JP2005203791A - 軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】従来の磁気メモリの欠点を克服する超高密度の磁気メモリを提供すること。
【解決手段】本発明は、軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイス(200)を提供する。特に実施形態において、複数の平行な導電性の第１のセンス導体(218)と、複数の平行な導電性の第２のセンス導体(220)とが存在する。第１及び第２のセンス導体(218,220)はクロスポイントアレイ又は直列に接続されたアレイを提供する。軟基準磁気メモリセル(202)は各交差点と電気的に接触し、かつ各交差点に配置される。更に、第１のセンス導体(218)に実質的に近接し、かつ第１のセンス導体から絶縁される複数の平行な導電性の書込み行(222)も存在する。複数の平行な導電性の書込み列(224)は、書込み行と交差し、第２のセンス導体(220)に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体から絶縁され、複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する。
【選択図】図２Ａ

Description

本発明は、概して磁気メモリデバイスに関し、特に４導体のアーキテクチャにおいて軟磁性材料からなる基準層（soft-reference layer：以降、軟基準層と呼ぶ）を備える磁気ランダムアクセスメモリ（一般的に「ＭＲＡＭ」と呼ばれる）に関する。

今日のコンピュータシステムは益々高性能化してきており、それによりユーザが絶えず増え続ける種々のコンピューティングタスクをより高速に実行することを可能にする。メモリのサイズ及びメモリにアクセスすることができる速度が、コンピュータシステムの全体的な速度にかなり影響する。

一般的に、磁気媒体（主記憶装置または大容量記憶装置）にデータを格納することの根底をなす原理は、記憶データビットの磁化の相対的な向き（即ち、「０」又は「１」の論理状態）を変化および／または反転させる能力である。材料の飽和保磁力は、磁性粒子の磁化を減少および／または反転させるためにその粒子に加えられなければならない減磁力のレベルである。一般に、磁性粒子が小さいほど、その飽和保磁力が高くなる。

従来技術の磁気メモリセルは、トンネル磁気抵抗メモリセル（ＴＭＲ）、巨大磁気抵抗メモリセル（ＧＭＲ）、又は超巨大磁気抵抗メモリセル（ＣＭＲ）とすることができる。これらのタイプの磁気メモリは一般に、磁気トンネル接合メモリ（ＭＴＪ）と呼ばれる。図１Ａ及び図１Ｂは、２つの導体を有する代表的な従来技術の磁気メモリセルの斜視図を提供する。従来技術の図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、磁気トンネル接合メモリ１００は一般に、データ層１０１（記憶層またはビット層とも呼ばれる）と、基準層１０３と、データ層１０１と基準層１０３との間にある中間層１０５とを含む。データ層１０１、基準層１０３、及び中間層１０５は、１つ又は複数の材料層から形成され得る。導電性行導体１０７及び導電性列導体１０９によって、ＭＴＪ１００に電流および磁界を与えることができる。多くの場合に、行導体および列導体は実質的に交差する。

データ層１０１は通常、外部から１つ又は複数の磁界をかけることに応答して変更され得る磁化Ｍ２の向きとして１ビットのデータを格納する磁性材料の層である。より具体的には、論理状態を表すデータ層１０１の磁化Ｍ２の向きは、「０」の論理状態を表す第１の向きから「１」の論理状態を表す第２の向きに、及び／又はその逆に回転する（切替えられる）ことができる。

基準層１０３は通常、磁化Ｍ１の向きが所定の方向に固定されるように「ピン留め」された磁性材料の層である。その方向は、磁気メモリセルの製造時に用いられるマイクロエレクトロニクス処理ステップによって予め決定されて、確立される。

データ層１０１及び基準層１０３は、それぞれＸ軸１１１方向に長く、Ｙ軸１１３方向に短い棒磁石を積み重ねたものと見なすことができる。各層の磁化は、磁化容易軸、一般的には長いＸ軸１１１に沿って強く優先的に揃えられる。短いＹ軸１１３は一般的に磁化困難軸と呼ばれる。従来の棒磁石と同様に、データ層および基準層はそれぞれ、磁化容易軸の両方の端部に１つずつの磁極を有する。データ層および基準層を包囲する磁力線は、３次元であり、Ｎ極からＳ極に流れる。

一般に、磁気メモリセルの論理状態（「０」又は「１」）は、データ層１０１及び基準層１０３の磁化の相対的な向きに依存する。例えば、ＭＴＪ１００のデータ層１０１及び基準層１０３にわたって電位バイアスが印加される場合、中間層１０５を通ってデータ層１０１と基準層１０３との間で電子が移動する。中間層１０５は通常、一般にトンネル障壁層と呼ばれる薄い誘電体層である。障壁層を通って電子が移動する現象は、量子力学トンネル効果またはスピントンネル効果と呼ばれる場合もある。

単純な棒磁石のモデルで続けると、データ層１０１の磁化は自由に回転するが、データ層１０１の磁化容易軸１１１に沿った何れかの方向に強く優先的に揃えられる。基準層１０３も同様に磁化容易軸１１１に沿って揃えられるが、自由に回転しないように、一方向に整列した状態にピン留めされる。論理状態は、メモリセルの抵抗を測定することにより判定され得る。例えば、データ層１０１の磁化の全体的な向きが基準層１０３の磁化のピン留めされた向きに対して平行である場合には、その磁気メモリセルは低抵抗の状態になる。データ層１０１の磁化の全体的な向きが基準層１０３の磁化のピン留めされた向きに対して反平行（逆）である場合には、その磁気メモリセルは高抵抗の状態になる。

理想的な状況では、データ層１０１の変更可能な磁界の向きは、基準層１０３の磁界に対して平行または反平行の何れかになる。データ層１０１及び基準層１０３はいずれも、一般的に強磁性材料から形成され、互いに永続的に非常に接近して配置されるので、一般的により強い基準層１０３が、データ層１０１の向きに影響を及ぼす可能性がある。より具体的には、基準層１０３の磁化は、基準層１０３からデータ層１０１の中まで延びる減磁界を生成する可能性がある。

基準層１０３からのこの減磁界の結果として、飽和保磁力切替え磁界がオフセットされる。このオフセットにより、結果としてビットの切替え特性が非対称になる可能性がある。即ち、ビットを平行状態から反平行状態に切替えるために必要な切替え磁界の大きさが、そのビットを反平行状態から平行状態に切替えるために必要な切替え磁界の大きさとは異なる。信頼性のある切替え特性を達成し、かつ読出し／書込み回路を簡単にするために、このオフセットをできる限り０に近づけるように低減することが望ましい。

