JP6098516B2 - 不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性を高めた不揮発論理ゲート - Google Patents
不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性を高めた不揮発論理ゲート Download PDFInfo
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Description
これらの問題を解決する一つの方法として、特許文献1には、メモリ素子とロジック素子が一体となった不揮発論理ゲートを用いた集積回路が提案されている。この集積回路は、データを複数の不揮発抵抗素子が記憶しているため、電源を切ってもデータは消えない。従って、動作していないときに電源を切ることができるため、リーク電流による消費電力を抑制できる。また、メモリ素子とロジック素子が近接しているため、配線遅延は小さく、かつ、低消費電力で動作することが期待されている。
図1を参照して、上記した集積回路に使用可能な不揮発論理ゲート1’の構成例を示す。図示された不揮発論理ゲート1’は、NMOS論理回路11’と、相補のデータを抵抗値として記憶する不揮発抵抗素子R1、R2、及び、貫通電流制御回路21’と、センス回路31’と、不揮発抵抗素子のデータを書き換えるために用いられる書き込み回路41’を備えている。また、センス回路31’は、出力データをラッチするPMOSトランジスタP1、P2と、プリチャージ用の2つのPMOSトランジスタP3、P4から構成されている。センス回路31’は、NMOS論理回路11’に接続されている。図示された不揮発抵抗素子R1とR2はそれぞれ、一端がNMOS論理回路11’に接続され、他端は貫通電流制御回路21’に接続されている。
次に、図1に示された不揮発論理ゲート1’を構成する各要素の接続状態について具体的に説明する。PMOSトランジスタP1のゲートは、PMOSトランジスタP2のドレインと、PMOSトランジスタP4のドレイン、及び、NMOS論理回路11’に接続されると共に、出力信号/Doutを出力するデータ出力端子に接続されている。一方、PMOSトランジスタP2のゲートは、PMOSトランジスタP1のドレインと、PMOSトランジスタP3のドレイン、及び、NMOS論理回路11’に接続されると共に、出力信号Doutを出力するデータ出力端子に接続されている。また、PMOSトランジスタP3とP4のゲートには、クロック信号CLKが与えられている。各PMOSトランジスタP1、P2、P3、及びP4のソースは電源電圧Vddに接続されている。
図1の不揮発抵抗素子R1、R2としては、例えば、磁気抵抗効果を利用した強磁性トンネル接合素子(MTJ素子)が考えられる。ここで、MTJ素子は、磁化方向が変化する強磁性層(フリー層)と、磁化方向が固定された強磁性層(固定層)と、フリー層と固定層の間に形成される絶縁層を含む構成を備えている。このようなMTJ素子に、膜面垂直方向に電流を流した際の抵抗値は、フリー層と固定層の磁化の方向によって変化する。フリー層の磁化と固定層の磁化が平行の場合、抵抗値は低く、両者の磁化が反平行の場合、抵抗値は高くなる。
この性質を利用して、MTJ素子では、この抵抗値、すなわちフリー層の磁化の方向に、データを対応付ける。例えば、低抵抗状態をデータ「0」、高抵抗状態をデータ「1」とする。不揮発論理ゲート1’では、このMTJ素子のデータを演算に用いる。
MTJ素子の書き込みは、電流磁界を用いてフリー層の磁化方向を制御する磁場書き込み方式と、スピントルク効果を用いてフリー層の磁化方向を制御するスピントルク書き込み方式が知られている。
図1に示された不揮発論理ゲート1’は、不揮発抵抗素子R1、R2に記憶されたデータを演算に利用する。この不揮発抵抗素子R1、R2に記憶されたデータと、NMOS論理回路11’に入力される外部からの入力データDinにより演算を行い、相補出力Dout、/Doutを出力する。設計者が、不揮発論理ゲート1’にどのような演算を行わせるかは、NMOS論理回路11’の構成により決めることができる。
