 센서를 제조하는 방법 및 이용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to digital magnetic field sensors, and also to current sensors, magnetic logic circuits and integrated circuits having such sensors, and to methods of making and using such sensors.

시스템-온-칩(SoC) 및 다른 집적 회로(IC)에서 온-칩 전류 감지를 제공하는 기술이 공지되어 있다. 이러한 전류 감지 기술은 또한 BICS(Built In Current Sensor)에서도 알려져 있다. 몇몇 전류 감지 기술은 집적 회로 내의 도전체를 통한 전류를 이 도전체 근방에 위치한 센서에 의해서 측정함으로써 집적 회로의 고장(fault)을 검출하는 기술을 언급하고 있는 US 5,963,038에 개시되어 있다. 이 센서는 도전체를 통한 전류에 의해 생성되는 자계를 측정하기 위해서 다양한 방식으로 구성될 수 있다. 개시된 실례들은 Hall 센서, MR(자기 저항) 센서 및 GMR(거대 자기 저항) 센서를 포함한다. 이러한 센서들은 외부 테스트 장치에 의해서 용이하게 액세스될 수 없는 도전체의 테스트를 가능하게 하거나, 심지어 오직 하나의 경로만이 도전 상태로 존재하고 있는 경우에도 비저항 테스트를 통과할 수 있는 병렬 경로들 중 개별 경로에서의 고장을 검출하기 위해서 필요하다.Techniques for providing on-chip current sensing in system-on-chip (SoC) and other integrated circuits (ICs) are known. This current sensing technique is also known from the Built In Current Sensor (BICS). Some current sensing techniques are disclosed in US Pat. No. 5,963,038 which refers to a technique for detecting faults in integrated circuits by measuring the current through a conductor in an integrated circuit by a sensor located near the conductor. The sensor can be configured in a variety of ways to measure the magnetic field generated by the current through the conductor. The disclosed examples include Hall sensors, MR (magnetic resistance) sensors, and GMR (giant magnetoresistive) sensors. These sensors allow the testing of conductors that are not easily accessible by external test devices, or the individual of parallel paths that can pass resistivity tests even if only one path is present in the conductive state. It is necessary to detect a fault in the path.

MR 센서는 이 센서의 면(plane)을 통한 외부 자계에 의존하는 저항을 갖는다. 여러 타입의 MR 센서들이 존재한다. AMR(이방성 자기 저항)을 기반으로 하는 센서는 수년 동안 자기 기록 헤드에서 사용되어 왔다. MR 센서는 이방성 자기 물질로 구성된 층을 가지며 이 층을 통한 전류는 외부 자계에 의해서 영향을 받고 이러한 영향으로 인해서 센서의 저항은 변하게 된다. GMR(거대 자기 저항) 센서는 고정된 자기 배향을 갖는 자기 물질 층과 그 자기 배향이 외부 자계에 의해서 영향을 받을 수 있는 자기 물질 층을 가지며, 이러한 영향으로 인해서 센서의 저항이 변하게 된다. 타입 및 구성에 따라서, MR 센서는 센서의 평면 내의 한 방향에서는 매우 민감한 반면에 다른 방향에서는 덜 민감하다.The MR sensor has a resistance that depends on an external magnetic field through the plane of the sensor. There are several types of MR sensors. Sensors based on anisotropic magnetoresistance (AMR) have been used in magnetic recording heads for many years. The MR sensor has a layer made of anisotropic magnetic material, and the current through this layer is affected by an external magnetic field, which causes the sensor's resistance to change. Large magnetoresistive (GMR) sensors have a layer of magnetic material with a fixed magnetic orientation and a layer of magnetic material whose magnetic orientation can be affected by an external magnetic field, which causes the sensor's resistance to change. Depending on the type and configuration, the MR sensor is very sensitive in one direction in the plane of the sensor while less sensitive in the other direction.

단일 물질 스택에서 감지 기술과 메모리 기술을 결합할 때에, 양 기술의 주요한 파라미터들 간에 절충이 이루어져야 한다. (아날로그) 센서 기술의 성능은 선형성, 범위, 무 히스테리시스 정도(hysteresis-free) 등과 같은 파라미터로 표현되는 반면에, 메모리 기술은 가장 중요하게는 적합한 히스테리시스 곡선과 같은 오히려 상반되는 요구 사항을 갖는다. 한가지 선택 사양은 메모리 소자를 90도 만큼 회전시켜서 자유 층의 선호 자기 층과 고정 층의 선호 자기 층 간의 이른바 교차된 이방성을 형성하여, 센서 특성을 선형화하는 것이다. 그러나, 이러한 해법은 MRAM 스택의 특정한 통상적인 구성으로만 한정된다. 모토롤라사는 특히 메모리 기술에 적합하지만 아날로그 감지 기술에 대해서는 덜 적합한 상이한 MRAM 구성을 개발하 였다. 이러한 기술을 기반으로 하는 자기 센서는 소량의 자계에 대해서 오직 소량의 신호만을 산출하게 되고 따라서 실제로는 오직 대량의 자계만이 측정될 수 있다. 결론적으로, 현재 이러한 양 기술, 즉 감지 기술과 메모리 기술이 메모리 기능과 감지 기능을 결합하는 단일 플랫폼으로 함께 합병될 수 있는지의 여부는 여전히 의문으로 남아 있다.When combining sensing and memory technologies in a single material stack, a tradeoff must be made between the key parameters of both technologies. The performance of (analog) sensor technology is expressed in terms of parameters such as linearity, range, hysteresis-free, etc., while memory technology most importantly has rather contradictory requirements, such as a suitable hysteresis curve. One option is to rotate the memory device by 90 degrees to form so-called crossed anisotropy between the preferred magnetic layer of the free layer and the preferred magnetic layer of the fixed layer, thereby linearizing the sensor characteristics. However, this solution is limited to only certain conventional configurations of the MRAM stack. Motorola has developed different MRAM configurations that are particularly suitable for memory technology but less suitable for analog sensing technology. Magnetic sensors based on this technology produce only a small amount of signal for a small amount of magnetic field, so in reality only a large amount of magnetic field can be measured. In conclusion, it remains to be questioned whether both of these technologies, namely sensing technology and memory technology, can be merged together into a single platform that combines memory and sensing functions.

또한, 로직 디바이스에 있어서 자기 스위칭 특성을 사용하는 것이 알려져 있다. 몇몇 타입의 자기 로직 디바이스가 과거에 제안되었으며, 이들 모두는 자기 터널 접합부와 같은 MR 소자의 2D 스위칭 특성을 기반으로 하고 있다. 그러나, 지금까지의 모든 선택 사양들은 하나 이상의 자기 터널 접합부를 포함하는 로직 디바이스의 상태에 의존한다. 로직 기능은 선택된 기준에 의해 규정되거나 특정 사전 설정된 상태를 유도함으로써 규정된다. 이러한 실례들이 참조 문헌 [1] “Black et al, Programmable logic using giant- magnetoresistance and spin-dependent tunneling devices , J. Appl. Phys. 87, 6674-6679(2000)” 및 참조 문헌 [2] “Richter et al, Field programmable spin-logic based on magnetic tunneling elements , J. Magn. Magn. Malter. 240, 127-129(2002)”에 개시되어 있다. MR 소자의 스위칭 임계치를 변경함으로써 또는 몇 개의 MR 소자를 결합으로써 프로그램가능한 스핀 로직 소자를 형성하는 것이 제안되었다. 이러한 기능은 AND 게이트와 OR 게이트 간의 선택을 제공하는 사전 설정된 자기 상태를 유도하는 추가 어드레싱(설정) 절차에 의해서, 2 개의 독립 입력 라인을 갖는 단일 소자에 결합될 수 있다(참조 문헌 “Ney et al, Programmable computing with a single magnetoresistance device , Nature 425, 485-87(2003)").It is also known to use magnetic switching characteristics in logic devices. Several types of magnetic logic devices have been proposed in the past, all of which are based on the 2D switching characteristics of MR devices such as magnetic tunnel junctions. However, all the options so far depend on the state of the logic device including one or more magnetic tunnel junctions. Logic functions are defined by selected criteria or by deriving a particular preset state. These examples are described in reference [1] “Black et al, Programmable logic using giant- magnetoresistance and spin-dependent tunneling devices , J. Appl. Phys. 87, 6674-6679 (2000) ”and references [2]“ Richter et al, Field programmable spin-logic based on magnetic tunneling elements , J. Magn. Magn. Malter. 240, 127-129 (2002). It has been proposed to form a programmable spin logic device by changing the switching threshold of the MR device or by combining several MR devices. This function can be combined into a single device with two independent input lines by an additional addressing (setting) procedure that induces a preset magnetic state that provides a choice between an AND gate and an OR gate (see “Ney et al. , Programmable computing with a single magnetoresistance device , Nature 425, 485-87 (2003) ").

이러한 모든 제안된 방식들의 근본적인 한계점은 디바이스의 기능 및 출력을 결정하기 위해서 디바이스의 스위칭 특성이 해석되어야 한다는 것이다. 보다 구체적으로 말하자면, 상기 참조 문헌 중 Richter 등에 의한 문헌은 AND 기능과 OR 기능 간을 구별하기 위해서 2 개의 상이한 기존 레벨을 사용하는 반면, 상기 참조 문헌 중 Ney 등에 의한 문헌은 상태들 간을 구별하기 위해서 상이한 사전 설정된 상태를 사용한다. 샘플의 자기 이력이 하이 또는 로우, 가령 <1> 또는 <0>일 수 있는 측정된 상태 또는 출력을 규정할 것이다. 이러한 모든 방법은 논리 변수 A 및 B을 위해서 2 개의 입력 라인을 사용한다. The fundamental limitation of all these proposed schemes is that the switching characteristics of the device must be interpreted to determine the function and output of the device. More specifically, the literature by Richter et al. Uses two different existing levels to distinguish between AND and OR functions, whereas the literature by Ney et al. Refers to distinguishing between states. Use different preset states. The hysteresis of the sample will define the measured state or output, which may be high or low, such as <1> or <0>. All these methods use two input lines for logic variables A and B.

발명의 개요Summary of the Invention

본 발명의 목적은 개선된 장치, 특히 디지털 자계 센서와 같은 센서, 이러한 센서를 구비한 전류 센서, 자계 로직 회로 및 집적 회로와, 이러한 센서를 제조하는 방법 및 동작 방법을 제공하는 것이다.It is an object of the present invention to provide an improved device, in particular a sensor such as a digital magnetic field sensor, a current sensor having such a sensor, a magnetic logic circuit and an integrated circuit, and a method and a method of manufacturing such a sensor.

본 발명의 제 1 측면에 따르면, 본 발명은 자계의 세기를 감지하는 센서를 제공하며, 이 센서는 센서 소자 및 상기 센서 소자의 저항을 검출하는 검출 회로를 포함하고, 상기 센서 소자의 저항의 레벨은 테스트 하의 자계에 따라 변하며, 상기 센서 소자의 저항의 레벨의 변화는 히스테리시스(hysteresis)를 가지며, 이로써 전자기 여기가 발생하면 상기 센서 소자의 저항은 상기 테스트 하의 자계가 변함에 따라서 2 개 이상의 안정된 레벨 간에서 스위칭되고, 상기 센서는 상기 저항의 레 벨에 따라서 디지털 신호를 출력한다. 이 센서 출력은 전자기 여기가 발생할 시의 상태의 변화의 관점에서 해석될 수 있다.According to a first aspect of the invention, the invention provides a sensor for sensing the strength of a magnetic field, the sensor comprising a sensor element and a detection circuit for detecting a resistance of the sensor element, the level of the resistance of the sensor element. Is changed according to the magnetic field under test, and the change in the level of the resistance of the sensor element has hysteresis, so that when electromagnetic excitation occurs, the resistance of the sensor element is changed to two or more stable levels as the magnetic field under test changes. Switching between the sensors, the sensor outputs a digital signal according to the level of the resistance. This sensor output can be interpreted in terms of changes in state when electromagnetic excitation occurs.

이러한 디지털 센서는 다수의 장점을 갖는다. 이 센서는 더 이상 자기 메모리 셀과는 상이한 특성을 필요로 하지 않기 때문에, 아날로그 센서보다 자기 메모리 셀과 함께 집적하기가 매우 용이하다. 이 센서는 테스트 하의 자계가 소정의 임계치를 초과하는지의 여부를 알 필요가 있는, 테스트 또는 모니터링과 같은 애플리케이션에 대해서 특히 적합하다. 이 경우에, 아날로그 센서에 비해서, 출력 회로는 가령 비교 회로 및 임계 신호로 간소화될 수 있는 반면에, "복잡해진" 증폭기가 감지 아날로그 센서에 있어서 요구된다. 본 발명의 경우에 있어서, MRAM의 판독 기능은 가령 임계 신호와 결합되는 비교 회로의 형태로 재사용될 수 있다. MRAM에서, 전용 기준은 메모리 셀과 동일한 기준 셀의 세트로부터 추론될 수 있다.Such digital sensors have a number of advantages. Since the sensor no longer requires different characteristics from the magnetic memory cell, it is much easier to integrate with the magnetic memory cell than the analog sensor. This sensor is particularly suitable for applications such as testing or monitoring, where it is necessary to know whether the magnetic field under test exceeds a predetermined threshold. In this case, compared to analog sensors, the output circuit can be simplified, for example, with a comparison circuit and a threshold signal, while a "complexed" amplifier is required for the sense analog sensor. In the case of the present invention, the read function of the MRAM can be reused, for example in the form of a comparison circuit combined with a threshold signal. In MRAM, the dedicated reference can be inferred from the same set of reference cells as the memory cell.