磁気抵抗ΔＲ／Ｒは、信号対雑音比Ｓ／Ｎと同じように説明され得る。より高いＳ／Ｎにより、結果としてデータ層のビットの状態を判定するためにセンシングされ得る信号がより強くなる。従って、データ層に非常に接近して固定される、ピン留めされた基準層を有するトンネル接合メモリセルの少なくとも１つの欠点は、角変位に起因して磁気抵抗ΔＲ／Ｒが減少する可能性があることである。

製造中に基準層をピン留めするために、基準層はアニーリング工程中に高温まで加熱されなければならない。アニーリング工程は一般に、おそらく１時間以上の時間を要する。基準層は製造されているメモリのほんの一部であるので、一般にメモリ全体が、一定かつ集中した磁界の影響下で、約２００〜３００℃の範囲の温度にさらされる。そのような製造時のストレスによって、メモリが後に高温にさらされる場合に、基準層がピン留めされなくなり、その設定された向きを失う可能性がある。さらに、データ層の特性が、いくつかの製造プロセス中の熱によって知らず知らずに影響を受ける場合もある。

有効ではあるが、格納されたビットを読み出すプロセスは、やや望ましくない。一般に、任意のＭＴＪ１００のために行１０７及び列１０９が選択され、センス電流が加えられ、抵抗が測定されて、初期状態として記録される。次に、より大きな書込み電流が加えられて、データ層１０１が既知の向きに向けられる。その後、センス電流が再び加えられて、抵抗が再び測定される。次いで、既知の向きから判定された値が、初期状態からの値と比較される。その値は同じであるか、又は異なるかの何れかであり、それによりデータ値を判定することが可能になる。初期位置が既知の向きと反対であると判定された場合のように、必要に応じて、書き戻しを実行して元の初期値を復元することができる。このプロセスは二重サンプリングとして知られており、第１のサンプリングが初期の読出しであり、第２のサンプリングが、既知の向きを書き込んだ後の読出しである。

冗長サンプリングの多数の変形態様が、二重サンプリングとともに実行され得る。しかしながら、潜在的なマイナス面は変更されないままであり、データ層１０１に格納される値を判定するために、データ層１０１の値を変更する必要がある。そのような変更によって、データの汚染に繋がる重大な恐れが生じ、反復的なセンス及び書込み動作中に誤りが生じることもある。

センス動作はＭＴＪ１００への要求および負担は小さいが、ＭＴＪ１００の物理的な設計は一般に、センス及び書込みの両方の動作が同じ行導体１０７及び列導体１０９を用いて実行されるように、書込みプロセスによって強いられるストレスによって決定される。書込み磁界は一般に、行導体１０７及び列導体１０９に印加される電流によって生成され、それらの導体はＭＴＪ１００と電気的に接触しているので、ＭＴＪ１００は印加される電流に耐えるほど十分に頑強であることが望ましい。従って、設計および製造上の問題は一般に、より大きい電流と磁界、より高い印加電圧、電源、行導体１０７及び列導体１０９におけるより頑強な特性、並びに適切なバッファリング空間などの、書込み動作によって課せられる要件に集中している。

磁気メモリの構成要素に関しては、サイズが小さくなると、飽和保磁力が増加することがよく知られている。飽和保磁力が大きくなると、より大きな磁界を切替える必要があり、それにより、より大きな電源、及び潜在的により大きなスイッチングトランジスタを必要とするので、一般的には望ましくない。大きな電源および大きなスイッチングトランジスタを設けることは一般に、必要な構成要素のサイズを小さくするというナノテクノロジの主眼に反している。さらに、隣接するメモリセルを偶発的に切替える可能性を減らすために、ナノメートルスケールのメモリセルは一般に、ナノメートルスケールでない大きなサイズのメモリセルよりも、その全体サイズに対してより広い間隔をおいて配置される。さらに、磁気メモリのサイズが小さくなると、個々のメモリセル間の未使用空間が大きくなる傾向がある。

さらに、一般的なＭＲＡＭアレイでは、単にセル間に物理的なバッファを設けるために、かなりの量の全体空間が使用される可能性がある。このバッファリング空間をなくすか、又はなくさないまでもその割合を小さくすることにより、同じ物理的な空間内により大きな記憶容量を与えることができる。

読出し電流対書込み電流の問題、導体および電源の頑強性の問題、サイズを縮小すると、飽和保磁力が増加して、それに応じて磁界が大きくなるという問題、並びに磁気メモリセルの現在の設計に関する問題は、磁界センサの設計および使用にも引き継がれる。磁界センサは、ハードドライブ読取りセル及び読取りヘッドに一般的に使用される。そのような具現化態様では、データ層１０１はセンス層と呼ばれ、読取りヘッドに近接する記憶ビットから放出される磁界によって向きを設定される。

従って、上記で明らかにされた欠点のうちの１つ又は複数を克服する超高密度の磁気メモリが必要とされている。本発明はとりわけこの目的を達成する。

本発明は、軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイスを提供する。

特に、単なる例示のために、本発明の実施形態によれば、本発明は、軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイスを提供し、その磁気メモリデバイスは、複数の平行な導電性の第１のセンス導体と、第１のセンス導体と交差して、それにより複数の交差点を有するセンスクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の第２のセンス導体と、複数の軟基準磁気トンネル接合メモリセルであって、各セルが第１のセンス導体と第２のセンス導体と電気的に接触し、かつ第１のセンス導体と第２のセンス導体の交差点に配置され、前記メモリセルが変更可能な磁化の向きを有する材料を含む、複数の軟基準磁気トンネル接合メモリセルと、第１のセンス導体に実質的に近接し、かつ第１のセンス導体から絶縁される複数の平行な導電性の書込み行と、書込み行と交差し、第２のセンス導体に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体から絶縁され、それにより複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の書込み列とを含む。

さらに、本発明の実施形態によれば、本発明は、軟基準４導体の磁気メモリセルを提供することができ、その磁気メモリセルは、変更可能な磁化の向きによって特徴付けられる少なくとも１つの強磁性データ層と、データ層と接触している中間層と、データ層と向かい合って中間層と接触しており、ピン留めされない磁化の向きを有し、データ層よりも飽和保磁力が小さい少なくとも１つの強磁性軟基準層と、中間層と向かい合って軟基準層と電気的に接触している少なくとも１つの第１のセンス導体と、中間層と向かい合ってデータ層と電気的に接触している少なくとも１つの第２のセンス導体と、第２のセンス導体に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体から絶縁される少なくとも１つの書込み列導体と、第１のセンス導体に実質的に近接し、かつ第１のセンス導体から絶縁される少なくとも１つの書込み行導体とを含む。

