JP5152672B2 - 磁気ランダムアクセスメモリ及びその動作方法 - Google Patents
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Description
本発明の磁気ランダムアクセスメモリでは、読み出し動作時に、誤書き込み、すなわち、磁化の反転が起こらない方向の電流を第1磁気抵抗素子(メモリセル)に印加する。そのために、まず、第1磁気抵抗素子に対して、誤書き込みがほとんど起こらない小さな読み出し電流、または、印加時間の短い読み出し電流によって予備読み出しを行い、予備的にデータを読み出す。この予備的に読み出されたデータに基づいて、第1自由強磁性層の磁化が反転しないように次の読み出し電流の方向を決定する。そして、次に、十分な大きさの読み出し電流を、決定された方向に流すことにより、本番のデータの読み出しを行う。本番のデータの読み出しにより、データの読み出しを確実に行うことができる。それと共に、第1自由強磁性層の磁化が反転しない方向の読み出し電流を用いることにより、読み出し電流の印加時の第1磁気抵抗素子への誤書き込みの確率を大幅に低減することができる。
自由磁性層55と固定磁性層53の磁化が平行で低抵抗である状態を“0”、反平行で高抵抗である状態を“1”と定義する。図5において、スピン注入法により、“1”状態から“0”状態に書き込むためには、書き込み電流IWを自由磁性層55側から固定磁性層53側へ流せばよい。このとき、スピン偏極した電子が固定磁性層53から自由磁性層55へ流れる。スピントルク効果により、自由磁性層55の磁化が反転し、“0”状態となる。なお、初期状態が“0”である場合、自由磁性層55の磁化は変化しない。逆に、“0”状態から“1”状態に書き込むためには、書き込み電流IWを固定磁性層53側から自由磁性層55側に流せばよい。ここで、“0”状態が“1”に書き込まれる書き込み電流IWの方向を正方向と定義する。
Claims (22)
- 第1固定強磁性層、第1非磁性層及び第1自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第1自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能な第1磁気抵抗素子と、
読み出し動作時において、前記第1固定強磁性層と前記第1自由強磁性層との間に読み出し電流を流して得られる前記第1磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記第1磁気抵抗素子のデータの読み出しを行う読み出し回路と
を具備し、
前記読み出し回路は、
前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しを複数回行うことで、一つの読み出しデータを決定し、
前記複数回のうち2回目以降の前記読み出し電流の印加方向を、前回読み出された前記データに基づいて、前記第1自由強磁性層の磁化が反転しないように決定する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、
前記前回読み出された前記データが、前記第1磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、次回の前記読み出し電流の前記印加方向を前記第1自由強磁性層から前記第1固定強磁性層へ向う方向とし、
前記前回読み出された前記データが、前記第1磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、次回の前記読み出し電流の前記印加方向を前記第1固定強磁性層から前記第1自由強磁性層へ向う方向とする
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、回数の増加と共に前記読み出し電流の値を順次大きくする
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、
前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しを2回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定し、
2回目の前記読み出し電流の値は、1回目の前記読み出し電流の値よりも大きい
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、回数の増加と共に前記読み出し電流の印加時間を順次長くする
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、
前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しを2回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定し、
2回目の前記読み出し電流の印加時間は、1回目の前記読み出し電流の印加時間よりも長い
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しをN(Nは2以上の自然数)回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定し、
(N−1)回目の前記データの読み出しの結果と、N回目の前記データの読み出しの結果とは、50%以上の確率で一致している
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲1に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
第2固定強磁性層、第2非磁性層及び第2自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第2自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する第2磁気抵抗素子を一つ又は複数含むリファレンスセルを更に具備し、
前記読み出し回路は、
前記リファレンスセルに対する前記読み出し電流の印加方向を、スピン注入による磁化が反転しないように決定する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲8に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記読み出し回路は、
前記リファレンスセルに記憶された前記リファレンス用データが、前記第2磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、前記読み出し電流の前記印加方向を前記第2自由強磁性層から前記第2固定強磁性層へ向う方向とし、
前記リファレンスセルに記憶された前記リファレンス用データが、前記第2磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、前記読み出し電流の前記印加方向を前記第2固定強磁性層から前記第2自由強磁性層へ向う方向とする
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲8に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記リファレンスセルは、複数の前記第2磁気抵抗素子を含み、