추가적인 선택적 특징으로서, 센서는 감지 이전에 저항의 레벨을 초기화하는 회로를 가지거나, 적어도 하나의 전자기 여기 신호를 센서 소자에 제공하는 회로를 가지거나, 저항이 스위칭하는 테스트 하의 자계에 대한 임계치를 변화시키는 수단을 갖는다. 이는 측정 정밀도를 개선하기 위해서 사용된다. 이는 상이한 임계치로 일련의 측정을 수행함으로써 또는 가령 기하구조 또는 크기를 변화시킴으로써 테스트 하의 자계에 대한 임계치가 상이한 다수의 센서 소자를 구비함으로써 달성될 수 있다. 센서는 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 스위칭 다운 또는 스위칭 업하는 전자기 여기의 상이한 모드 간에서 모드를 선택하고 모드를 변경하는 회로를 구비한다. 이는 극성에 의존하며 따라서 센서의 상태를 기반으로 하는 모드 선택 을 포함하는 MRAM와 관련된다. 이와 달리, 센서는 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 스위칭 업하고 스위칭 다운하는 동일한 전자기 여기 신호를 제공하는 회로를 구비할 수 있는데, 이 경우는 극성에 의존하지 않는 토클 개념(toggle concept)과 관련된다. 센서는 자계의 극성을 검출할 수 있다. 센서는 자계가 임계치를 초과하면 스위칭하거나 자계가 임계치 아래에 존재하면 스위칭하도록 구성될 수 있다. 또한, 센서는 저항의 현재의 레벨을 저항의 이전 레벨과 비교하여 이 비교 결과에 따라서 디지털 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 또한, 센서는 테스트 하의 자계에 대한 임계치를 이전의 임계치와 비교하여 이 비교 결과에 따라서 디지털 신호를 출력하도록 구성될 수 있다. 이 경우에, 센서는 현재의 임계치와 이전의 임계치를 비교하여 자계를 증가/감소시키기 위한 로직 출력을 제공함으로써 테스트 하의 자계를 추적한다.As an additional optional feature, the sensor may have circuitry to initialize the level of resistance prior to sensing, circuitry to provide at least one electromagnetic excitation signal to the sensor element, or change the threshold for a magnetic field under test with which the resistor switches. It has a means to make it. This is used to improve the measurement accuracy. This can be achieved by making a series of measurements with different thresholds or by having multiple sensor elements with different thresholds for the magnetic field under test, for example by changing the geometry or size. The sensor has circuitry for selecting and changing modes between different modes of electromagnetic excitation that switch down or switch up the level of resistance of the sensor element. This depends on the polarity and thus relates to the MRAM, which includes mode selection based on the state of the sensor. Alternatively, the sensor may have circuitry that provides the same electromagnetic excitation signal for switching up and down the level of resistance of the sensor element, which in this case relates to a toggle concept that is not dependent on polarity. . The sensor can detect the polarity of the magnetic field. The sensor may be configured to switch if the magnetic field exceeds the threshold or switch if the magnetic field is below the threshold. The sensor may also be configured to compare the current level of the resistance with the previous level of the resistance and output a digital signal according to the comparison result. The sensor may also be configured to compare the threshold for the magnetic field under test with a previous threshold and output a digital signal according to the comparison result. In this case, the sensor tracks the magnetic field under test by comparing the current threshold to the previous threshold and providing a logic output to increase / decrease the magnetic field.

본 발명의 다른 측면은 상술한 디지털 자기 센서를 구비한 전류 센서를 제공하며, 여기서 전류는 테스트 하의 자계를 생성하며, 이 전류 센서는 임의의 바람직한 특징을 갖는다.Another aspect of the invention provides a current sensor with a digital magnetic sensor as described above, wherein the current produces a magnetic field under test, which current sensor has any desirable features.

본 발명의 다른 측면은 상술한 디지털 자기 센서 또는 전류 센서를 구비한 집적 회로를 제공한다. 또한, 이 집적 회로는 자기 메모리 소자를 구비한다. 이 소자는 센서 소자와 동일한 구성을 갖는다.Another aspect of the present invention provides an integrated circuit having the above-described digital magnetic sensor or current sensor. This integrated circuit also includes a magnetic memory element. This element has the same configuration as the sensor element.

본 발명의 다른 측면은 로직 입력을 나타내는 전류를 운반하는 2 개 이상의입력 도전체를 구비하고 상기 전류를 감지하는 상술한 전류 센서를 구비한 자기 로직 회로를 제공하며, 여기서 상기 전류 센서의 출력 값은 입력에 대한 로직 연산의 결과를 나타낸다. 본 발명에 따라서, 센서 또는 로직 게이트는 트리거(trigger) 시에 상태의 변화를 측정한다. 센서 출력은 전자기 여기 시에 상태의 변화의 관점에서 해석된다. Another aspect of the invention provides a magnetic logic circuit having two or more input conductors carrying a current representing a logic input and having the above-described current sensor for sensing the current, wherein the output value of the current sensor is Represents the result of a logic operation on an input. According to the present invention, the sensor or logic gate measures the change in state upon triggering. The sensor output is interpreted in terms of changes in state upon electromagnetic excitation.

이는 로직 회로들이 가령 자기 메모리와 동일한 구조를 공유할 수 있다면 보다 용이하게 제조될 수 있는 로직 회로들이 생성될 수 있게 한다. 원칙적으로, 이 로직 회로는 임의의 타입의 자기 센서 소자 구성과 함께 사용될 수 있다.This allows logic circuits to be created that can be more easily manufactured if the logic circuits can share the same structure as the magnetic memory, for example. In principle, this logic circuit can be used with any type of magnetic sensor element configuration.

추가적 특징으로서, 센서는 전자기 여기 신호를 제공하는 회로를 구비한다. 이는 입력 도전체에 의해 유발되는 테스트 하의 자계 또는 백그라운드 자계의 (백그라운드) 자계 레벨을 디지털 센서에 제공하며, 이 자계 레벨은 종국적으로 스위칭을 유발하는 테스트 하의 총 자계에 대한 임계치와 직접적으로 관련된다. 전자기 레벨을 변화시킴으로써, 로직 연산의 타입이 AND 타입 연산과 OR 타입 연산 간에서 변화되거나 이들의 조합으로 될 수 있다. 이는 자계에서 동작 시간에 프로그램될 수 있으며 사전 설정된 상태를 유도함으로써 유발되는 종래 기술 디바이스들의 지연을 경험할 필요가 없는 프로그램가능한 로직 회로를 가능하게 한다. 상이한 로직 연산 동안 각 회로에 상이한 기준 레벨을 제공하게 되는 복잡한 구성이 필요 없다. 이는 광범위한 애플리케이션을 갖게 되는 보다 간단하고 보다 신속한 프로그램가능한 로직을 가능하게 한다. 이 회로는 집적 회로일 수 있으며 자기 메모리 소자를 포함할 수 있다. 또한, 센서 소자는 US 6,545,906에서 공지된 Savchenko 타입 또는 토글 타입 MRAM 셀로서 구성될 수 있다. 이러한 구성의 장점은 동일한 여기 펄스들이 하이 상태와 로우 상태 간을 스위칭하기 위해서 인가될 수 있다는 것이다. 통상적인 MRAM 타입의 셀에서 요구되는 양방향성이 더 이상 요구되지 않는다. 따라서, 이러한 펄스를 생성하는 회로는 더 간단해 질 수 있다.As a further feature, the sensor has a circuit for providing an electromagnetic excitation signal. This provides the digital sensor with a (background) magnetic field level of the field under test or background magnetic field caused by the input conductors, which is directly related to the threshold for the total field under test causing the switching. By changing the electromagnetic level, the type of logic operation can be changed between AND type operation and OR type operation or a combination thereof. This enables programmable logic circuits that can be programmed at operation time in a magnetic field and do not need to experience the delay of prior art devices caused by inducing a preset state. There is no need for complex configurations that would provide different reference levels for each circuit during different logic operations. This enables simpler and faster programmable logic that will have a wide range of applications. This circuit may be an integrated circuit and may include a magnetic memory element. The sensor element can also be configured as a Savchenko type or toggle type MRAM cell known from US Pat. No. 6,545,906. The advantage of this configuration is that the same excitation pulses can be applied to switch between the high and low states. The bidirectionality required in conventional MRAM type cells is no longer required. Thus, the circuit for generating such a pulse can be simpler.

본 발명의 다른 측면은 이러한 센서 또는 회로를 제조하는 방법 및 대응하는 감지 방법을 포함한다.Other aspects of the present invention include methods of manufacturing such sensors or circuits and corresponding sensing methods.

본 발명은 실행되는 방식이 이제 첨부된 개략적 도면을 참조하여 설명될 것이다. 분명하게는, 수많은 변경 및 수정이 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 이루어질 수 있다. 그러므로, 본 발명의 다음의 실시예들은 본 발명의 청구 범위를 한정하는 것이 아니라 단지 본 발명을 예시적으로 설명하기 위한 것이다.The manner in which the invention is practiced will now be described with reference to the accompanying schematic drawings. Clearly, numerous changes and modifications can be made without departing from the spirit of the invention. Therefore, the following embodiments of the present invention are not intended to limit the claims of the present invention but merely to illustrate the present invention.

본 발명의 특징들은 본 발명의 바람직한 실시예들을 예시적으로 설명하고 있는 첨부 도면을 참조하면 완벽하게 이해될 것이다.The features of the present invention will be fully understood with reference to the accompanying drawings which illustrate exemplary embodiments of the present invention.

도 1은 실시예에 따른 디지털 자기 센서의 개략적인 도면,1 is a schematic diagram of a digital magnetic sensor according to an embodiment;

도 2는 통상적인 MRAM의 도면,2 is a diagram of a typical MRAM,

도 3은 통상적인 MRAM의 특성 및 동작을 설명하는 도면,3 is a view for explaining the characteristics and operation of a conventional MRAM;

도 4는 실시예에 따른 디지털 자기 센서의 도면,4 is a diagram of a digital magnetic sensor according to an embodiment;

도 5는 실시예에 따른 디지털 자기 센서의 측정 절차의 도면,5 is a diagram of a measurement procedure of a digital magnetic sensor according to an embodiment;

도 6은 실시예에 따른 센서의 특성 및 동작의 그래프,6 is a graph of characteristics and operation of a sensor according to an embodiment;

도 7은 실시예에 따른 센서에 대한 모드 스위칭의 실례의 도면,7 is an illustration of an example of mode switching for a sensor in accordance with an embodiment;

도 8은 테스트 하의 전류가 고정 축 자계에 영향을 주도록 배향된 실시예에 따른 다른 실례의 도면,8 is another illustration of an embodiment according to an embodiment where the current under test is oriented to affect a fixed axis magnetic field;

도 9, 도 10 및 도 11은 테스트 하의 자계에 대한 상이한 스위칭 임계치를 제공하기 위해서 수많은 상이한 레벨의 여기 펄스를 사용하는 측정 절차에 대한 그래프,9, 10 and 11 are graphs of measurement procedures that use numerous different levels of excitation pulses to provide different switching thresholds for the magnetic field under test,

도 12는 자기 로직의 동작에 대한 그래프,12 is a graph of the operation of magnetic logic,

도 13은 실시예에 따른 디지털 자기 센서의 도면.13 is a diagram of a digital magnetic sensor according to an embodiment.

본 발명은 소정의 도면을 참조하여 특정 실시예에 대하여 기술될 것이지만, 본 발명은 이 실시예들로 한정되는 것이 아니라 청구 범위에 의해서 한정된다. 도면은 오직 개략적이며 예시적이다. 도면에서, 설명을 위해서 몇몇 구성 요소의 크기는 확대되었으며 실제 축척대로 도시되지 않았다. 명사의 단수형은 달리 특정하게 거론되지 않는다면 복수형을 포함한다.While the invention will be described with respect to specific embodiments with reference to certain drawings, the invention is not limited to these embodiments but by the claims. The drawings are schematic only and exemplary. In the drawings, the sizes of some of the components have been enlarged for illustrative purposes and are not shown to scale. Singular forms of nouns include plural forms unless the context clearly indicates otherwise.

청구 범위에서 사용되는 용어 “포함한다” 및 이의 활용어는 그 뒤에 열거되는 수단으로 한정되는 것으로 해석되지 말아야 하며 이 용어는 다른 단계 또는 구성 요소의 존재를 배제하지 않는다. 따라서, “수단 A 및 B를 포함하는 디바이스”의 표현은 오직 A와 B 구성 요소만으로 구성된 디바이스로 한정되지 않는다. 이는 본 발명에 대해서 합당한 구성 요소가 A 및 B라는 것을 의미한다.The term “comprises” and its utilization as used in the claims should not be construed as limited to the means listed thereafter, which term do not exclude the presence of other steps or components. Thus, the expression “device comprising means A and B” is not limited to a device consisting solely of A and B components. This means that the proper components for the present invention are A and B.