さらに別の実施形態において、本発明は、複数の軟基準４導体の磁気メモリセルを有する磁気メモリ記憶デバイスのデータ値を非破壊的に判定する方法を提供することができ、各セルが軟基準層と、前記セルと電気的に接触している１組のセンス導体と、前記セルから絶縁される１組の書込み導体とを含んでおり、その方法は、所与の磁気メモリセルを選択すること、少なくとも１つのセンス導体に初期センス電流を与えること、所与のメモリセルに近接する初期センス磁界を生成すること、軟基準層を初期センス磁界の向きにオンザフライでピン留めすること、所与のセルの初期抵抗値を測定すること、初期抵抗値を格納すること、所与のメモリセルに近接して第２の既知のセンス磁界を生成し、軟基準層を第２の既知の向きに配向すること、軟基準層が第２の既知の向きにある場合に所与のセルの第２の抵抗値を測定すること、第２の抵抗値を基準抵抗として格納すること、初期抵抗値と基準抵抗値とを比較すること、及び比較された状態に関連する論理レベルをもたらすことを含む。

好適な装置および方法に関するこれらの、並びに他の特徴および利点は、本発明の原理を一例として示す添付図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになるであろう。

本発明によれば、上記で明らかにされた欠点のうちの１つ又は複数を克服する超高密度の磁気メモリが提供される。

詳細な説明に進む前に、本発明が、特定タイプのコンピュータシステム、オペレーティングシステム、或いは不揮発性の主記憶装置または補助記憶装置とともに使用または適用することに限定されないことは理解されたい。従って、本発明は、説明の便宜のために、代表的な例示的な実施形態に関して図示および説明されるが、本発明は他のタイプのコンピュータシステム、オペレーティングシステム、及び不揮発性メモリにも適用され得ることは理解されるであろう。

ここで図面を、特に図２Ａを参照すると、本発明の一実施形態による、少なくとも１つの軟基準メモリセル２０２及び４つの導体を有する磁気メモリ２００の一部が示される。少なくとも１つの実施形態では、磁気メモリセル２０２は、少なくとも１つの第１のセンス導体２１８と、少なくとも１つの第２のセンス導体２２０と、少なくとも１つの書込み行導体２２２と、少なくとも１つの書込み列導体２２４とを有する軟基準磁気メモリトンネル接合（ＭＴＪ）メモリセルである。

軟基準磁気メモリセル２０２自体は、強磁性データ層２１２と、中間層２１４と、強磁性軟基準層２１６とを有する。強磁性データ層２１２によって、１ビットのデータを磁化Ｍ２の変更可能な向きとして格納することが可能になる。中間層２１４は、その第１の面と接触しているデータ層２１２が、中間層２１４の第２の面と接触している軟基準層２１６と直接的に位置合わせされ、かつ実質的に均一な間隔で配置されるような、対向する面を有する。軟基準層２１６は、磁化Ｍ１の向きがピン留めされないこと、及び飽和保磁力がデータ層２１２よりも低いことを特徴とする。

強磁性データ層２１２及び軟基準層２１６は、以下に限定はしないが、ニッケル鉄（ＮｉＦｅ）、ニッケル鉄コバルト（ＮｉＦｅＣｏ）、コバルト鉄（ＣｏＦｅ）、及びそのような金属の合金を含む材料から作成され得る。さらに、軟基準層２１６及びデータ層２１２は多数の材料層から形成されることができる。しかしながら、概念を簡略化し、説明を容易にするために、本明細書では各層の構成要素が単一の層として説明される。

図示されるように、少なくとも１つの第１のセンス導体２１８が、中間層２１４と向かい合って軟基準層２１６と電気的に接触している。少なくとも１つの第２のセンス導体２２０は、中間層２１４と向かい合ってデータ層２１２と電気的に接触している。さらに、磁気メモリ２００は、第１のセンス導体２１８に実質的に近接し、かつ第１のセンス導体２１８から絶縁される少なくとも１つの書込み行導体２２２と、第２のセンス導体２２０に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体２２０から絶縁される少なくとも１つの書込み列導体２２４とを有する。尚、上述のように軟基準層および４つの導体を備える構成の磁気メモリセル（軟基準磁気メモリセル）からなる記憶デバイスを、本明細書では軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイスと呼ぶことにする。

図２Ｂに示される少なくとも１つの代替の実施形態では、軟基準層２１６は第１のセンス導体２１８と、第１のセンス導体を完全に包囲し、本明細書において被覆された第１のセンス導体と呼ばれる強磁性被覆された第１のセンス導体２１８を形成する強磁性クラッディング２２６とからなる。中間層２１４が軟基準層２１６と接触している。少なくとも１つの強磁性データ層２１２が、軟基準層と向かい合って中間層と接触している。第２のセンス導体２２０が、中間層２１４と向かい合ってデータ層２１２と接触している。少なくとも１つの書込み列導体２２４が、第２のセンス導体に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体から絶縁される。少なくとも１つの書込み行導体２２２が、書込み列導体２２４と向かい合って軟基準層２１６に実質的に近接し、かつ軟基準層２１６から絶縁される。

適切な製造環境下で、クラッディング２２６と実質的に同じ材料からなる強磁性キャップ２２８が中間層２１４と接触してもよい。キャップ２２８が設けられる場合、第１のセンス導体２１８のクラッディング２２６及びキャップ２２８は、実質的に一体化された総体として機能する。特に、キャップ２２８は任意である。少なくとも１つの実施形態では、別個のキャップ２２８は設けられず、クラッディング２２６が中間層２１４と直に接触する。

さらに、クラッディング２２６は、そのクラッディングの、中間層２１４、又は存在する場合にはキャップ２２８と接触している部分に沿ってより薄い部分を含む、調整された厚みを有する。クラッディング２２６は、そのクラッディングの、中間層２１４、又は存在する場合にはキャップ２２８と接触していない部分に沿ってより厚い部分を有する。クラッディング２２６は、以下にさらに十分に説明されるように、第１のセンス導体２１８によって生成される磁界を実質的に包含するための役割を果たす。