次に、不揮発抵抗素子R1、R2に接続されている貫通電流制御回路21’の構成について、図2A及び図2Bを参照して説明する。図2Aに示した貫通電流制御回路21’は、NMOSトランジスタN1を備える。NMOSトランジスタN1のドレインは、不揮発抵抗素子R1とR2の一端に接続されている。NMOSトランジスタN1のソースは接地され、そのゲートにはクロック信号CLKが与えられている。
他方、図2Bに示した貫通電流制御回路21’は、2つのNMOSトランジスタN1、N2と、一端を接地され、他端をNMOSトランジスタN1、N2の共通接続点に接続されたキャパシタC1を備えている。更に、NMOSトランジスタN1のドレインは、不揮発抵抗素子R1とR2の一端に接続され、そのソースは、NMOSトランジスタN2のドレインとキャパシタC1の一端に接続される。NMOSトランジスタN1のゲートにはクロック信号CLKが与えられている。一方、NMOSトランジスタN2のソースは接地され、そのゲートには反転したクロック信号/CLKが与えられている。
図2A及び図2Bにそれぞれ示す貫通電流制御回路21’の違いは、論理演算時の貫通電流の有無である。図2Aに示す貫通電流制御回路21’の場合、クロック信号CLKがHighのとき、不揮発抵抗素子R1、R2とNMOSトランジスタN1に定常的な電流が流れる。一方、図2Bに示す貫通電流制御回路21’の場合、クロック信号CLKがHighのとき、不揮発抵抗素子R1、R2とNMOSトランジスタN1に流れる電流は、キャパシタC1を充電する間のみ流れる。したがって、図2Bに示す回路21’のほうが、定常電流が流れないため、消費電力を低減できる。
図3には、不揮発論理ゲート1’を構成するNMOS論理回路11’の一例が示されており、ここでは、加算が可能なNMOS論理回路(SUM回路)11’が示されている。図示されたNMOS論理回路11’は、8個のNMOSトランジスタN3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10を備え、データ入力信号Dinとして、それぞれ相補の入力信号A、/A、C、/CがNMOSトランジスタN3〜N10のゲートに入力される。NMOS論理回路11’には、各入力信号に依存して、電流パスが形成される。不揮発抵抗素子R1、R2の一方は、データ出力Doutを出力するNMOS論理回路11’に電気的に接続される。また、不揮発抵抗素子R1、R2の他方は、データ出力/Doutを出力するNMOS論理回路11’に電気的に接続される。この2つの電流パスに流れる電流差を利用して、データ出力Dout、/Doutとなる出力電圧、すなわち論理演算結果(出力結果)が決定される。
図1、図2B、及び、図3に示した各構成要素を組み合わせることによって構成された不揮発論理ゲート1’は、次のように動作する。尚、図示された不揮発論理ゲート1’は、プリチャージ期間と評価期間を有し、このような動作は、一般的なスタティックCMOS回路の動作とは異なる独特の動作である。
まず、クロック信号CLKがLowの時はプリチャージ期間である。貫通電流制御回路21’(図2B)のNMOSトランジスタN1はOFFとなり、PMOSトランジスタP3、P4は出力Dout、/Doutを電源電圧Vddにプリチャージする。また、貫通電流制御回路21’のNMOSトランジスタN2はキャパシタC1に蓄えられた電荷を放電する。
一方、クロック信号CLKがHighのとき、貫通電流制御回路21’のNMOSトランジスタN1(図2B)はON、N2はOFF、プリチャージ用PMOSトランジスタP3、P4(図1)はOFFとなり、評価期間となる。プリチャージ時に各キャパシタ(不図示)に蓄えられていた電荷は、NMOS論理回路11’内に形成された2つの電流パス、および、相補の抵抗値を記憶した不揮発抵抗素子R1、R2を介して、貫通電流制御回路21’のキャパシタC1に流れ込む。不揮発抵抗素子R1、R2を流れる電流値は不揮発抵抗素子R1、R2の抵抗値に依存するため、相補の出力であるDoutと/Doutには電位差が生じる。そして、その電位差は、PMOSトランジスタP1、P2によって増幅され、相補のデータ出力Dout、/Doutを出力する。なお、本不揮発論理ゲート1’において、入力信号A、/A、C、/Cは、クロック信号CLKがHighである評価期間中は変化してはならない。上記のように不揮発論理ゲート1’は、演算機能とラッチ機能を有する。