또한, 발명의 상세한 설명 부분 및 청구 범위에 있어서 용어 “제 1, 제 2 등”은 유사한 구성 요소 간을 구별하기 위해서 사용되었지 반드시 구성 요소들 간의 중요 순서 또는 시간적 순서를 기술하는 것은 아니다. 이렇게 사용된 용어들은 적합한 상황에서는 상호 교환가능하며 본 명세서에서 개시된 본 발명의 실시예들은 본 명세서에서 기술된 순서와는 다른 순서로 동작할 수 있다.In addition, in the description and in the claims, the term “first, second, etc.” is used to distinguish between similar components, but does not necessarily describe an important order or a temporal order between the components. The terms used in this way are interchangeable where appropriate, and embodiments of the present invention disclosed herein may operate in a different order than the order described herein.

또한, 발명의 상세한 설명 부분 및 청구 범위에서 용어 “상부, 바닥, 위, 아래 등”은 설명을 위해서 사용된 것이지 반드시 상대적 위치를 기술하는 것은 아니다. 이렇게 사용된 용어들은 적합한 상황에서 상호 교환가능하며 본 명세서에서 개시된 본 발명의 실시예들은 본 명세서에서 기술된 배향과 다른 배향으로 동작할 수 있다.In addition, in the description and in the claims, the term “top, bottom, top, bottom, etc.” is used for description and does not necessarily describe a relative position. The terms so used are interchangeable in appropriate circumstances and embodiments of the invention disclosed herein may operate in an orientation other than the orientation described herein.

본 발명의 상세한 설명 부분에서, 몇몇 동작 원리 및 알려진 원리들이 설명될 것이다. 제 1 해법은 디지털 자기 센서를 MRAM 메모리 기술에 부가하는 것에 관한 것이다. 디지털 자기 센서는 전자적 플립 플롭과 비교될 수 있다. 달리 말하면, 자기적 플립 플롭이 개시된다. 유용한 애플리케이션 중 하나는 센서 기술이 전력 핀을 테스트하는데 필요한 집적 회로 테스트 분야이다. 현재의 집적 회로 내에는, 칩으로의 다수의 병렬 전력 접속이 이루어져 있다. 그러나, 병렬 접속으로 인해서, 고장 난 접속부는 간단한 수단으로는 검출되지 않는다. 전력 핀 테스트를 수행하는 간단한 방식은 강성 IC 테스트 수행을 위한 인에이블러(enabler)일 것이다. 여기에서 제안된 디지털 센서는 특정 전류 레벨의 존재 여부를 검출할 수 있다. 센서 원리는 플립플롭이 트리거되고 있을 때에, 테스트 하의 전류 라인에 의해서 유발되는 (추가) 자계가 디지털 자기 센서의 상태의 변화를 분별할 수 있거나 분별할 수 없다는 사실을 기반으로 한다. 달리 말하면, 상태의 변화는 검출될 수 있거나 그렇지 않을 수 있다.In the detailed description of the invention, several operating principles and known principles will be described. The first solution relates to adding a digital magnetic sensor to MRAM memory technology. Digital magnetic sensors can be compared to electronic flip flops. In other words, a magnetic flip flop is disclosed. One useful application is in the field of integrated circuit testing where sensor technology is required to test power pins. Within current integrated circuits, a number of parallel power connections to the chip are made. However, due to the parallel connection, the failed connection is not detected by simple means. A simple way to perform a power pin test would be to enable the stiff IC test. The proposed digital sensor can detect the presence or absence of a specific current level. The sensor principle is based on the fact that when a flip-flop is triggered, the (additional) magnetic field caused by the current line under test can or cannot discern changes in the state of the digital magnetic sensor. In other words, a change in state may or may not be detected.

이러한 디지털 센서 기술은 개발될 수 있는 임의의 MRAM 기술과 완벽하게 양립가능하며, 따라서 디지털 자기 센서는 임의의 집적 회로 내에서 MRAM 기술과 함께 집적될 수 있다. 추가 프로세스 단계 또는 추가 마스크와 관련되어 발생하는 추가 비용이 필요 없다. 단일 자기 스택 증착이 메모리 셀 및 디지털 자기 센서를 패터닝하는데 있어서 사용될 수 있다. 또한, 모든 요구된 전자 회로는 MRAM 셀의 기록과 판독을 위해서 사용되는 전자 회로와 동일하며, 따라서 설계에 있어서 추가 부담이 필요 없게 된다. 마지막에 말하기는 하지만 아주 중요하게는, 새로운 기능이 기존의 경계 스캔 테스트 기술과 함께 구현될 수 있거나 BIST(built-in self-test)에서 구현될 수 있다.Such digital sensor technology is perfectly compatible with any MRAM technology that can be developed, so that the digital magnetic sensor can be integrated with the MRAM technology in any integrated circuit. There is no need for additional costs incurred in connection with additional process steps or additional masks. Single magnetic stack deposition can be used to pattern memory cells and digital magnetic sensors. In addition, all required electronic circuits are the same as the electronic circuits used for writing and reading of the MRAM cell, thus eliminating the need for additional burden on the design. Last but not least, the new functionality can be implemented with existing boundary scan test techniques or in built-in self-test (BIST).

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디지털 자기 센서를 개략적으로 도시하고 있다. 테스트 하의 전류 Itest 는 메인 블록에서 전자기 여기 신호와 비교된다. 예시적으로, 여기 전류 Iexc 가 선택된다. 두 신호 Itest 와 Iexc 를 기반으로 하여서 디지털 자기 센서의 상태 S가 상보적 상태(S'는 새로운 상태임)로 변화될 수 있다. 여기 동작 후에, 디지털 센서의 상태는 로직 출력이 측정되어서 로직 출력이 제공된다.1 schematically illustrates a digital magnetic sensor according to an embodiment of the present invention. The current I test under test is compared with the electromagnetic excitation signal in the main block. By way of example, the excitation current I exc is selected. Two signals I test Based on and I exc , the state S of the digital magnetic sensor can be changed into a complementary state (S 'is a new state). After the excitation operation, the state of the digital sensor is measured so that a logic output is provided.

도 2 및 도 3은 통상적인 MRAM 기록 및 판독 동작을 설명한다.2 and 3 illustrate a typical MRAM write and read operation.

도 2는 1T-1MTJ MRAM 아키텍처에 대한 동작 원리(도 2의 좌측은 기록 동작을 나타내고 우측은 판독 동작을 나타냄)를 도시하고 있다. 이러한 구조물 및 이를 제조하는 방식은 잘 알려져 있기 때문에 본 명세서에서는 세부적으로 기술되지 않는다. 개략적으로 말하자면, 이러한 TMR 기반 MRAM은 자기 터널 접합부(MTJ)인 셀을 포함한다. 이 MTJ는 기본적으로 자유 자기 층(20), 절연층(터널 장벽 층(21), 고정 자기 층(22) 및 이 고정 자기 층(22)의 자화를 고정된 방향으로 고정시키는데 사용되는 반강자성 층을 포함한다. 자기 터널 접합부는 비트 라인(23) 및 워드 라인(24)의 어레이를 사용하여서 어드레싱될 수 있는 2 개의 안정된 자화 상태를 갖는다. 제로 자계에서, 안정된 자화 상태들, 즉 기준 층(22)에 대한 자유 자기 층(20)의 병렬 정렬 상태 및 반 병렬 정렬 상태는 서로 간에 큰 저항 차를 갖는다. 판독은 메모리 매트릭스 내에서의 다른 소자를 통한 스니크 전류(sneak current)를 방지하는 직렬 트랜지스터(26)를 통해서 수행된다. 기록 동작 동안, 비트 상태는 비트 라인(23) 및 워드 라인(24) 내의 전류에 의해서 생성되는 국부 자계에 의해서 변화될 수 있다. 2 개의 자계 성분이 선택된 비트와 다른 요소 간을 구별하는데 사용될 수 있다.FIG. 2 illustrates the principle of operation for the 1T-1MTJ MRAM architecture (left side of FIG. 2 shows write operation and right side shows read operation). Such structures and methods of making them are well known and are not described in detail herein. Roughly speaking, such a TMR-based MRAM includes a cell that is a magnetic tunnel junction (MTJ). This MTJ is basically an anti-ferromagnetic layer used to fix the free magnetic layer 20, the insulating layer (tunnel barrier layer 21, the pinned magnetic layer 22 and the magnetization of the pinned magnetic layer 22 in a fixed direction). The magnetic tunnel junction has two stable magnetization states that can be addressed using an array of bit lines 23 and word lines 24. At zero magnetic field, stable magnetization states, i.e., reference layer 22 The parallel and anti-parallel alignment states of the free magnetic layer 20 have a large resistance difference between each other, and the readout is a series transistor that prevents sneak current through other elements in the memory matrix. It is performed through 26. During the write operation, the bit state can be changed by the local magnetic field generated by the currents in the bit line 23 and the word line 24. The two magnetic field components are selected and Can be used to distinguish between different elements.

소자의 스위칭 곡선이 도 3(상부 좌측)에 도시된 바와 같은 이른바 아스트로이드 곡선(astroid curve)에 의해서 표현될 수 있다. 이 아스트로이드 곡선은 스위칭 이벤트와 비 스위칭 이벤트를 분명하게 분리한다. 달리 말하면, 자계가 아스트로이드 내에서 인가되고 있으면, 소자는 스위칭하지 않으며 자신의 자화 상태를 그대로 유지하는 반면에, 이전의 상태가 반대되는 상태였다면, 아스트로이드를 초과하는 자계는 소자를 스위칭한다. 그러므로, 오직 2 개의 자계 성분이 존재하는 경우에만, 비트 상태는 스위칭될 수 있다.The switching curve of the device can be represented by a so-called astroid curve as shown in FIG. 3 (upper left). This astroid curve clearly separates switching and non-switching events. In other words, if a magnetic field is being applied in the astroid, the device does not switch and maintains its magnetization state, while if the previous state was the opposite state, the magnetic field exceeding the astroid switches the device. Therefore, only when there are two magnetic field components, the bit state can be switched.

도 3은 또한 정보가 자유 층의 자화 방향으로 저장되는 통상적인 MRAM에 대한 기록 방식 및 판독 방식을 도시하고 있다. 기록 동작 동안, 비트 어드레싱 가능성은 자유 층(20)의 아스트로이드 곡선에서 도시된 바와 같은 동시 발생 전류 방식으로 제공된다. 정보는 기본적으로는 자유 층(20)에서의 자화 상태와 고정 층 또는 기준 층(22)에서의 자화 상태를 비교하는 저항에 의해서 판독된다.Figure 3 also shows a write and read scheme for a conventional MRAM in which information is stored in the magnetization direction of the free layer. During the write operation, the bit addressing possibilities are provided in a cocurrent current manner as shown in the astroid curve of the free layer 20. The information is basically read by a resistor that compares the magnetization state in the free layer 20 with the magnetization state in the fixed or reference layer 22.

도 4 및 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 디지털 자기 센서의 동작을 도시하고 있다.4 and 5 illustrate the operation of the digital magnetic sensor according to the embodiment of the present invention.

본 발명의 실시예에 따른 디지털 자기 센서는 MRAM 어레이에서 사용되는 자기 디바이스와 동일한 자기 디바이스를 기반으로 한다. 그러므로, 디지털 자기 센서는 도 4에 도시된 바와 같이 매우 소형이며 칩 상의 최소형의 라인에서의 전류의 존재를 측정할 수 있다. 도 4의 좌측은 센서 여기를 도시하고 있으며, 도 4의 우측은 센서 판독 동작을 도시하고 있다. 디지털 자기 센서는 셀에 대한 기록형 동작에 의해서, 즉 센서 여기 동안의 국부 자계의 존재에 의해서 활성화된다. 성공적인 기록 동작은 테스트 하의 전류 라인(41)에서의 전류에 의해 유발되는 추가 자계가 존재하는 것을 표시하거나, 이와 달리 이러한 전류가 존재하지 않음을 표시할 수 있다. 디지털 자기 센서의 상태는 자기 소자(40)에서의 자화 상태로부터 판독된다. 판독 동작은 MRAM 기술에서의 임의의 판독 동작과 동일하다. 그러나, 로직 0 값 및 로직 1 값을 나타내는 측정 전압은 존재하는 추가 자계에 의존한다. 전용 기준 회로 또는 소자는 디지털 자기 센서의 자기 소자(40)의 상태와 기준 상태를 비교하는데 사용될 수 있다. 도 5는 측정 절차의 실례를 개략적으로 보여준다. 디지털 자기 센서의 초기 상태가 단계(400)에서 측정된다. 필요하다면 단계(410)에서 센서가 초기화된다. 이는 완벽한 기록 절차를 포함한다. 단계(420)에서 전자기 여기 신호를 센서 소자에 전송함으로써 판독 동작이 개시된다. 단계(430)에서, 센서의 상태가 저항을 판독함으로써 측정된다. 단계(440)에서, 이전의 상태가 변화 또는 토글링되었는지의 여부를 보기 위해서 이전의 상태와 비교된다. 단계(450)에서, 로직 출력은 비교 회로의 출력에 의존한다. The digital magnetic sensor according to the embodiment of the present invention is based on the same magnetic device as that used in the MRAM array. Therefore, the digital magnetic sensor is very compact as shown in FIG. 4 and can measure the presence of current in the smallest line on the chip. The left side of FIG. 4 shows sensor excitation and the right side of FIG. 4 shows sensor reading operation. The digital magnetic sensor is activated by recordable operation on the cell, ie by the presence of a local magnetic field during sensor excitation. Successful write operation may indicate that there is an additional magnetic field caused by the current in current line 41 under test, or alternatively that such current does not exist. The state of the digital magnetic sensor is read from the magnetization state in the magnetic element 40. The read operation is the same as any read operation in MRAM technology. However, the measurement voltage representing the logic 0 value and logic 1 value depends on the additional magnetic field present. A dedicated reference circuit or element can be used to compare the state of the magnetic element 40 of the digital magnetic sensor with the reference state. 5 schematically shows an example of a measurement procedure. The initial state of the digital magnetic sensor is measured at step 400. If necessary, the sensor is initialized in step 410. This includes a complete recording procedure. In step 420 a read operation is initiated by transmitting an electromagnetic excitation signal to the sensor element. In step 430, the state of the sensor is measured by reading the resistance. In step 440, the previous state is compared to see if the previous state has changed or toggled. In step 450, the logic output depends on the output of the comparison circuit.