図３Ａ及び図３Ｂの両方に示されるように、書込み行導体２２２及び書込み列導体２２４の絶縁は、物理的な間隔によって達成され得る。適切な環境下で、そのような絶縁は、誘電体のような材料を用いて達成されてもよい。

図３Ａは、磁気メモリ２００のより大きな部分を概念的に示しており、この場合、ＭＴＪセル２０２、３００、３０２、３０４が、複数の第１のセンス導体（２１８、３０６）及び複数の第２のセンス導体（２２０、３０８、３１０）によって直列に接続される。図示されるように、複数の平行な導電性の書込み行導体２２２、３１４、３１６及び３１８は、第１のセンス導体２１８及び３０６に実質的に近接して配置され、かつ第１のセンス導体２１８及び３０６から絶縁される。

書込み行２２２、３１４、３１６、３１８を横切る複数の平行な導電性書込み列２２４が、第２のセンス導体２２０、３０８及び３１０に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体２２０、３０８及び３１０から絶縁される。より具体的には、少なくとも１つの実施形態では、書込み行２２２は書込み列２２４を横切る。従って、書込み列および行は、複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する。図３Ａは簡単な側面図であるので、書込み列導体２２４のみが示される。

直列に配列される場合、第１及び第２のセンス導体は十分に薄く、ちょうどＭＴＪセル２０２の幅の２倍を超える長さを有することができる。少なくとも１つの実施形態では、第１及び第２のセンス導体はタンタルから製造される。各センス導体は前部３２０及び後部３２２を有するものとして示され得る。第１及び第２のセンス導体は、第１のセンス導体３０６の前部３２０が第２のセンス導体３０８の後部３２２と重なるように、垂直方向に位置合わせされ、かつ水平方向に間隔をおいて配置される。

同様に、第１のセンス導体２１８の後部３２２は、第２のセンス導体３０８の前部３２０と重なる。それに応じて、前部と後部とが重なり合う各場所に１つずつ、複数のＭＴＪセルが配置される。また、それぞれの軟基準ＭＴＪセルの配置は、書込みクロスポイントアレイの交差点とも実質的に位置合わせされる。

図３Ｂは、磁気メモリ２００のより大きな部分を概念的に示しており、この場合、複数のＭＴＪセル２０２、３４０、３４２及び３４４がクロスポイントアレイに配列される（図４を参照されたい）。図示されるように、クロスポイントアレイ４００は、複数の平行な導電性の第１のセンス導体２１８、３３２、３３４及び３３６を含む。複数の導電性の第２のセンス導体２２０が第１のセンス導体の下方に配置され、第１のセンス導体を横切り、それにより複数の交差点を有するセンスクロスポイントアレイが形成される。少なくとも１つの実施形態では、第２のセンス導体２２０は第１のセンス導体２１８、３３２、３３４及び３３６を横切る。複数の軟基準ＭＴＪセル２０２、３４０、３４２及び３４４が設けられる。各セルはそれぞれ、所与の第１のセンス導体および所与の第２のセンス導体と電気的に接触しており、かつそれらのセンス導体の交差点に配置される。

複数の導電性書込み行２２２、３４６、３４８及び３５０が、第１のセンス導体２１８、３３２、３３４及び３３６に実質的に近接して配置され、かつ第１のセンス導体２１８、３３２、３３４及び３３６から絶縁される。複数の導電性書込み列２２４が、第２のセンス導体２２０に実質的に近接して配置され、かつ第２のセンス導体２２０から絶縁される。さらに、書込み列は書込み行を実質的に横切り、それにより複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する。それぞれの軟基準ＭＴＪセル２０２、３４０、３４２及び３４４の配置は、書込みクロスポイントアレイの交差点と実質的に位置合わせされる。

図４は、図３Ｂに示されたセンス及び書込みクロスポイントアーキテクチャの部分斜視図である。ＭＴＪ３４０及び３４０’の構成要素の構造は、ＭＴＪ２０２と同様である。図示されるように、第１のセンス導体２１８及び３３２は、書込み行導体２２２及び３４６に実質的に平行であり、第２のセンス導体２２０及び２２０’は、書込み列導体２２４及び２２４’に実質的に平行である。この構成は概念的な例示を容易にするために提供されており、適切な状況下では、これらの平行関係は用いられなくてもよいことは理解されたい。さらに、第１及び第２のセンス導体、並びに書込み行導体および書込み列導体の取り決めは、本明細書の説明を容易にするために選択されている。

ＭＴＪ２０２に抵抗を生じさせる現象は、磁気メモリの技術分野においてよく理解されており、ＴＭＲメモリセルに関してよく理解されている。ＧＭＲ及びＣＭＲメモリセルは類似の磁気的挙動を有するが、電気伝導の仕組みが異なるので、それらの磁気抵抗は異なる物理的効果から生じる。例えば、ＴＭＲベースのメモリセルでは、その現象は量子力学的トンネル効果またはスピン依存トンネル効果と呼ばれる。ＴＭＲメモリセルでは、中間層２１４は、電子がデータ層２１２と軟基準層２１６との間で量子力学的に突き抜ける誘電体材料からなる薄い障壁である。

ＧＭＲメモリセルでは、中間層２１４は非磁性であるが、導電性の材料からなる薄いスペーサ層である。ここで、伝導は、中間層２１４を通ってデータ層２１２と軟基準層２１６との間で移動する電子のスピン依存散乱である。どちらにしても、データ層２１２と軟基準層２１６との間の抵抗は、磁界Ｍ１及びＭ２の相対的な向きに依存して増減する。データ層２１２が「０」の論理状態を格納しているか、又は「１」の論理状態を格納しているかを判定するために、抵抗の差がセンシング（検出）される。

少なくとも１つの実施形態では、中間層２１４は、データ層２１２を軟基準層２１６から分離し、かつ絶縁する絶縁性材料（誘電体）から作成されるトンネル層である。誘電体中間層２１４に適した誘電体材料は、以下に限定はしないが、酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ_ｘ）、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ_ｘ）及び酸化タンタル（ＴａＯ_ｘ）を含むことができる。

少なくとも１つの他の実施形態では、中間層２１４は、元素の周期表に列挙される、３ｄ、４ｄ又は５ｄ遷移金属材料のような非磁性材料から作成されるトンネル層である。非磁性の中間層２１４に適した非磁性材料は、以下に限定はしないが、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）及び銀（Ａｇ）を含むことができる。中間層２１４の実際の厚みは、中間層２１４を形成するために選択される材料および所望のトンネルメモリセルのタイプに依存するが、概して中間層２１４は、約０．５ｎｍ〜約５．０ｎｍの厚みを有することができる。