前記複数の前記第2磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、前記第2自由強磁性層の磁化の向きが互いに逆の向きで、前記第2固定強磁性層の磁界の向きが互いに同じ向きで、前記第2固定強磁性層同士又は前記第2自由強磁性層同士が電気的に接続されている二つの第3磁気抵抗素子を有する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - 請求の範囲10に記載の磁気ランダムアクセスメモリにおいて、
前記リファレンスセルを初期化するために、前記リファレンスセルに、前記第2自由強磁性層の磁化が反転する閾値電流よりも大きい一方向の書き込み電流を印加することにより、前記リファレンス用データを書き込む書き込み回路を更に具備する
磁気ランダムアクセスメモリ。 - (a)第1固定強磁性層、第1非磁性層及び第1自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第1自由強磁性層の磁化の向きでデータを書き込み可能な第1磁気抵抗素子に対して、読み出し動作時において、前記第1固定強磁性層と前記第1自由強磁性層との間に読み出し電流を流すステップと、
(b)前記読み出し電流を流して得られる前記第1磁気抵抗素子の抵抗値に基づいて、前記第1磁気抵抗素子のデータの読み出しを行うステップと、
(c)前記(a)ステップと前記(b)ステップとを複数回行うことで、一つの読み出しデータを決定するステップと
を具備し、
前記(a)ステップは、(a1)前記複数回のうち2回目以降の前記読み出し電流の印加方向を、前回読み出された前記データに基づいて、前記第1自由強磁性層の磁化が反転しないように決定するステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a1)ステップは、
(a11)前記前回読み出された前記データが、前記第1磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、次回の前記読み出し電流の前記印加方向を前記第1自由強磁性層から前記第1固定強磁性層へ向う方向と決定するステップと、
(a12)前記前回読み出された前記データが、前記第1磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、次回の前記読み出し電流の前記印加方向を前記第1固定強磁性層から前記第1自由強磁性層へ向う方向とを決定するステップと
を含む
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a)ステップは、(a2)回数の増加と共に前記読み出し電流の値を順次大きくするステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(c)ステップは、(c1)前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しを2回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定するステップを備え、
前記(a)ステップは、(a3)2回目の前記読み出し電流の値を、1回目の前記読み出し電流の値よりも大きくするステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a)ステップは、(a4)回数の増加と共に前記読み出し電流の印加時間を順次長くするステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(c)ステップは、(c2)前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しを2回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定するステップを備え、
前記(a)ステップは、(a5)2回目の前記読み出し電流の印加時間を1回目の前記読み出し電流の印加時間よりも長くするステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(c)ステップは、(c3)前記読み出し電流の印加及び前記データの読み出しをN(Nは2以上の自然数)回行うことで、前記一つの読み出しデータを決定するステップを備え、
(N−1)回目の前記データの読み出しの結果と、N回目の前記データの読み出しの結果とは、50%以上の確率で一致している
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲12に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a)ステップは、
(a6)第2固定強磁性層、第2非磁性層及び第2自由強磁性層が順次積層され、スピン注入により変更される前記第2自由強磁性層の磁化の向きでリファレンス用データを記憶する第2磁気抵抗素子を一つ又は複数含むリファレンスセルに対する前記読み出し電流の印加方向を、スピン注入による磁化が反転しないように決定するステップを備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲19に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a6)ステップは、
(a61)前記リファレンスセルに記憶された前記リファレンス用データが、前記第2磁気抵抗素子の低抵抗に対応している場合、前記読み出し電流の前記印加方向を前記第2自由強磁性層から前記第2固定強磁性層へ向う方向と決定するステップと、
(a62)前記リファレンスセルに記憶された前記リファレンス用データが、前記第2磁気抵抗素子の高抵抗に対応している場合、前記読み出し電流の前記印加方向を前記第2固定強磁性層から前記第2自由強磁性層へ向う方向と決定するステップと
を含む
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲19に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記リファレンスセルは、複数の前記第2磁気抵抗素子を含み、
前記複数の前記第2磁気抵抗素子は、互いに直列に接続され、前記第2自由強磁性層の磁化の向きが互いに逆の向きで、前記第2固定強磁性層の磁界の向きが互いに同じ向きで、前記第2固定強磁性層同士又は前記第2自由強磁性層同士が電気的に接続されている二つの第3磁気抵抗素子を有する
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。 - 請求の範囲21に記載の磁気ランダムアクセスメモリの動作方法において、
前記(a)ステップは、
(a7)前記リファレンスセルを初期化するために、前記リファレンスセルに、前記第2自由強磁性層の磁化が反転する閾値電流よりも大きい一方向の書き込み電流を印加することにより、前記リファレンス用データを書き込むステップを更に備える
磁気ランダムアクセスメモリの動作方法。
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