여러 상이한 실시예들이 이제 기술된다. 제 1 실시예는 비트 라인(23) 및 워드 라인(24)에 대한 위치를 포함하여, MRAM 메모리 셀과 동일한 단일 자기 소자(40)로 구성되는 디지털 자기 센서를 갖는다. 달리 말하면, 디지털 자기 센서는 본질적으로 메모리 어레이로부터의 단일 셀과 동일하다. 또한, 추가 자계는 테스트 하의 전류 라인(41)이 전류를 운반하는지의 여부에 따라서, 가령, 금속 층과 같은 상이한 도전성 층에 위치한 테스트 하의 전류 라인(41)에서 생성될 수 있다. 이상적으로는, 메모리 어레이를 위해서 사용되는 도전성 층, 즉 디지털 자기 센서를 접속하는 비트 라인(23)과 워드 라인(24)을 위한 금속 층에 인접하는 도전성 층이 선택된다. Several different embodiments are now described. The first embodiment has a digital magnetic sensor composed of the same single magnetic element 40 as the MRAM memory cell, including the positions for the bit line 23 and the word line 24. In other words, the digital magnetic sensor is essentially the same as a single cell from a memory array. In addition, an additional magnetic field may be generated in the current line 41 under test, which is located in a different conductive layer, for example a metal layer, depending on whether the current line 41 under test carries current. Ideally, the conductive layer used for the memory array, i.e., the conductive layer adjacent to the metal layer for the bit line 23 and word line 24 connecting the digital magnetic sensor, is selected.

2 개의 동작 모드, 즉 (1) 테스트 하의 전류 라인(41)에서의 전류로부터의 추가 자계가 존재할 때, 디지털 자기 센서 내의 셀이 자신의 상태를 변화시킬 수 있는 가산 모드 및 (2) 테스트 하의 전류 라인(41)에서의 전류로부터의 추가 자계가 존재할 때, 디지털 자기 센서 내의 셀이 자신의 상태를 변화시킬 수 없는 감산 모드가 사용될 수 있다. 용어 “가산” 및 “감산”은 활동 중인 2 개의 자계 성분의 부호에 의존하여, 자계가 하나의 자계 성분을 따라서 더해지거나 빼진다는 사실과 관련된다. 양 모드의 조합은 최종 회로에서 구현될 수 있다. 보다 상세한 설명이 이하에서 제공된다.Two modes of operation, i.e., an addition mode in which a cell in the digital magnetic sensor can change its state when there is an additional magnetic field from (1) current in current line 41 under test and (2) current under test When there is an additional magnetic field from the current in line 41, a subtraction mode can be used in which a cell in the digital magnetic sensor cannot change its state. The terms "addition" and "subtraction" relate to the fact that a magnetic field is added or subtracted along one magnetic field component, depending on the sign of two active magnetic field components. Combinations of both modes can be implemented in the final circuit. More details are provided below.

제 2 실시예는 MRAM 메모리 셀과 동일한 단일 자기 소자로 구성된 디지털 자기 센서를 기술한다. 그러나, 실시예 1과는 대조적으로, 테스트 하의 전류는 비트 라인(23) 또는 워드 라인(24)에서 제공된다. 디지털 자기 센서의 상태는 2 개의 자계 성분이 존재하고 이들 중 하나가 테스트 하의 전류에 의해서 생성되는 경우에 변화될 수 있다. 더 상세한 설명이 이하에서 제공된다.The second embodiment describes a digital magnetic sensor composed of the same single magnetic element as an MRAM memory cell. In contrast to Embodiment 1, however, the current under test is provided at bit line 23 or word line 24. The state of the digital magnetic sensor can change if there are two magnetic field components, one of which is generated by the current under test. More details are provided below.

이제 측정 절차가 기술된다. MRAM 디바이스는 나노 초 내에 스위칭될 수 있다. 그러므로, 여기 펄스의 예상되는 펄스 기간은 MRAM 동작 기간과 동일하다. 측정 절차는 여러 상이한 단계들을 포함한다. 먼저, 디지털 자기 센서의 상태가 판독되며, 그 결과는 로직 0 값 또는 로직 1 값이다. 이후에, 주 전류 내의 하나 이상의 여기 펄스에 의해서 디지털 자기 센서가 전자기 여기된다. 여기 펄스의 진폭 및 방향은 디지털 자기 센서의 최초의 로직 상태의 결과이며, 무엇보다도 스위칭 곡선에서의 대칭성의 결과이다. 다른 실시예에서, 디지털 자기 센서의 초기 상태는 우선 배향으로 설정될 수 있지만, 이는 정적 자계가 기록 동작 동안 존재한다면 용이한 일이 아니다. 여기 이후에, 디지털 자기 센서의 상태가 다시 한번 판독된다. 이에 대한 출력은 테스트 하의 전류가 존재하거나 존재하지 않는 것을 표시하는 로직 0 또는 로직 1 값이다.  The measurement procedure is now described. The MRAM device can be switched within nanoseconds. Therefore, the expected pulse duration of the excitation pulse is the same as the MRAM operating duration. The measurement procedure includes several different steps. First, the state of the digital magnetic sensor is read and the result is a logic zero value or a logic one value. Thereafter, the digital magnetic sensor is electromagnetically excited by one or more excitation pulses in the main current. The amplitude and direction of the excitation pulse is the result of the initial logic state of the digital magnetic sensor, and most of all, the result of symmetry in the switching curve. In another embodiment, the initial state of the digital magnetic sensor may be set to an orientation first, but this is not easy if a static magnetic field is present during the write operation. After this, the state of the digital magnetic sensor is read once again. The output for this is a logic 0 or logic 1 value that indicates the presence or absence of current under test.

상술한 내용에 대해서 다수의 변경 사항이 본 발명의 범위 내에 포함될 수 있다. 몇 개의 실례들은 다음과 같다.Many modifications may be made within the scope of the invention with respect to the foregoing. Some examples are:

(1) 디지털 자기 센서 내의 셀은 MRAM 어레이 내의 셀과는 상이한 기하 구조 또는 크기를 가지며 이로써 특정 전류 레벨을 측정하기에 적합하게 된다. 또한 이로써, 하나의 집적 회로 상의 여러 상이한 전류 레벨을 측정하는 것이 가능해진다.(1) The cells in the digital magnetic sensor have different geometries or sizes than the cells in the MRAM array, making them suitable for measuring specific current levels. This also makes it possible to measure several different current levels on one integrated circuit.

(2) 단일 디지털 자기 센서 모듈이 서로 상이한 몇 개의 자기 셀을 포함하며 이로써 동작 정확도가 개선되거나 상이한 레벨 간을 구별할 수 있다.(2) A single digital magnetic sensor module includes several magnetic cells that are different from each other, thereby improving operating accuracy or distinguishing between different levels.

(3) 측정 절차가 더 복잡해져서 가령 테스트 하의의 전류 라인(41)에서의 전류의 존재 여부가 결정되기 이전에 다수의 판독 동작 및 기록 동작이 가능해진다.(3) The measurement procedure becomes more complicated such that a number of read operations and write operations are possible before the presence of a current in the current line 41 under test is determined.

(4) 전류 있음/전류 없음을 검출할 수 있는 디지털 자기 센서가 지금까지 기술되었다. 적절하게 간단한 확장 사항은 진폭은 고정되지만 극성은 변하는 전류의 부호를 검출하는 것을 포함하는 것이다.(4) A digital magnetic sensor capable of detecting with / without current has been described so far. An appropriately simple extension involves detecting the sign of a current whose amplitude is fixed but whose polarity changes.

(5) 테스트 하의 전류 라인(41)은 비트 라인(23) 또는 워드 라인(24)의 배향에 따라서 정렬되거나, 이와 달리 45도 방향(제 1 실시예 참조) 하에서 정렬될 수 있다. 이는 통상적인 MRAM 셀에서의 오류성 절반 선택에 대한 안정도를 개선한다. 이는 특정 각도로만 한정되는 것은 아니다.(5) The current line 41 under test may be aligned according to the orientation of the bit line 23 or the word line 24 or alternatively under the 45 degree direction (see the first embodiment). This improves the stability to half error selection in conventional MRAM cells. This is not limited to a particular angle.

도 6은 제 1 실시예를 보다 상세하게 설명한다.6 describes the first embodiment in more detail.

제 1 실시예를 기반으로 하여, 디지털 자기 센서 내의 자기 셀은 통상적인 MRAM 메모리 셀을 기반으로 할 수 있거나, US 6,545,906에서 모토롤라사에 의해서 도입된 보다 진보된 Savchenko 셀을 기반으로 할 수 있다. 이 셀의 상태는 초기에 판독되는데, 가령 이 셀의 상태는 로직 0과 유사한 병렬 상태로 존재한다. 판독 동작은 테스트 하의 전류(41)에서 생성되는 추가 자계의 가능한 존재 시에 수행된다. 그러나, 이는 적합하게 설계되었다면 판독 동작에 영향을 주지 않는다. 이어서, 센서 셀이 전자기 여기 신호에 노출되는데, 이 전자기 여기 신호는 사용된 기술에 따라서 자기 메모리 셀에 대한 표준 기록 동작과 유사하다. 두 기술에서, 2 개의 자계 성분이 특정 시간에 있어서 2 개의 독립적인 전류 펄스의 형태로 메모리 셀에 제공된다. 디지털 자기 센서의 셀을 여기시킬 때에, 이들 2 개의 자계 성분 중 하나는 (전류 라인(41)이 비트 라인(23) 또는 워드 라인(24)을 따라서 배향되었다고 가정하면) 테스트 하의 전류 라인(41)에서 생성된 추가 자계와 동일한 방향으로 정렬될 것이다.Based on the first embodiment, the magnetic cells in the digital magnetic sensor may be based on conventional MRAM memory cells or may be based on the more advanced Savchenko cells introduced by Motorola in US Pat. No. 6,545,906. The state of this cell is initially read, for example the state of this cell is in a parallel state similar to logic zero. The read operation is performed in the possible presence of additional magnetic field generated in current 41 under test. However, this does not affect the read operation if properly designed. The sensor cell is then exposed to an electromagnetic excitation signal, which is similar to the standard write operation for magnetic memory cells, depending on the technology used. In both techniques, two magnetic field components are provided to the memory cell in the form of two independent current pulses at a particular time. When exciting a cell of a digital magnetic sensor, one of these two magnetic field components is assumed to be current line 41 under test (assuming current line 41 is oriented along bit line 23 or word line 24). It will be aligned in the same direction as the additional magnetic field generated by.

이제 가산 동작 모드와 감산 동작 모드가 설명될 것이다. 가산 모드에서, 추가 자계와 대응하는 전자기 여기 펄스의 합이 충분하게 크면 소자(40)에서의 자화 상태가 스위칭된다. 달리 말하면, 전류가 테스트 하의 전류 라인(41) 내에 존재할 때에만, 스위칭 동작이 존재한다. 감산 모드에서, 추가 자계와 대응하는 전자기 여기 펄스가 서로 반대되는 부호를 가지며, 이로써 추가 자계가 존재하지 않을 경우에서만 스위칭 동작이 존재한다. 전류가 테스트 하의 전류 라인(41)에 존재하면, 2 개의 자계 성분 중 하나는 너무 작아서 스위칭 동작을 유발하지 못한다. 제 1 경우, 즉 가산 모드에서, 양 전류의 합이 신뢰할만한 기록 동작을 위한 목표 전류가 되도록 시스템이 다루어져야 한다. 엄격한 절반 선택 문제를 피하기 위해서(그러나, 이러한 절반 선택 문제는 MRAM 어레이에 데이터를 보유하는데 있어서는 크게 중요하지 않으며, 또한 통상적인 MRAM에 있어서는 45도 하의 기록 동작으로만 한정되지 않음), 테스트 하의 전류 라인(41)으로부터의 분별형 자계 성분은 이상적인 시나리오에서는 가산 동작 모드에 있어서의 대응하는 전자기 여기 펄스보다 다소 커야 한다. 달리 말하면, 테스트 하의 전류 라인(41)으로부터의 분별형 자계 성분은 이상적인 시나리오에서는 신뢰할만한 MRAM 기록 동작을 위해서 요구되는 총 자계 성분의 대략 절반 정도이어야 한다. 또한, 제 2 모드, 즉 감산 모드의 경우에, 테스트 하의 전류 라인(41)으로부터의 분별형 자계 성분은 신뢰할만한 MRAM 기록 동작을 위해서 요구되는 총 자계 성분의 (최소) 절반 정도이어야 한다. 가산 모드는 본질적으로 전자기 여기 신호에서의 보다 낮은 전류 레벨을 요구하며, 이로써 전력 소비량이 감소된다.The addition operation mode and the subtraction operation mode will now be described. In the addition mode, the magnetization state in element 40 is switched if the sum of the additional magnetic field and the corresponding electromagnetic excitation pulse is sufficiently large. In other words, there is a switching operation only when current is present in the current line 41 under test. In the subtraction mode, the additional magnetic field and the corresponding electromagnetic excitation pulse have opposite signs from each other, so that there is a switching operation only when no additional magnetic field is present. If current is present in the current line 41 under test, one of the two magnetic field components is too small to cause a switching operation. In the first case, i.e., in addition mode, the system must be addressed so that the sum of both currents is the target current for a reliable write operation. To avoid stringent half-selection problems (however, these half-selection problems are not critical to retaining data in the MRAM array, and are not limited to write operations below 45 degrees for a typical MRAM). The fractional magnetic field component from (41) should be somewhat larger than the corresponding electromagnetic excitation pulse in the add mode of operation in an ideal scenario. In other words, the fractional magnetic field component from the current line 41 under test should be approximately half of the total magnetic field component required for a reliable MRAM write operation in an ideal scenario. In addition, in the second mode, i.e. in the subtraction mode, the fractional magnetic field component from the current line 41 under test should be about (at least) half of the total magnetic field component required for a reliable MRAM write operation. The addition mode essentially requires lower current levels in the electromagnetic excitation signal, which reduces power consumption.