上述したように、軟基準層２１６がそのように呼ばれるのは、磁化Ｍ１の向きが既知の方向に動的に設定され得るためである。そのような動的な設定は、外部から供給される電流が少なくとも１つのセンス導体を流れることによって与えられる１つ又は複数の磁界により達成され得る。例えば、図３Ａに示される直列の構成のような適当な状況下では、動的な設定は、外部から供給される電流が少なくとも１つの書込み導体を流れることによって与えられる１つ又は複数の磁界により達成され得る。

軟基準層の使用は、ＭＴＪ２０２においていくつかの有利な利点を有する。軟基準層では向きが実質的に固定されないので、固定された基準層を確立するために多くの場合に必要とされるような、製造中にＭＴＪ２０２を高温にさらす必要がないかもしれない。さらに、基準層内に本質的な一定の磁界が存在しないことにより、基準層からの減磁界がデータ層に作用する可能性が小さくなり、かくして飽和保磁力切替え磁界のオフセットが減少する。

２つがセンシング用として、２つが書込み用としてグループ化された４つの導体を用いることにより、従来技術よりも優れたいくつかの利点が提供される。書込み動作は、データ層２１２の飽和保磁力を克服し、かつその磁化Ｍ２の向きを所望の方向に設定するために与えられる十分な切替え磁界に依存する。この動作は、ＭＴＪセル２０２を流れる電流に依存しない。

書込み行および列導体２２２、２２４は、センス導体から絶縁され、ひいては言外にＭＴＪセル２０２から絶縁されるので、より大きな電圧が書込み行および列導体に印加されることができ、それにより、そのような構成でない場合にＭＴＪセル２０２に加えられていた電流に比べて、より大きな電流が書込み行および列導体２２２、２２４に加えられる。ＭＴＪセル２０２が要求される高い電流に耐えることを必要とすることなく、切替え磁界を与えることにより、ＭＴＪセル２０２の疲労および／または故障の可能性が低減される。

さらに、４導体アーキテクチャ内に軟基準層を用いることによって、データビットを破壊的に上書き及び再書込みすることなく、データ層２１２に格納されたデータビットを判定することが可能になる。そういうものだから、偶発的なデータ汚染の実質的な機会が有利に回避される。

より具体的には、読出し動作中に、軟強磁性基準層は、少なくとも１つのセンス電流が少なくとも１つのセンス導体または１つの書込み導体に流れることによって生成されるセンス磁界により、所望の向きにオンザフライでピン留めされる。この生成された磁界は、データ層の向きに影響を及ぼすには不十分である。軟基準層２１６が強磁性クラッディング２２６とともに第１のセンス導体２１８を含む代替の実施形態では、センス磁界は強磁性クラッディング内に概ね包含され、データ層２１２の向きに影響を及ぼすには不十分である。ＭＴＪセル２０２が直列に接続されるさらに別の代替の実施形態では、読出し動作中に、強磁性軟基準層は、少なくとも１つのセンス電流が少なくとも１つの書込み導体に流れることによって生成されるセンス磁界によって、所望の向きにオンザフライでピン留めされ、そのセンス磁界はデータ層２１２の向きに影響を及ぼすには不十分である。

書込み動作中に、書込み行２２２及び書込み列２２４の導体に書込み電流が流れることによって、合成された書込み磁界が生成され、その合成された書込み磁界はデータ層２１２を配向するのに十分な大きさである。軟基準層２１６のＭ１の向きが固定されず、適切なセンス磁界がかけられるときに再び応答することになるので、その磁界の軟基準層２１６への影響は実質的に無関係である。適切な状況下で、書込み行２２２及び書込み列２２４は、書込み磁界の広がりを最小限に抑えるように強磁性クラッディングで実質的にコーティングされてもよい。

これまで軟基準４導体の磁気メモリ２００に関する物理的な実施形態を説明してきたが、ここで、データ層２１２に保持される値を非破壊的に判定する際に用いる方法に関連する別の実施形態が、クロスポイントアレイを例示する図５Ａ〜図５Ｂ及び図６Ａ〜図６Ｂ、直列のアレイを例示する図７Ａ〜図７Ｂ、及び図８の流れ図を参照しながら説明される。説明される方法は、本明細書で説明される順序で実行される必要はなく、この説明は、本発明による、軟基準４導体の磁気メモリ２００を用いる少なくとも１つの方法の例示にすぎないことは理解されよう。上記の図において用いられる参照番号の最初の「２」を除いて、図５Ａ〜図７Ｂの番号の残りの部分は、類似性を示すために、他の図面において用いられる番号と同様である。

図８の流れ図に示されるように、ステップ８００において、複数の軟基準４導体の磁気メモリセルを有する記憶デバイスから所与の磁気メモリセルが選択され、各セルはセルと電気的に接触している１組のセンス導体と、セルから絶縁される１組の書込み導体とを含む。

より具体的には、図５Ａ及び図５Ｂは、先に説明されたメモリセル２０２と実質的に同様の、選択されたＭＴＪセル５０２の斜視図を概念的に示す。ＭＴＪセル５０２は、少なくとも１つの強磁性データ層５１２と、中間層５１４と、強磁性軟基準層５１６とを有する。強磁性データ層５１２によって、１ビットのデータを磁化Ｍ２の変更可能な向きとして格納することが可能になる。中間層５１４は、その第１の面と接触しているデータ層５１２が、中間層５１４の第２の面と接触している軟基準層５１６と直接的に位置合わせされ、かつ実質的に均一な間隔で配置されるような、対向する面を有する。軟基準層５１６は、磁化Ｍ１の向きがピン留めされないこと、及び飽和保磁力がデータ層５１２よりも低いことを特徴とする。

図示されるような断面斜視図は、クロスポイントアーキテクチャの軟基準４導体の磁気メモリ２００を示す。第１のセンス導体５１８は軟基準層５１６と電気的に接触しており、データ層５１２と電気的に接触している第２のセンス導体５２０と実質的に交差する。書込み行導体５２２は、第１のセンス導体５１８に実質的に近接し、かつ第１のセンス導体５１８から絶縁される。同様に、書込み列導体５２４は、第２のセンス導体５２０に実質的に近接し、かつ第２のセンス導体５２０から絶縁される。