통상적인 MRAM 타입에 있어서 보다 양호한 절반 선택 강성을 갖는 개선된 버전은 완성된 전자기 여기 자계가 가산 모드에서는 증가하고 감산 모드에서는 감소되도록 메모리 셀 레이아웃에 대해서 45도 하의 테스트 하의 전류 라인(41)을 재정렬하는 것이다.An improved version with better half selection stiffness for conventional MRAM types reorders the current line 41 under test at 45 degrees to the memory cell layout such that the completed electromagnetic excitation magnetic field increases in additive mode and decreases in subtract mode. It is.

도 6은 제 1 실시예에서 개시된 2 개의 동작 모드를 개략적으로 도시하고 있다. 그래프 상부에서의 제 1 쌍은 가산 모드에 대한 것이며, 여기서 테스트 하의 전류 라인(41)은 HA(고정 축)(도면의 좌측) 및 자유 축(EA)(도면의 우측)과 정렬된다. 그래프의 제 2 쌍은 제 1 쌍과 유사하지만 제 1 실시예에 따르는 디지털 자기 센서의 감산 모드에 대한 것이다. 그래프의 바닥에서의 제 3 쌍은 45도 하의 테스트 하의 전류 라인(41)에 있어서의 개선된 버전을 나타낸다. 점선(60)은 이른바 아스트로이드 곡선의 일부인 스위칭을 위해서 극복되어야 하는 자계를 표시한다. 실선(61)은 표준 MRAM 기록 동작을 표시한다. 점선 화살표(62)는 전자기 여기 신호를 위한 자계 성분을 표시하는 반면에, 점선 화살표(63)는 테스트 하의 전류 라인(41)에서 생성될 수 있는 추가 자계 성분을 표시한다. 양 동작 모드에서, 두꺼운 점선 화살표(64)는 어떠한 전류도 테스트 하의 전류 라인(41)에 존재하지 않는 경우에 전자기 여기 동안 생성되는 자계를 표시한다. 두꺼운 점선 화살표(65)는 전류가 테스트 하의 전류 라인(41)에 존재하는 경우에 생성되는 자계를 표시한다.6 schematically shows the two modes of operation disclosed in the first embodiment. The first pair at the top of the graph is for the addition mode, where the current line 41 under test is aligned with the HA (fixed axis) (left side of the figure) and the free axis EA (right side of the figure). The second pair of graphs is similar to the first pair but for the subtraction mode of the digital magnetic sensor according to the first embodiment. The third pair at the bottom of the graph represents an improved version of the current line 41 under test at 45 degrees. The dashed line 60 indicates the magnetic field that must be overcome for switching, which is part of the so-called astroid curve. Solid line 61 indicates a standard MRAM write operation. The dashed arrow 62 indicates the magnetic field component for the electromagnetic excitation signal, while the dashed arrow 63 indicates the additional magnetic field that can be generated in the current line 41 under test. In both modes of operation, thick dotted arrows 64 indicate the magnetic field generated during electromagnetic excitation when no current is present in the current line 41 under test. Thick dashed arrows 65 indicate the magnetic field generated when current is present in current line 41 under test.

스위칭 임계치(60)가 통상적인 MRAM에 대해서 도시되었지만, 이러한 기본 스케치는 이른바 Savchenko 타입 MRAM에 대해서도 유효하다. 이 제 2 타입의 메모리에 대한 상이한 아스트로이드 곡선이 주어지면, 정상적인 가산 또는 감산 모드가 제안될 것이다. 테스트 하의 전류 라인(41)으로부터의 가능한 자계가 고정 축을 따라서 정렬되는 경우에 있어서, 이러한 기술에 있어서 오직 고정 축 방향만이 고정된다고 가정하면, 여기 펄스의 방향은 통상적인 메모리 셀에 대해서는 디지털 자기 센서의 초기 로직 값에 따라서 변화될 수 있다. 따라서, 자유 축 여기 자계 성분의 부호는 상이한 초기 로직 값을 위해서 변화될 필요가 있다. 모든 다른 경우에서, 처음에는, 사전 규정된 자기 소자가 요구될 것이며, 이로써 측정 절차는 표준 MRAM 기록 동작과 함께 시작할 것이다. 그러나, 테스트 하의 전류 라인(41)이 전류를 운반 중인지가 불확실하기 때문에, 대부분의 경우에, 상기 가능한 자계와 반대되는 단일 전류 레벨로 상기 자기 소자를 사전 규정된 상태로 기록하는 것은 보다 어려워질 것이다. 이는 보다 큰 전류 레벨을 필요로 하며, 이로써 전체 시스템은 크기가 보다 커지게 된다. 이와 달리, 다수의 전류 레벨을 갖는 전류 소스 또는 가변 전류 소스가 적합할 수 있다.Although switching threshold 60 is shown for a conventional MRAM, this basic sketch is valid for a so-called Savchenko type MRAM. Given a different astroid curve for this second type of memory, a normal addition or subtraction mode will be suggested. In the case where the possible magnetic field from the current line 41 under test is aligned along a fixed axis, assuming that only the fixed axis direction is fixed in this technique, the direction of the excitation pulse is a digital magnetic sensor for a conventional memory cell. It can be changed according to the initial logic value of. Thus, the sign of the free axis excitation magnetic field component needs to be changed for different initial logic values. In all other cases, at first, a predefined magnetic element will be required, so that the measurement procedure will begin with a standard MRAM write operation. However, since it is uncertain whether the current line 41 under test is carrying current, in most cases it will be more difficult to record the magnetic element in a predefined state at a single current level opposite to the possible magnetic field. . This requires a larger current level, which makes the overall system larger. Alternatively, current sources with multiple current levels or variable current sources may be suitable.

도 7은 모드 스위칭을 설명한다.7 illustrates mode switching.

다른 해법은 모드 스위칭 개념에 있다. 도 7은 사전 설정된 요소에 대한 필요를 피하기 위한 모드 스위칭의 실례를 도시한다. 테스트 하의 전류가 자계 성분을 자유 축의 방향으로 되게 할 경우에, 모드 스위칭이 사용될 수 있다. 그 원리는 도 7에서 2 개의 선택된 실례, 즉 (1) 도면의 상부의 2 개의 그래프인, 자유 축에 따른 테스트 하의 자계에 대한 실례 및 (2) 도면의 하부의 2 개의 그래프인, 45도 축에 따른 테스트 하의 자계에 대한 실례에 대해서 설명된다. 제 1 실례에서, 초기 로직 0 동안에는 가산 모드가 사용되고, 로직 1 동안에는 감산 모드가 사용된다. 제 2 실례에서, 이와 반대로 된다. 대응하는 모드들을 변환시킬 때에, 가능한 자계의 반대되는 부호가 측정되거나 이와 달리 반대되는 전류 방향이 측정된다. Another solution is in the concept of mode switching. 7 illustrates an example of mode switching to avoid the need for preset elements. Mode switching can be used when the current under test causes the magnetic field component to be in the direction of the free axis. The principle is a 45 degree axis, two selected examples in FIG. 7, namely (1) two graphs at the top of the figure, an example for the magnetic field under test along the free axis and (2) two graphs at the bottom of the figure. An example of a magnetic field under test in accordance with is described. In a first example, an add mode is used during initial logic 0 and a subtract mode is used during logic 1. In the second example, the opposite is true. In converting the corresponding modes, the opposite sign of the possible magnetic field is measured or otherwise the opposite current direction is measured.

상이한 종류의 전류 소스가 필요한 여기 펄스를 전달하는데 사용될 수 있다. 통상적인 MRAM의 경우에, 고정 축을 따르는 가능한 자계에 있어서, 고정 축 방향으로 하나의 고정된 자계 펄스(단극성)가 필요하며 자유 축 방향으로 양극성 전류 소스가 필요하다. 달리 말하면, 이는 MRAM 기록의 경우와 동일하다. 그러나, 모드 스위칭에 있어서 제 1 실례에서는, 2 개의 상이한 펄스 진폭을 갖는 양극성 전류 소스가 자유 축을 따라서 필요하다. 테스트 하의 전류 라인(41)으로부터의 가능한 전류가 45도 하에서 정렬되면, 각각이 자유 축과 고정 축을 따르는 2 개의 상이한 펄스 진폭을 갖는 2 개의 양극성 전류 소스가 필요하다. 달리 말하면, 보다 강성한 시스템은 보다 복잡한 여기 방식을 필요로 한다. 토글 타입 MRAM 구성에 있어서, 양극성 전류 소스보다는, 단극성 전류 소스면 충분하다. 이러한 스위칭 개념의 성질이 주어지면, 감산 모드가 선호되는 구현 방식일 수 있다. 어떠한 모드 스위칭도 요구되지 않는다. Different kinds of current sources can be used to deliver the necessary excitation pulses. In the case of a conventional MRAM, for a possible magnetic field along a fixed axis, one fixed magnetic field pulse (unipolar) is needed in the fixed axis direction and a bipolar current source in the free axis direction. In other words, this is the same as in the case of MRAM writing. However, in the first example of mode switching, a bipolar current source with two different pulse amplitudes is needed along the free axis. If the possible current from the current line 41 under test is aligned under 45 degrees, two bipolar current sources are needed, each with two different pulse amplitudes along the free and fixed axes. In other words, more rigid systems require more complex excitation methods. In a toggle type MRAM configuration, a unipolar current source is sufficient, rather than a bipolar current source. Given the nature of this switching concept, subtraction mode may be the preferred implementation. No mode switching is required.

도 8은 제 2 실시예를 보다 상세하게 설명한다.8 describes the second embodiment in more detail.

도 8은 제 2 실시예에 대응하는 디지털 자기 센서의 동작을 도시한다. 표기법은 이전의 도면에서의 표기법과 동일하다. 제 2 실시예에서, 테스트 하의 전류 라인(41)이 자기 소자의 고정 축 성분을 전달하고 있다. 이 실시예에서는 다 합해서 오직 2 개의 전류 라인만이 존재하기 때문에, 자유 축 성분을 갖는 자계를 생성하는 테스트 하의 전류 라인(41)은 더 이상의 선택 사양이 아니다. 도 8은 초기 로직 0 또는 1 값에 대해서 생성되는 자계를 개략적으로 표현한다. 그래프에서 그레이스케일과 라인 스타일 등은 도 6 및 도 7에서 사용된 것과 동일하다. 테스트 하의 전류 라인(41)으로 인해서 존재할 수 있는 고정 축 자계로 인해서, 로직 0 값과 로직 1 값 간의 차는 그 자계에 의존하게 되는데, 그 이유는 자화가 자유 축에 대한 각도 하에 있기 때문이다. 이제, 더 이상 45도 하에서 배향되는 총 기록 자계로만 한정되지 않는다. 개념의 단순성이 주어진다면, 제 2 실시예는 통상적인 MRAM에 대한 동작의 선호되는 모드이다. 이는 토글 타입 MRAM 디바이스에서 덜 적합하다.8 shows the operation of the digital magnetic sensor corresponding to the second embodiment. The notation is identical to the notation in the previous figures. In the second embodiment, the current line 41 under test is delivering a fixed axis component of the magnetic element. Since there are only two current lines in total in this embodiment, the current line 41 under test which produces a magnetic field with free axis components is no longer an option. 8 schematically represents a magnetic field generated for an initial logic 0 or 1 value. Grayscale, line style, etc. in the graph are the same as those used in FIGS. 6 and 7. Due to the fixed axis magnetic field which may exist due to the current line 41 under test, the difference between the logic 0 value and the logic 1 value depends on the magnetic field because the magnetization is under an angle to the free axis. Now, it is no longer limited to the total recording magnetic field oriented under 45 degrees. Given the simplicity of the concept, the second embodiment is the preferred mode of operation for conventional MRAM. This is less suitable for toggle type MRAM devices.

자계의 존재를 측정하는데 적합한 디지털 자기 센서가 기술되었다. 자계는 외부 자계일 수 있지만 또한 테스트 하의 전류 라인(41)에서 생성되는 국부 자계일 수 있다. 이는 온 칩 전력 핀 테스트(전류 있음/전류 없음 테스트) 시에 바로 응용될 수 있다. 이 센서는 모든 MRAM 기술과 완벽하게 양립하며 실제로 어떠한 비용도 없이도 부가될 수 있다.Digital magnetic sensors suitable for measuring the presence of a magnetic field have been described. The magnetic field may be an external magnetic field but may also be a local magnetic field generated in the current line 41 under test. This can be applied immediately during on-chip power pin test (with / without current test). The sensor is perfectly compatible with all MRAM technologies and can be added at virtually no cost.

기술된 바와 같이, 이 실시예들은 그보다 큰 범위에서는 전류를 분명하게 검출할 수 있는 소정의 임계치보다 큰 테스트 하의 전류의 존재를 관측하는 것으로 한정된다. 달리 말하면, 시간 경과로 인해서 그 전류에 있어서의 변화 또는 전류의 크기에 대한 정보는 전혀 존재하지 않는다. 이는 칩으로 전력을 전달하는 여러 상이한 병렬 핀(10)이 동작 이전 및 가능하다면 칩의 수명 동안 테스트될 필요가 있는 전력 핀 테스트와 같은 애플리케이션에서 사용될 수 있다. 어떠한 전류도 콘택트들 중 하나의 콘택트에는 존재하지 않는 반면에 나머지 다른 핀에서는 전류가 증가하게 되는 상황을 초래하는 개방형 콘택트들이 칩의 수명 동안 또는 칩의 동작 이전에 발생하는 것이 시나리오이다. 단일 측정을 수행하기보다는, 측정되고 있는 전류의 크기의 변화를 더 정확하게 측정하기 위해서, 센서는 특정 측정 패턴에 노출되는데, 이 특정 측정 패턴으로부터 전류 레벨에 대한 추가 정보 및 시간상의 변화가 추론될 수 있다. 전류의 변화는 센서에서의 스위칭 확률의 변화로부터 추론될 수 있다. 이와 달리, 센서의 어레이들이 평균화 목적을 위해서 구현될 수 있다.As described, these embodiments are limited to observing the presence of a current under test that is larger than a predetermined threshold that can clearly detect current in a larger range. In other words, there is no information about the magnitude of the current or the change in the current over time. This can be used in applications such as power pin testing where several different parallel pins 10 delivering power to the chip need to be tested before operation and possibly during the life of the chip. The scenario is that no current is present in one of the contacts, while open contacts occur during the life of the chip or prior to operation of the chip, resulting in a situation where the current increases at the other pin. Rather than performing a single measurement, in order to more accurately measure the change in the magnitude of the current being measured, the sensor is exposed to a specific measurement pattern from which additional information about the current level and the change in time can be deduced. have. The change in current can be inferred from the change in switching probability at the sensor. Alternatively, arrays of sensors can be implemented for averaging purposes.

이제 가변 측정에 대한 이론적 배경 사항이 설명된다.The theoretical background for variable measurements is now explained.

이론에 의해서 제약되지 않으면, 자기 소자의 스위칭은 단일 에너지 장벽에 걸친 열적 활성화에 대한 Arrhenius-Neel 공식과 관련된다. 2 개의 안정된 에너지 최소치를 갖는 소정의 소자에 있어서, 에너지 장벽 △E에 걸친 국부 최소치에서 전체 최소치로의 완화(relaxation)에 대한 전이 레이트는 다음과 같이 주어진다.Unless constrained by theory, the switching of magnetic elements involves the Arrhenius-Neel formula for thermal activation across a single energy barrier. For a given device with two stable energy minimums, the transition rate for relaxation from the local minimum to the overall minimum across the energy barrier ΔE is given by:

Figure 112006083766167-PCT00001
Figure 112006083766167-PCT00001

여기서, τ0 는 역전을 위한 시도 시간을 표시하며, 통상적으로 그 값은 1 ns이다. 지수 함수에 있어서, 볼츠만 계수는 볼츠만 상부 kB 와 온도 T의 곱으로 표현된다.Here, τ 0 represents the attempt time for reversal, typically its value is 1 ns. For the exponential function, Boltzmann coefficient is Boltzmann upper k B And the product of temperature T.

N0 개의 동일한 자기 소자의 세트에 있어서, 시간 t 후에 스위칭되지 않은 비트의 개수 N(t)는 레이트 등식 dN(t)/dt = -N(t)/τ(△E)로 주어지며, 여기서 τ(△E)는 자계에 의존하는 에너지 장벽 △E(HEA,HHA)의 크기에 의존하는 특성적 역전 시간이다. 그 해답은 다음과 같이 지수 함수이다.N 0 For a set of four identical magnetic elements, the number N (t) of unswitched bits after time t is given by the rate equation dN (t) / dt = -N (t) / τ (ΔE), where τ ( ΔE) is the characteristic reversal time dependent on the magnitude of the energy barrier ΔE (H EA , H HA ) depending on the magnetic field. The answer is an exponential function as follows:

Figure 112006083766167-PCT00002
Figure 112006083766167-PCT00002

소자가 스위칭되는 확률은 시간의 함수로서 다음과 같다.The probability that the device is switched is as a function of time:

Figure 112006083766167-PCT00003
Figure 112006083766167-PCT00003

에너지 장벽에 걸친 완화에 대한 전이 레이트 γ에 대한 정의를 사용하면, 다음과 같은 결과가 도출된다.Using the definition for the transition rate γ for relaxation across the energy barrier, the following results are obtained.

Figure 112006083766167-PCT00004
Figure 112006083766167-PCT00004

상기 특성적 역전 시간은 다음과 같이 계산될 수 있다.The characteristic reversal time can be calculated as follows.

Figure 112006083766167-PCT00005
Figure 112006083766167-PCT00005

MRAM의 기록 동작 동안 또는 디지털 전류 센서를 여기시킬 때에, 특정 펄스 기간 ts 를 갖는 전자기 전류 펄스가 인가된다. 이러한 펄스 길이 동안 극복될 수 있는 에너지 장벽은 상기 펄스 기간 ts 를 상기 특성적 역전 시간에 대해 맵핑함으로써 계산될 수 있다. 기간 [0,ts]에서의 스위칭 확률은 다음과 같은 경우에서는 63%와 동일하다.During the write operation of the MRAM or when exciting the digital current sensor, an electromagnetic current pulse with a specific pulse period t s is applied. The energy barrier that can be overcome during this pulse length can be calculated by mapping the pulse period t s to the characteristic reversal time. The switching probability in the period [0, t s ] is equal to 63% in the following cases.

Figure 112006083766167-PCT00006
Figure 112006083766167-PCT00006

소정의 펄스 기간 ts 동안 극복될 수 있는 에너지 장벽이 자계에 의존한다는 사실을 기억하자. (고정된 보조형 고정 축 자계에서) 단일 전류 펄스의 경우에, 에너지 장벽은 다음과 같은 식을 사용하여 자계를 생성하는 전류와 관련될 수 있다.Remember that the energy barrier that can be overcome for a given pulse period t s depends on the magnetic field. In the case of a single current pulse (in a fixed secondary fixed axis magnetic field), the energy barrier can be related to the current generating the magnetic field using the equation

Figure 112006083766167-PCT00007
Figure 112006083766167-PCT00007

여기서, ISW 는 열적 효과의 부재 시에 고유한 스위칭 전류 값이며, a는 상수이다.Where I SW is a unique switching current value in the absence of a thermal effect and a is a constant.

달리 말하면, 펄스 기간이 가령 10ns와 같이 나노 초 영역 내의 실제적 시간으로 고정되면, 이 기간 동안 극복될 수 있는 에너지 장벽은 이 펄스 기간 동안 존재하는 실효 자계와 다시 관련된다. 이 실시예에서, 자계는 2 개의 직교 펄스를 사용하여 생성되는 2-D 자계와 테스트 하의 전류에서 생성되는 추가 자계의 결합이다. In other words, if the pulse period is fixed at a practical time in the nanosecond region, for example 10 ns, the energy barrier that can be overcome during this period is again related to the effective magnetic field present during this pulse period. In this embodiment, the magnetic field is a combination of a 2-D magnetic field generated using two orthogonal pulses and an additional magnetic field generated at the current under test.

이제 본 실시예들이 실제적으로 구현된다.The embodiments are now practically implemented.

도 9에서, 이른바 가산 모드에 대한 측정 절차가 도시된다. 도 9는 그래프의 상부의 제 1 쌍에서는 테스트 하의 전류를 갖는 경우와 갖지 않는 경우에 있어서 고정 축 자계 벡터(HA) 및 자유 축 자계 벡터(EA)를 도시한다. 중간의 그래프는 고정 축을 따라서 펄스 진폭이 변화되는 경우에 출력의 타임 시퀀스를 도시한다. 변화하는 펄스 진폭을 갖는 단일 펄스 트레인의 경우에, 센서는 측정할 고정 축 자계, 즉 HAmeas 의 존재 및 그의 크기에 의존하는 HAvar정의 값에서 그의 상태를 플립할 것이다. 흑 데이터 점 및 곡선과 백 데이터 점 및 곡선은 자계 HAmeas 의 존재 시에 HAvar 에서의 시프트 정도를 표시한다. 그 아래의 개선된 버전에서는, 다수의 펄스 트레인을 통계적으로 분석함으로써, 도 9의 하부 그래프에 있는 바와 같은 센서에 있어서의 개선된 출력이 도시되어 있다.In Fig. 9, the measurement procedure for the so-called addition mode is shown. 9 shows the fixed axis magnetic field vector HA and the free axis magnetic field vector EA with and without the current under test in the first pair of upper portions of the graph. The middle graph shows the time sequence of the output when the pulse amplitude changes along the fixed axis. In the case of a single pulse train with varying pulse amplitudes, the sensor will flip its state in the HA var definition value depending on the presence of the fixed axis magnetic field to be measured, namely the HA meas and its magnitude. Black data points and curves and white data points and curves indicate the degree of shift in HA var in the presence of magnetic field HA meas . In the improved version below, an improved output at the sensor as shown in the lower graph of FIG. 9 is shown by statistically analyzing multiple pulse trains.

증가하는 진폭을 갖는 단일 펄스 트레인에 있어서, 자기 소자는 테스트 하의 전류 라인에서 생성되고 있는 추가 자계 HAvar의 레벨에 따라서 특정 펄스 진폭으로부터 다음으로 계속하여 스위칭하기 시작한다. 이러한 진폭은 측정할 고정 축 자계, 즉 HAmeas의 존재 및 그의 크기에 의존한다. 이는 도 9에서 (1) 추가 자계의 존재 및 (2) 추가 자계의 크기에 의해 트리거되는, 백 데이터 점 또는 점선 곡선으로의 흑 데이터 점 또는 실선 곡선의 시프트에 의해서 표현되고 있다. 명료성을 위해서, 펄스 트레인은 각각이 서로에 대해 적합한 타이밍을 갖는 2 개의 펄스를 포함하는 다수의 개별 기록 동작들로 구성된다. 도 9의 실례에서 이러한 펄스 중 하나의 진폭만이 변화되는데, 이 펄스는 고정 축 방향으로 자계를 유도하는 성분이다. 다수의 펄스 트레인이 고려되면, 통계적으로 평균화된 스위칭 확률 대 펄스 진폭이 자기 소자에 대해서 획득될 수 있다. 요구된 정확도 및 범위는 펄스 트레인에서의 개별 레벨 및 사이클의 개수를 적합하게 선택함으로써 획득될 수 있다.For a single pulse train with increasing amplitude, the magnetic element starts to switch from the specific pulse amplitude to the next, depending on the level of additional magnetic field HA var being generated in the current line under test. The amplitude is dependent on the presence and its size of the fixed-axis magnetic field, that is HA meas measured. This is represented in FIG. 9 by the shift of a black data point or solid line curve into a back data point or dashed line curve, triggered by (1) the presence of an additional magnetic field and (2) the magnitude of the additional magnetic field. For clarity, the pulse train consists of a number of separate write operations, each comprising two pulses each having a suitable timing relative to each other. In the example of FIG. 9 only the amplitude of one of these pulses is changed, which is a component that induces a magnetic field in the fixed axis direction. If multiple pulse trains are considered, a statistically averaged switching probability versus pulse amplitude can be obtained for the magnetic element. The required accuracy and range can be obtained by appropriately selecting the number of individual levels and cycles in the pulse train.

여러 실시예에서, 모두가 동일한 펄스 및/또는 추가 자계에 노출되는 자기 소자의 크기가 사용될 수 있다. 달리 말하면, 단일 셀에 대해서 반복적인 측정 방식을 사용하여서, 측정을 시간적으로 분산시키기 보다는, 개별 셀들을 판독함으로써 상이한 소자들에 대한 평균화에 의해서 유사한 통계 결과를 얻을 수 있다. 또한, 모든 셀들이 (직렬/병렬 조합에 의해서) 단일 셀로 결합될 수 있으며, 이로써 0 % 스위칭 및 100 % 스위칭을 나타내는 전압들 간의 통계적 값을 산출하는 단일 출력 전압이 생성된다. 50 % 임계치가 도 9의 하부 그래프에 도시되어 있다.In various embodiments, the size of magnetic elements may be used, all of which are exposed to the same pulse and / or additional magnetic field. In other words, similar statistical results can be obtained by averaging over different devices by reading the individual cells, rather than distributing the measurements in time, using an iterative measurement scheme for a single cell. In addition, all cells can be combined into a single cell (by a serial / parallel combination), resulting in a single output voltage that yields statistical values between voltages representing 0% switching and 100% switching. The 50% threshold is shown in the lower graph of FIG.