電流が印加されない、即ち電流の大きさが実質的に０である緩和された状態では、軟基準層５１６のＭ１の向きは、データ層５１２のＭ２の向きに対して反平行になるであろう。これは、磁気結合の原理による。簡単に述べると、磁石のＮ極が別の磁石のＳ極に引きつけられ、逆もまた同じである。軟基準層５１６は一定の向きを持たないので、他の磁界が存在せず、支配的でない場合には、軟基準層５１６はデータ層５１２と逆向きになるようにそれ自体で整列し、かくしてそのＮ極がＳ極に、そのＳ極がＮ極に揃えられる。この反平行の緩和された状態の向きは、直列アレイ又はクロスポイントアレイに配置されるＭＴＪセル５０２によって影響を受けない。

クロスポイントアレイの場合、動作８０２において、初期センス電流が与えられる。より具体的には、初期センス電流は、少なくとも２つの成分を有するものとして説明され得る。Ｉ_Ｓは磁界を生成して、軟基準層の向きを設定するための役割を果たし、Ｉ_ＲはＭＴＪセル５０２を通り抜けて、抵抗の測定を可能にする。少なくとも１つの実施形態では、初期センス電流はかなり低いＩ_Ｓ成分を有する。そういうものだから、Ｉ_Ｒ成分によって抵抗が測定されることが可能になり、一方、Ｍ２はＭ１に対して、概ね、その緩和された中立の反平行状態にある。

ブロック８０６及び８０８に示されるように、ＭＴＪセル５０２の抵抗が測定され、「Ｒ１」として記録される。与えられた初期センス電流は、すぐにはわからない任意の方向に印加され得る。したがって、一般に、比較のための基準を与えることが有利であり、局所的な基準が好ましい。そのような基準値は、ブロック８１０に示されるように第２の既知の方向に単にセンス電流を加えることにより、データ層５１２のＭ２の向きを破壊することなく、有利に得られることができる。

ブロック８１２及び８１４に示されるように、第２の既知の方向からの抵抗値（第２の抵抗Ｒ２）が測定され、基準抵抗として記録される。図５Ａに示されるように、センス電流Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｒは、紙面の中へと流れ（「＋」記号によって示される）、磁界（矢印付の曲線５５０によって表される）は、右手の法則に従って時計回りのベクトルを有するようになる。したがって、軟基準層５１６のＭ１の向きは左に向かってオンザフライでピン留めされる。磁界５５０は故意にかなり小さくされており、データ層５１２のＭ２の向きに影響を及ぼすには不十分である。

ここで基準抵抗がわかると、初期抵抗と比較することができる。判断ブロック８１６に示されるように、初期抵抗が基準抵抗と異なる場合には（Ｒ１＞Ｒ２）、ブロック８１８において、この第１の状態に関連付けられる第１の論理レベルがもたらされる。初期抵抗が異ならない場合には（Ｒ１＝Ｒ２）、ブロック８２０において、この第２の状態に関連付けられる第２の論理レベルがもたらされる。

図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、ＭＴＪセル７０２が直列に接続される場合のような適当な状況下、又はクロスポイントアレイにおいて適切であると見なされるときには、セルのデータ値をセンシングする際にわずかに異なる手法がとられる場合がある。簡単に言うと、軟基準層は、それぞれ抵抗が測定されている２つの既知の方向にオンザフライでピン留めされる。その後、測定された抵抗値が比較されて、データ層のＭ２の向きが判定される。

例えば、図７Ａ及び図７Ｂに関して、初期電流Ｉ_Ｓが第１の既知の方向で書込み行導体７２２に印加される。図７Ａに示されるように、センス電流Ｉ_Ｓは、紙面の中へと流れ（「＋」記号によって示される）、磁界（矢印付の曲線７５０によって表される）は、右手の法則に従って時計回りのベクトルを有するようになる。したがって、軟基準層７１６のＭ１の向きは、左に向かってオンザフライでピン留めされる。磁界７５０は故意にかなり小さくされており、データ層７１２のＭ２の向きに影響を及ぼすには不十分である。

書込み行導体７２２は故意にＭＴＪセル７０２から絶縁されているので、別個の初期電流Ｉ_Ｒが第２のセンス導体７２０に印加される。次いで、第１の既知のセンス電流からの抵抗（第１の抵抗Ｒ１）が測定されて、基準抵抗として記録される。

図７Ｂに示されるように、その後、電流Ｉ_Ｓが第２の既知の方向において書込み行導体７２２に印加される。図７Ｂに示されるように、センス電流Ｉ_Ｓは、紙面から流れ出ており（「・」記号によって示される）、磁界（矢印付の曲線７５２によって表される）が、右手の法則に従って反時計回りのベクトルを有するようになる。したがって、軟基準層７１６のＭ１の向きは、右に向かってオンザフライでピン留めされる。先に説明されたように、磁界７５２は故意にかなり小さくされており、データ層７１２のＭ２の向きに影響を及ぼすには不十分である。

第２の既知のセンス電流の抵抗（第２の抵抗Ｒ２）が測定されて記録される。ここでＲ２がわかると、判断８１６において、Ｒ１及びＲ２の値を比較することができる。初期抵抗が第２の抵抗よりも大きい場合には（Ｒ１＞Ｒ２）、ブロック８１８において、この第１の状態に関連付けられる第１の論理レベルがもたらされる。初期抵抗が第２の抵抗よりも小さい場合には（Ｒ１＜Ｒ２）、ブロック８２０において、この第２の状態に関連付けられる第２の論理レベルがもたらされる。いずれの方法の場合でも、Ｒ１がＲ２よりも大きい場合には、第１の状態に関連付けられる第１の論理レベルがもたらされ、かくして適当な状況下では、その方法はこの条件を検査するように簡略化され得ることは理解されよう。

このプロセスが図５Ａ〜図５Ｂ及び図６Ａ〜図６Ｂに示されるようなクロスポイントアレイにも適用され得ることは理解されよう。先に説明されたように、少なくとも１つの実施形態では、初期電流Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｒは、磁界５５０又は６５０を与えるには不十分な大きさで印加される。代替の実施形態では、初期電流は、第１の既知の方向で、磁界５５０、５６０を生成して、軟基準層５１６、６１６のＭ１の向きをオンザフライでピン留めするのに十分な大きさで印加される。図５Ａ及び図６Ａに示されるように、電流Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｒは、「＋」記号によって示されるように、紙面の中へと流れ込んでいる。初期抵抗はＲ１として測定される。その後、第２の既知のセンス電流が第２の既知の方向で印加され、第２の抵抗Ｒ２が測定されて記録される。図５Ｂ及び図６Ｂに示されるように、電流Ｉ_Ｓ＋Ｉ_Ｒは、「・」記号によって示されるように、紙面から流れ出ている。やはり、Ｒ１とＲ２との比較は大きいか、小さいかの比較である。