2 개의 상술한 원리들의 결합이 고려될 수 있는데, 가령, 자계 HVvar 의존도가 자기 소자들의 단일 (또는 다수의) 어레이에 대해서 측정된다. 평균화는 여러번 측정을 반복함으로써 획득될 수 있다.A combination of the two aforementioned principles can be considered, for example magnetic field HV var Dependency is measured for a single (or multiple) array of magnetic elements. Averaging can be obtained by repeating the measurement several times.

이제 실험적 실례가 설명된다.Experimental examples are now described.

도 10은 자기 소자(일부분)에 대한 단일 도메인 스위칭 이벤트가 통계적 방식으로 측정되고 분석되는, 보다 대형의 자기 소자로부터의 실험적 데이터를 도시하고 있다. 진폭이 증가하는 전류 펄스가 고정 보조형 자계의 형태로 디바이스로 인가된다. 기간 tp 동안 상이한 펄스에 대한 상이한 곡선들이 도시되어 있다. 좌측 그래프는 펄스 전류 진폭(mA)의 함수로서 스위칭 확률을 도시한다. 각 데이터 점은 소정의 펄스 기간 tp 동안 I에서의 100 개의 펄스의 결과이다. 실선은 데이터에 대해서 지수 함수 형태로 피팅된다. 우측에서 좌측으로, 각 라인에 대한 펄스 기간은 각기 10 ms, 1 ms, 100 ㎲, 10 ㎲ 및 1 ㎲이다.FIG. 10 illustrates experimental data from larger magnetic devices, in which a single domain switching event for a magnetic device (partial) is measured and analyzed in a statistical manner. A current pulse of increasing amplitude is applied to the device in the form of a fixed auxiliary magnetic field. Period t p While different curves for different pulses are shown. The left graph shows the switching probability as a function of pulse current amplitude (mA). Each data point has a predetermined pulse duration t p While I result in 100 pulses. The solid line is fitted to the data in exponential form. From right to left, the pulse durations for each line are 10 ms, 1 ms, 100 ms, 10 ms and 1 ms, respectively.

도 10의 우측 그래프는 전류 펄스 진폭 I와 특성적 역전 시간 τ 간의 관계식 (7)을 도시한다. 실선은 Ps = 63 % 일 때 tp = τ이다(등식 (6) 참조)는 사실을 사용하여 규정된 데이터 점에 대해서 피팅된다.10 shows the relation (7) between the current pulse amplitude I and the characteristic reversal time τ. The solid line is t p = τ when P s = 63% (see equation (6)) and is fitted to the data point specified using the fact.

도 11은 [Rizzo et al, Appl. Phys. Lett. 80, 2335-37, 2002로부터의] 실제 MRAM 셀에서의 열적으로 활성화된 스위칭을 위한 다른 데이터 세트를 도시하고 있다. 기간 tp = 20 ns의 1000 개의 자계 펄스 중 성공적인 역전의 개수가 0.4 * 1.3 ㎛ 자기 터널 접합부의 자유 층의 경우에 있어서 인가된 전류 I에 대하여 플롯팅되어 있다. 각 데이터 세트는 0 내지 40 Oe에 이르는 상이한 고정 축 자계에 대한 것이다. 실선은 등식 (5) 및 (7)과 결합된 등식 (2)에 대하여 피팅되었다.11 shows Rizza et al, Appl. Phys. Lett. 80, 2335-37, 2002] shows another data set for thermally activated switching in an actual MRAM cell. Period t p The number of successful reversals among 1000 magnetic field pulses of 20 ns is plotted against the applied current I in the case of the free layer of the 0.4 * 1.3 μm magnetic tunnel junction. Each data set is for a different fixed axis magnetic field ranging from 0 to 40 Oe. Solid lines were fitted to equation (2) combined with equations (5) and (7).

실제로, 고정 축 자계는 스위칭을 위해서 필요한 자유 축 전류를 저하시키는데 사용된다. 상이한 고정 축 자계에 대해서 0 % 스위칭에서 100 % 스위칭으로의 급격한 전이를 주목하라. 달리 말하면, 측정된 확률의 변화가 디바이스의 자기 환경에서의 변화와 관련되기 때문에, 추가 정보가 반복적 측정으로부터 검색될 수 있다.In practice, a fixed shaft magnetic field is used to lower the free axis current required for switching. Note the rapid transition from 0% switching to 100% switching for different fixed axis magnetic fields. In other words, since the change in the measured probability is related to the change in the magnetic environment of the device, additional information can be retrieved from the iterative measurement.

요약하면, 지금까지 서술된 실시예들은 단일 센서 또는 다수의 펄스에 노출된 센서의 어레이에 대한 반복적 측정을 포함하였다. 이는 온 칩 전력 핀 테스트에 바로 적용될 수 있다. 이러한 특징은 모든 MRAM 기술과 완벽하게 양립하며 실제로 어떠한 비용도 들지 않고 추가될 수 있다.In summary, the embodiments described so far have included repeated measurements on an array of sensors exposed to a single sensor or multiple pulses. This can be applied directly to on-chip power pin test. This feature is fully compatible with all MRAM technologies and can be added at virtually no cost.

도 12는 자기 로직을 설명한다.12 illustrates magnetic logic.

자기 저항(MR) 소자는 그 기능이 배선에 의해서 고정되는 트랜지스터 기반 로직 소자의 강성한 아키텍처에 비해서 개선된 로직 능력을 제공한다. 프로그램가능한 자기 로직 디바이스는 현재 자기학 분야에서 인기 있는 주제가 되고 있다. 자계 감지 방식과 관련하여 지금까지 기술된 원리들은 자기 로직에 적용될 수 있다. 센서 원리는 (추가) 자계가 디지털 자기 센서가 트리거될 때에 디지털 자기 센서의 상태의 변화의 유무를 결졍할 수 있다는 사실을 기반으로 하고 있다. 달리 말하면, 상태의 변화가 검출될 수 있거나 아니면 검출되지 않을 수도 있다. 트리거 기능은 원칙적으로 MRAM에서 사용되는 프로그램 연산과 동일한 짧은 여기 펄스이다. 센서 그 자체가 MRAM 소자일 수 있다.Magnetoresistive (MR) devices provide improved logic capabilities over the rigid architecture of transistor-based logic devices whose functions are fixed by wiring. Programmable magnetic logic devices are now a popular topic in the field of magnetics. The principles described so far with respect to the magnetic field sensing scheme can be applied to magnetic logic. The sensor principle is based on the fact that the (additional) magnetic field can determine the presence or absence of a change in the state of the digital magnetic sensor when the digital magnetic sensor is triggered. In other words, a change in state may or may not be detected. The trigger function is, in principle, the same short excitation pulse as the program operation used in MRAM. The sensor itself may be an MRAM device.

이러한 개념은 가령 전류 라인에 의해서 유발되는 다수의 입력, 즉 자계에 대해서 일반화될 수 있다. 이는 이른바 가산 모드에 대해서 도 12에 도시되어 있다. 몇 개의 다른 변경이 가능하다.This concept can be generalized to multiple inputs, eg magnetic fields, caused by current lines. This is shown in Fig. 12 for the so-called addition mode. Several other changes are possible.

도 12의 실례에서, 총 자계 H가 스위칭을 위해서 자유 축(EA)에서의 소정의 고정된 성분과 함께 고정 축(HA)에서 요구된다고 가정하자. AND 기능의 경우에, 고정 축에서의 여기 펄스는 오직 H/3인 반면에, 자유 축에서의 성분은 표준프로그램 펄스와 동일하다고 가정하자. 입력 변수 A 및 B 각각이 감지 소자에서 3/H의 크기의 추가 자계를 유도하는 전류를 가질 때에, 양 변수 모두가 존재하여야 상태 변화가 발생하며, 양 변수 중 하나라도 존재하지 않으면 상태 변화는 발생하지 않는다. 사실상, 이는 변수 A 및 B의 AND 함수의 실현이다. 이 로직 셀을 OR 기능으로 변화시키기 위해서, 고정 축에서의 여기 펄스가 대략 2H/3으로 변화되고 이로써 변수 A 및 B 중 어느 하나만 존재하면 로직 셀이 전자기적으로 여기될 때에 상태 변화를 유도하기에 충분하다.In the example of FIG. 12, suppose that the total magnetic field H is required in the fixed axis HA together with some fixed component in the free axis EA for switching. In the case of the AND function, assume that the excitation pulse on the fixed axis is only H / 3, while the component on the free axis is the same as the standard program pulse. When each of the input variables A and B has a current that induces an additional magnetic field of size 3 / H in the sensing element, a state change occurs when both variables exist, or a state change occurs when neither of the variables exists. I never do that. In fact, this is the realization of the AND function of variables A and B. To change this logic cell to the OR function, the excitation pulse on the fixed axis is changed to approximately 2H / 3 so that only one of variables A and B is present to induce a state change when the logic cell is electromagnetically excited. Suffice.

NAND 기능 및 NOR 기능은 상태 변화를 상이하게 해석함으로써 실현될 수 있다. 달리 말하면, NAND 기능은 로직 <1>이 상태 변화 없음을 나타내는 AND 기능이다. 이 로직은 토글 MRAM 개념으로 구현될 수 있다. 이 개념의 장점은 동일한 여기 펄스가 하이 상태와 로우 상태 간을 스위칭하는데 사용될 수 있으며, 통상적인 MRAM에서는 필요한 양방향성이 더 이상 필요하지 않다는 것이다. 그러므로, 이러한 상태 변화 검출 원리가 선호된다.The NAND function and the NOR function can be realized by interpreting state changes differently. In other words, the NAND function is an AND function in which logic <1> indicates no state change. This logic can be implemented in the concept of toggle MRAM. The advantage of this concept is that the same excitation pulse can be used to switch between a high state and a low state, and the bidirectionality required in conventional MRAM is no longer needed. Therefore, this state change detection principle is preferred.

여러 로직 기능들이 사전 설정된 상태(표 1)를 포함함으로써 더 적응될 수 있으며, 이로써 여기 동안의 가능한 상태 변화로 인해서 로직 출력, 즉 <0> = 로우 R, <1> = 하이 R을 직접적으로 반영하는 출력이 생성된다. 사전 설정된 상태 0/1로 인해서 도 12에 도시된 바와 같은 '로우' 여기 펄스에 대해서는 AND/NAND 기능이 생성되며, 사전 설정된 상태 0/1로 인해서 도 12에 도시된 바와 같은 '하이" 여기 펄스에 대해서는 OR/NOR 기능이 생성된다.Several logic functions can be further adapted by including a preset state (Table 1), which directly reflects the logic output, i.e., <0> = low R, <1> = high R due to possible state changes during excitation. Output is generated. An AND / NAND function is generated for a 'low' excitation pulse as shown in FIG. 12 due to the preset state 0/1, and a 'high' excitation pulse as shown in FIG. 12 due to the preset state 0/1. For, OR / NOR functions are created.

Figure 112006083766167-PCT00008
Figure 112006083766167-PCT00008

Figure 112006083766167-PCT00009
Figure 112006083766167-PCT00009

표 1은 AND 또는 OR 타입과 같은 로직 연산을 사전 설정 상태가 설정하는 방식을 도시하고 있다.Table 1 shows how the preset state sets logic operations, such as AND or OR types.

지금까지 유사한 자계 방향을 산출하는 입력 전류 라인들이 가정되었다. 로직 EXOR 기능과 같은 다른 기능들이 전류의 극성 의존을 포함함으로써 구현될 수 있다. EXOR 기능은 동일한 입력에 대해서는 <0>이며 상이한 입력에 대해서는 <1>이다. 구현의 실례는 디지털 자기 센서에서 고정 축 성분을 생성하도록 배향된, 상이한 전류 방향을 갖는 2 개의 병렬 전류 라인 A 및 B을 사용함으로써 이루어진다. 이러한 실례는 로직 AND 게이트 및 OR 게이트의 경우인 도 12에 도시된 기하 구조와 비교된다. 이로써, 양 전류 레벨이 동일하면(전류 있음 또는 전류 없음), 디지털 자기 센서에서 생성되는 자계는 실제적으로 제로가 될 것이다. 양 전류 중 오직 하나만 존재하면, 적합한 고정 축 자계 성분이 실현되어서 전자기 여기 펄스가 디지털 자기 센서를 스위칭하는데 있어서 보조하기에 충분할 것이다. 입력 신호와 여기 신호의 상승 에지 및 하강 에지가 중첩하면 타이밍 문제가 발생할 것이다.Thus far, input current lines have been assumed that yield similar magnetic field directions. Other functions, such as the logic EXOR function, can be implemented by including polarity dependence of current. The EXOR function is <0> for the same input and <1> for different inputs. An example of implementation is by using two parallel current lines A and B with different current directions, oriented to produce a fixed axis component in a digital magnetic sensor. This example is compared with the geometry shown in FIG. 12, which is the case for logic AND gates and OR gates. Thus, if both current levels are the same (with or without current), the magnetic field produced by the digital magnetic sensor will actually be zero. If only one of both currents is present, a suitable fixed axis magnetic component will be realized so that an electromagnetic excitation pulse will be sufficient to assist in switching the digital magnetic sensor. If the rising and falling edges of the input signal and the excitation signal overlap, timing problems will occur.

변수 A 및 B는 서로 평행하거나, 서로 직교하거나, 서로 45도로 교차하는 2 개의 상이한 전류 라인일 수 있다. 2 개의 구현의 실례가 도 13에 도시되지만 이는 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 또한, 이러한 입력 라인들은 프로그램 라인 및 판독 라인을 포함하는 MRAM 셀, 즉 디지털 센서의 위 및/또는 아래에 배치될 수 있다. MRAM 기능이 CMOS 후방 단부에서 구축되면, 인접하는 금속 층들이 변수 A 및 B를 나타내는 입력 로직 신호를 2 개의 레벨 중 어느 하나를 갖는 전류의 형태로 제공하는데 사용될 수 있다. 일반적으로, 2 개 이상의 입력 전류 라인들이 고려될 수 있으며, 상이한 전류 라인에서의 다수의 전류 레벨 또는 극성도 고려될 수 있다.Variables A and B can be two different current lines that are parallel to each other, orthogonal to each other, or cross each other at 45 degrees. Examples of two implementations are shown in FIG. 13, but this is not a limitation of the present invention. In addition, these input lines may be disposed above and / or below an MRAM cell, ie, a digital sensor, including a program line and a read line. Once the MRAM function is built at the CMOS back end, adjacent metal layers can be used to provide input logic signals representing variables A and B in the form of a current having either of two levels. In general, two or more input current lines may be considered, and multiple current levels or polarities in different current lines may also be considered.

이제 본 발명에 대한 요약 및 평가를 하고자 한다.It is now intended to summarize and evaluate the present invention.

본 발명은 테스트 하의 자계의 세기를 감지하는 센서에 관한 것이며, 이 센서는 센서 소자 및 상기 센서 소자의 저항을 검출하는 검출 회로를 포함하고,상기 센서 소자의 저항의 레벨은 상기 테스트 하의 자계와 함께 변하며, 상기 센서 소자의 저항의 레벨의 변화는 히스테리시스를 가지며, 이로써 전자기 여기가 발생하면 상기 센서 소자의 저항은 상기 테스트 하의 자계가 변함에 따라서 2 개 이상의 안정된 레벨 간에서 스위칭되고, 상기 센서는 상기 저항의 레벨에 따라서 디지털 신호를 출력한다. 여기서, 센서 출력은 전자기 여기 시에 상태의 변화의 관점에서 해석될 수 있다. 이 센서가 자기 메모리 셀과는 상이한 특성을 더 이상 필요로 하지 않기 때문에, 아날로그 센서보다 자기 메모리 셀과 함께 집적되는 것이 용이해진다. 전자기 여기 신호는 센서 소자의 저항이 스위칭되는 테스트 하의 자계에 대한 임계치를 변화시킬 수 있으며, 이로써 여러 상이한 임계치에 대해서 일련의 다수의 측정이 가능해진다. 다수의 센서 소자의 기하 구조 또는 크기를 상이하게 함으로써 다수의 센서 소자는 여러 상이한 임계치를 갖는다. 이 센서는 전류 감지 및 다수의 입력 전류가 감지되는 프로그램가능한 자기 로직 회로에서 사용된다. 임계치를 변환시킴으로써 로직 연산이 AND 연산과 OR 연산 간에서 변경될 수 있다. The present invention relates to a sensor for sensing the strength of a magnetic field under test, the sensor comprising a sensor element and a detection circuit for detecting a resistance of the sensor element, the level of the resistance of the sensor element together with the magnetic field under test. And the change in the level of the resistance of the sensor element has hysteresis, whereby when the electromagnetic excitation occurs, the resistance of the sensor element is switched between two or more stable levels as the magnetic field under test changes. The digital signal is output in accordance with the resistance level. Here, the sensor output can be interpreted in terms of the change of state during electromagnetic excitation. Since the sensor no longer requires a different characteristic than the magnetic memory cell, it becomes easier to integrate with the magnetic memory cell than the analog sensor. The electromagnetic excitation signal can change the threshold for the magnetic field under test in which the resistance of the sensor element is switched, thereby enabling a series of multiple measurements for several different thresholds. By differentiating the geometry or size of the plurality of sensor elements, the plurality of sensor elements have several different thresholds. This sensor is used in programmable magnetic logic circuits where current sensing and multiple input currents are sensed. By converting the threshold, logic operations can be changed between AND and OR operations.

상술된 실시예에 대한 다른 변경이 다음의 청구 범위의 범위 내에서 본 발명의 당업자에게 가능하다.Other changes to the embodiments described above are possible to one skilled in the art within the scope of the following claims.

Claims (22)

테스트 하의 자계의 세기를 감지하는 센서로서, A sensor that detects the strength of a magnetic field under test, 센서 소자 및 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 검출하는 검출 회로를 포함하고,A detection circuit for detecting a level of resistance of the sensor element and the sensor element, 상기 센서 소자의 저항의 레벨은 상기 테스트 하의 자계에 따라 변하며, The level of resistance of the sensor element varies with the magnetic field under the test, 상기 센서 소자의 저항의 레벨의 변화는 히스테리시스(hysteresis)를 가지며, 이로써 전자기 여기(electromagnetic excitation)가 발생하면 상기 센서 소자의 저항은 상기 테스트 하의 자계가 변함에 따라서 2 개 이상의 안정된 레벨 간에서 스위칭될 수 있고, 상기 센서는 상기 저항의 레벨에 따라서 디지털 신호를 출력하는The change in the level of resistance of the sensor element has hysteresis, whereby when electromagnetic excitation occurs, the resistance of the sensor element can be switched between two or more stable levels as the magnetic field under the test changes. And the sensor outputs a digital signal according to the level of the resistance. 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서 소자의 저항의 레벨과 이전의 레벨을 비교하여 그 비교 결과에 따라서 디지털 신호를 출력하는Comparing the previous level with the resistance level of the sensor element and outputting a digital signal according to the comparison result 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 감지 단계 이전에 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 초기화하는 회로를 구비한A circuit for initializing the level of resistance of the sensor element prior to the sensing step 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 적어도 하나의 전자기 여기 신호를 상기 센서 소자에 제공하는 회로를 갖는Having a circuit for providing at least one electromagnetic excitation signal to said sensor element 센서.sensor. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 스위칭 다운 또는 스위칭 업하기 위해 상이한 전자기 여기의 모드 간에서 모드를 선택하고 모드를 변경하는 회로를 구비한With circuitry for selecting and changing modes between modes of different electromagnetic excitation to switch down or switch up the level of resistance of the sensor element. 센서.sensor. 제 4 항에 있어서,The method of claim 4, wherein 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 스위칭 업하고 스위칭 다운하는 동일한 전 자기 여기 신호를 제공하는 회로를 구비한With circuitry providing the same electroexcitation signal that switches up and down the level of resistance of the sensor element. 센서. sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센서 소자의 저항이 스위칭되는 상기 테스트 하의 자계에 대한 임계치를 변화시키는 수단을 구비한Means for changing a threshold for the magnetic field under test at which the resistance of the sensor element is switched 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테스트 하의 자계에 대한 여러 상이한 임계치로 일련의 측정을 수행하는To perform a series of measurements with several different thresholds for the magnetic field under test 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테스트 하의 자계에 대한 여러 상이한 임계치를 갖는 다수의 센서 소자를 구비한With multiple sensor elements having several different thresholds for the magnetic field under said test 센서.sensor. 제 9 항에 있어서,The method of claim 9, 상기 다수의 센서 소자는 상이한 기하 구조 또는 크기를 갖는The plurality of sensor elements have different geometries or sizes 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테스트 하의 자계의 극성을 검출하는To detect the polarity of the magnetic field under test 센서.sensor. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 테스트 하의 자계가 임계치를 초과하면 스위칭되거나,When the magnetic field under test exceeds a threshold, or 상기 테스트 하의 자계가 임계치 이하이면 스위칭되는Is switched if the magnetic field under test is below a threshold 센서.sensor. 제 1 항에 따른 센서를 구비하여 도전체 내의 전류에 의해 유발된 자계를 감지하는 전류 센서.A current sensor comprising a sensor according to claim 1 for sensing a magnetic field caused by a current in a conductor. 자기 로직 회로(magnetic logic circuit)로서,Magnetic logic circuit, 로직 입력을 나타내는 전류를 운반하는 2 개 이상의 입력 도전체와,Two or more input conductors carrying current representing a logic input, 상기 전류를 감지하는 제 13 항에 따른 전류 센서를 구비하고,The current sensor according to claim 13 for detecting the current, 상기 전류 센서의 출력 값은 상기 로직 입력에 대한 로직 연산의 결과를 나타내는The output value of the current sensor indicates the result of a logic operation on the logic input. 자기 로직 회로.Magnetic logic circuit. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 전류 센서는 상기 로직 연산의 타입을 변경하도록 변화될 수 있는 전자기 여기 신호를 제공하는 회로를 구비한The current sensor includes circuitry for providing an electromagnetic excitation signal that can be changed to change the type of logic operation. 자기 로직 회로. Magnetic logic circuit. 제 15 항에 있어서,The method of claim 15, 상기 센서 소자의 저항의 레벨을 스위칭 업 또는 스위칭 다운하기 위해 동일한 전자기 여기 신호를 사용하는Using the same electromagnetic excitation signal to switch up or down the level of resistance of the sensor element 자기 로직 회로.Magnetic logic circuit. 제 14 항에 있어서,The method of claim 14, 상기 로직 연산은 AND 연산, OR 연산, NAND 연산, NOR 연산 또는 이들의 조합 중 어느 하나를 포함하는The logic operation includes any one of an AND operation, an OR operation, a NAND operation, a NOR operation, or a combination thereof. 자기 로직 회로.Magnetic logic circuit. 제 13 항의 전류 센서 또는 제 14 항의 자기 로직 회로를 구비한 집적 회로.An integrated circuit comprising the current sensor of claim 13 or the magnetic logic circuit of claim 14. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 집적된 랜덤 액세스 자기 메모리 소자를 구비한With integrated random access magnetic memory devices 집적 회로.integrated circuit. 제 18 항에 있어서,The method of claim 18, 상기 집적 회로가 제 14 항에 따른 자기 로직 회로를 구비한 경우에,In the case where the integrated circuit has a magnetic logic circuit according to claim 14, 상기 센서 소자에 대해서는 CMOS 층을 사용하고 상기 로직 입력을 위한 도전체에 대해서는 인접하는 금속 층을 사용하는Using a CMOS layer for the sensor element and an adjacent metal layer for the conductor for the logic input. 집적 회로.integrated circuit. 제 18 항에 따른 집적 회로를 제조하는 방법.20. A method of manufacturing an integrated circuit according to claim 18. 제 1 항에 따른 센서를 사용하여 자계 또는 전류를 감지하는 방법.A method of sensing a magnetic field or current using the sensor according to claim 1.
KR1020067023993A 2004-05-18 2005-05-11 Digital magnetic current sensor and logic KR20070018071A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020067023993A KR20070018071A (en) 2004-05-18 2005-05-11 Digital magnetic current sensor and logic

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP04102193.2 2004-05-18
KR1020067023993A KR20070018071A (en) 2004-05-18 2005-05-11 Digital magnetic current sensor and logic

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20070018071A true KR20070018071A (en) 2007-02-13

Family

ID=43651628

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020067023993A KR20070018071A (en) 2004-05-18 2005-05-11 Digital magnetic current sensor and logic

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20070018071A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7635993B2 (en) Digital magnetic current sensor and logic
US6188615B1 (en) MRAM device including digital sense amplifiers
US7158407B2 (en) Triple pulse method for MRAM toggle bit characterization
US7619431B2 (en) High sensitivity magnetic built-in current sensor
US8493776B1 (en) MRAM with current-based self-referenced read operations
JP4660529B2 (en) Read method for double junction magnetic memory device and write method for double junction magnetic memory device
Wu et al. Characterization, modeling and test of synthetic anti-ferromagnet flip defect in STT-MRAMs
KR100988087B1 (en) Analysis Apparatus of Magnetic Random Access Memory and Analysis Method Thereof
KR101136038B1 (en) Memory cell strings
Azevedo et al. A complete resistive-open defect analysis for thermally assisted switching MRAMs
WO2005064357A2 (en) Flux guides for magnetic field sensors and memories
Robertazzi et al. Analytical MRAM test
Wu et al. Characterization, modeling, and test of intermediate state defects in STT-MRAMs
Chakraborty et al. Experimental study of adversarial magnetic field exposure attacks on toggle MRAM chips
Su et al. Testing MRAM for write disturbance fault
KR20070018071A (en) Digital magnetic current sensor and logic
Åkerman Magnetoresistive random access memory
Su et al. Write disturbance modeling and testing for MRAM
US20050007825A1 (en) Memory cell strings in a resistive cross point memory cell array
Motaman et al. Novel application of spintronics in computing, sensing, storage and cybersecurity
Shi et al. Error behaviors testing with temperature and magnetism dependency for MRAM
Mohammadi Radiation Analysis on Spin Transfer Torque Random Access Memory and Design of a Radiation Hardened Sense Circuit
Heindl et al. Validity of the thermal activation model for spin-torque switching in magnetic tunnel junctions
JP2004185698A (en) Mram and its readout method

Legal Events

Date Code Title Description
N231 Notification of change of applicant
WITN Withdrawal due to no request for examination