例えば、Ｍ１及びＭ２が第１の状態において反平行（高抵抗）である場合に「１」の論理状態が存在し、Ｍ１及びＭ２が第２の状態において平行（低抵抗）である場合に「０」の論理状態が存在するなどの、ある取り決めが採用されることは理解および認識されたい。初期抵抗（第１の抵抗）のセンシングは繰返し実行されて、平均化され得ることに留意することが重要である。サンプリングが多くなると、任意の誤りが減少することがよく知られており、かつ理解されているので、第２の抵抗のセンシングを何度も繰返し実行してもよい。

中間層６１４、データ層６１２、絶縁された書込み行導体６２２、及び絶縁された書込み列導体６２４を有する図６Ａ及び図６Ｂに与えられる部分断面斜視図は、図５Ａ及び図５Ｂの上記の説明と強力に類似する。異なる点はＭＴＪ６０２の軟基準層６１６において見い出される。ここで、ＭＴＪ６０２は被覆された第１のセンス導体６１８によって特徴付けられる。図示されるように、強磁性クラッディング６２６は実質的に、磁界６５０及び６５２を軟基準層６１６内に有効に包含する。

中間層７１４、データ層７１２、絶縁された書込み行導体７２２、及び絶縁された書込み列導体７２４を有する図７Ａ及び図７Ｂに与えられる部分断面斜視図も、図５Ａ及び図５Ｂに類似する。この代替の実施形態は、直列に接続されるときに見られるようなＭＴＪセル７０２を示す。

より具体的には、第１及び第２のセンス導体７１８、７２０は、第１及び第２のセンス導体５１８、５２０よりもかなり薄い。そういうものだから、センス磁界（矢印７５０及び７５２によって表される）は、書込み行導体７２２を流れる読出し電流によって与えられる。磁界７５０又は７５２の方向、及び結果として起こる軟基準層７１６のＭ１の向きは、書込み行導体７２２に流れる読出し電流の方向に実質的に依存する。抵抗の測定は、第１及び第２のセンス導体７１８及び７２０によってＭＴＪセル７０２にセンス電流を印加することにより実行される。

多数のＭＴＪセルが直列に接続されることができるので、測定される抵抗は全てのＭＴＪセルが直列に接続される場合の総抵抗になることは理解および認識されよう。しかしながら、所与のＭＴＪセル７０２のみがセンス磁界７５０及び／又は７５２によって影響を受けることになるので、所与のセル７０２の抵抗の変化は、その直列接続のための測定された抵抗に全体として影響を及ぼす。

軟基準層（５１６、６１６及び７１６）のＭ１の向きはセンスプロセスにおいて変更されており、データ層（５１２、６１２及び７１２）のＭ２の向きは変更されていないので、従来技術において一般的であるようにデータ層が書込み又は再書込み動作を受けておらず、読出し／センスプロセスの破壊の結果としてデータの汚染が生じる可能性はほとんどない。この非破壊センシング能力が最も有利である。

これらの実施形態のそれぞれについて、データ層（５１２、６１２又は７１２）への書込み動作は、書込み行および列導体によって生成される、外部から与えられる磁界を合成することにより達成される。データ層の飽和保磁力を克服するのに十分な合成された磁界は、選択されたセルの対応するクロスポイントにおいて達成される。書込み行または書込み列の何れかの合成されない磁界は、データ層のＭ２の向きを変更するには不十分であるので、半選択誤りの可能性が最小限に抑えられる。

別の実施形態は、軟基準４導体の磁気メモリ２００を組み込むコンピュータシステムであることは理解され得る。メインボード、ＣＰＵ、及び先に説明された軟基準４導体の磁気メモリ２００の一実施形態から構成される少なくとも１つの記憶装置を有するコンピュータが、改善されたＭＴＪ３０２の利点をシステムレベルにまで高める。

本発明は好適な実施形態に関連して説明されてきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、種々の変更、変形および改善がなされることができ、その構成要素およびステップの代わりに、等価物が使用され得ることは当業者ならば理解されよう。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく、ある特定の状況または材料を本発明の教示に適合させるように、多くの修正がなされることもできる。そのような変更、変形、修正および改善は、これまで明らかには説明されていないが、それにもかかわらず、本発明の範囲および思想の中にあることが意図され、暗示される。したがって、本発明は、本発明を実施するために考えられる最良の形態として開示される特定の実施形態には限定されず、本発明は添付の特許請求の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図されている。

２つの導体を有する従来技術の磁気メモリセルの斜視図である。 ２つの導体を有する従来技術の磁気メモリセルの斜視図である。 本発明の好ましい実施形態による軟基準４導体の磁気メモリの概略図である。 本発明の代替の好ましい実施形態による軟基準４導体の磁気メモリの概略図である。 図２Ａによるメモリの概略図である。 図２Ｂによるメモリの概略図である。 図３Ｂのメモリのクロスポイントアレイの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ａのメモリの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ｂのメモリの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ａのメモリの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ｂのメモリの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ａのメモリの部分斜視図である。 生成されるセンス磁界に関する図２Ｂのメモリの部分斜視図である。 図２Ａ及び図２Ｂによるメモリ内のデータ値を非破壊的にセンシングするステップを示す流れ図である。

符号の説明

200 磁気メモリ
202、300、302、304、340、342、344 磁気メモリセル
212、512、712 データ層
214、514、714 中間層
216、516、716 軟基準層
218、220、306、308、310、332、334、336、518、520 センス導体
222、314、316、318、346、348、350、722 書込み行導体
224、724 書込み列導体
226 クラッディング

Claims (15)

1. 軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイス（２００）であって、
   複数の平行な導電性の第１のセンス導体（２１８）と、
   前記第１のセンス導体（２１８）と交差して、複数の交差点を有するセンスクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の第２のセンス導体（２２０）と、
   複数の軟基準磁気トンネル接合メモリセル（２０２）であって、各セル（２０２）が第１のセンス導体（２１８）と第２のセンス導体（２２０）と電気的に接触し、かつ第１のセンス導体（２１８）と第２のセンス導体（２２０）の交差点に配置され、前記メモリセル（２０２）が変更可能な磁化の向きを有する材料からなる、複数の軟基準磁気トンネル接合メモリセル（２０２）と、
   前記第１のセンス導体（２１８）に実質的に近接し、かつ前記第１のセンス導体から絶縁される複数の平行な導電性の書込み行（２２２）と、及び
   前記書込み行（２２２）と交差し、前記第２のセンス導体（２２０）に実質的に近接し、かつ前記第２のセンス導体から絶縁され、複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の書込み列（２２４）とを含む、軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイス。
2. 各メモリセル（２０２）が、
   変更可能な磁化の向きによって特徴付けられる少なくとも１つの強磁性データ層（２１２）と、
   前記データ層（２１２）と接触している中間層（２１４）と、及び
   前記データ層（２１２）と向かい合って前記中間層（２１４）と接触しており、ピン留めされない磁化の向きを有し、前記データ層（２１２）よりも低い飽和保磁力を有する、少なくとも１つの強磁性軟基準層（２１６）とを含む、請求項１に記載の磁気メモリデバイス。
3. 読出し動作中に、前記強磁性軟基準層（２１６）が、少なくとも１つのセンス導体（２１８、２２０）に流れる少なくとも１つのセンス電流によって生成されるセンス磁界（５５０）によって所望の向きにオンザフライでピン留めされ、その磁界が前記データ層（２１２）の向きに影響を及ぼすには不十分であり、及び
   書込み動作中に、前記書込み列（２２４）及び行（２２２）の導体に流れる書込み電流によって、合成された書込み磁界が生成され、その合成された書込み磁界が前記データ層（２１２）の向きを設定するのに十分な大きさを有する、請求項２に記載の磁気メモリデバイス。
4. 前記センス電流が少なくとも１つのセンス導体に流れている、請求項３に記載の磁気メモリデバイス。
5. 前記第１のセンス導体（２１８）が、前記第１のセンス導体（２１８）を完全に包囲する強磁性クラッディング（２２６）を有する、請求項２に記載の磁気メモリデバイス。
6. 軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイスであって、
   複数の第１のセンス導体（２１８）及び複数の第２のセンス導体（２２０）によって直列に接続され、変更可能な磁化の向きを有する材料からなる、複数の軟基準磁気トンネル接合メモリセル（２０２）と、
   前記第１のセンス導体（２１８）に実質的に近接し、かつ前記第１のセンス導体から絶縁される複数の平行な導電性の書込み行（２２２）と、及び
   前記書込み行（２２２）を横切り、前記第２のセンス導体（２２０）に実質的に近接し、かつ前記第２のセンス導体から絶縁され、複数の交差点を有する書込みクロスポイントアレイを形成する、複数の平行な導電性の書込み列（２２４）とを含む、軟基準４導体の磁気メモリ記憶デバイス。
7. 各メモリセル（２０２）が、
   変更可能な磁化の向きによって特徴付けられる少なくとも１つの強磁性データ層（２１２）と、
   前記データ層（２１２）と接触している中間層（２１４）と、及び
   前記データ層（２１２）と向かい合って前記中間層（２１４）と接触しており、ピン留めされない磁化の向きを有し、前記データ層（２１２）よりも低い飽和保磁力を有する、少なくとも１つの強磁性軟基準層（２１６）とを含む、請求項６に記載の磁気メモリデバイス。
8. 読出し動作中に、前記強磁性軟基準層（２１６）が、少なくとも１つの書込み導体（２２２、２２４）に流れる少なくとも１つのセンス電流によって生成されるセンス磁界によって所望の向きにオンザフライでピン留めされ、その磁界が前記データ層（２１２）の向きに影響を及ぼすには不十分であり、及び
   書込み動作中に、前記書込み列（２２４）及び行（２２２）の導体に流れる書込み電流によって、合成された書込み磁界が生成され、その合成された書込み磁界が前記データ層（２１２）の向きを設定するのに十分な大きさを有する、請求項７に記載の磁気メモリデバイス。
9. 複数の軟基準４導体の磁気メモリセル（２０２）を有する磁気メモリ記憶デバイス内のデータ値を非破壊的に判定する方法であって、各セル（２０２）が軟基準層（２１６）と、前記セル（２０２）と電気的に接触している１組のセンス導体（２１８、２２０）と、前記セルから絶縁された１組の書込み導体（２２２、２２４）とを含んでおり、その方法が、
   所与の磁気メモリセル（２０２）を選択するステップ（８００）と、
   少なくとも１つのセンス導体に初期センス電流を与えるステップ（８０２）と、
   前記所与のメモリセルに近接する初期センス磁界を生成するステップ（８０２）と、
   前記軟基準層を前記初期センス磁界の向きにオンザフライでピン留めするステップ（８０４）と、
   前記所与のセル（２０２）の初期抵抗値を測定するステップ（８０６）と、
   前記初期抵抗値を格納するステップ（８０８）と、
   前記所与のメモリセル（２０２）に近接して第２の既知のセンス磁界を生成し、前記軟基準層を第２の既知の向きに配向するステップ（８１０）と、
   前記軟基準層が前記第２の既知の向きにある場合に前記所与のセル（２０２）の第２の抵抗値を測定するステップ（８１２）と、
   前記第２の抵抗値を基準抵抗として格納するステップ（８１４）と、
   前記初期抵抗値と前記基準抵抗値とを比較するステップ（８１６）と、及び
   前記比較された状態に関連する論理レベルをもたらすステップ（８１８、８２０）とを含む、方法。
10. 前記センス磁界（５５０、５５２）が、少なくとも１つのセンス導体（５１８、５２０）に流れる電流によって生成される、請求項９に記載の方法。
11. 前記センス磁界（７５０、７５２）が、少なくとも１つの書込み導体（７２２、７２４）に流れる電流によって生成される、請求項９に記載の方法。
12. 前記センス磁界が、前記データ層（２１２）の向きに影響を及ぼさない、請求項９に記載の方法。
13. 前記第２の既知の向きの前記センス電流が、前記初期センス電流とは逆向きである、請求項９に記載の方法。
14. 前記方法が２回以上繰り返される、請求項９に記載の方法。
15. 前記初期センス電流の大きさが、実質的に約０である、請求項９に記載の方法。
    

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