図1〜図3に示した不揮発論理ゲート1’は、メモリ素子とロジック素子が一体となっているため、そのままでは、メモリデータのエラー検出や訂正を行えず、論理ゲートの障害耐性を高めることが困難であるという課題があった。メモリデータのエラーは、たとえば、非常に低い確率で、記憶していたデータが反転してしまうというソフトエラーが挙げられる。ソフトエラーの具体的な例としては、不揮発抵抗素子としてMTJ素子を用いた場合には、磁性体の熱的な安定性が低い場合に、熱的な擾乱によってデータが反転することが挙げられる。このようなソフトエラーに対しては、一般的な集積回路の構成要素であるメモリは、読み出し時にエラー検出回路を利用してエラーを検出する。しかしながら、特許文献1(特開2005−235307号公報)に開示された不揮発論理ゲートは、メモリ素子とロジック素子が一体になっており、エラー検出回路を不揮発論理ゲートに適用する場合には、各不揮発論理ゲートに一つのエラー検出回路が必要になり、回路面積のオーバーヘッドが大きくなるという課題があった。
そこで、本発明の目的は、メモリデータに誤りがあっても正常に論理演算できる、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供することである。
〔第1の実施形態〕
図4は、本発明の第1実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体51、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体を構成する、第1の不揮発抵抗ネットワーク410は2つの不揮発抵抗素子R1とR3を、第2の不揮発抵抗ネットワーク420は2つの不揮発抵抗素子R2とR4を含む。
不揮発抵抗素子R1とR3は、直列に接続され、一端がNMOS論理回路11に接続され、他端は貫通電流制御回路21に接続されている。また、不揮発抵抗素子R2とR4は、直列に接続され、一端がNMOS論理回路11に接続され、他端は貫通電流制御回路21に接続されている。ここで、R1とR3の合成抵抗をRc(R1,R3)と定義する。また、R2とR4の合成抵抗をRc(R2,R4)と定義する。合成抵抗とは、この場合は、R1とR3、あるいは、R2とR4の、各々を直列接続したときの端子間の抵抗である。本実施形態の不揮発論理ゲート1は、合成抵抗Rc(R1,R3)とRc(R2,R4)を比較して論理演算を行う。
書き込み回路41は、書き込み電流を供給もしくは終端する第1の端子401と、書込み電流を終端もしくは供給する第2の端子402を備える。第1の端子401と第2の端子402は、一方が電流を供給する端子として働いたとき、他方は終端する端子として働く。書き込み回路は、第1の端子401と第2の端子402の間に接続される、複数の不揮発抵抗素子からなる第3の不揮発抵抗ネットワーク430に、双方向の書き込み電流を供給し、同時に複数の不揮発抵抗素子を書き込むことを特徴とする。
センス回路31は、クロック信号が与えられるとともに、出力端子Dout,/Doutを備える。センス回路31の一例を図5Aと図5Bに示す。図5Aは図1の不揮発論理ゲート1’のセンス回路31’と同じである。図5Bは、図5Aと比較して、2つのNMOSトランジスタN11、N12を追加し、PMOSトランジスタP1、P2、NMOSトランジスタN11、N12を用いてラッチを形成したものである。
貫通電流制御回路21とNMOS論理回路11は、各々、図2と図3に示す回路を用いることができる。ここでは、センス回路として図5Aに示す回路、貫通電流制御回路21として図2Aに示す回路、および、NMOS論理回路11として図3に示すSUM回路を例に説明する。
図6は、本発明の第1実施形態にかかわる不揮発抵抗素子の抵抗値と、それらで表現される不揮発論理ゲートの記憶データを示す。図6の第1列に番号を示す。第2列から第5列までに、不揮発抵抗素子R1、R3、R2、R4の抵抗値を示す。第6列、7列に合成抵抗値Rc(R1,R3)、Rc(R2,R4)を示す。第8列にそれら合成抵抗値の差を示す。第9列に各抵抗状態に対応する不揮発論理ゲートの記憶データDを示す。第10列に、不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4の組み合わせから推定される、誤ったデータを記憶する不揮発抵抗素子の最小の数を示す。
図6に記載されている記号について説明する。不揮発抵抗素子の抵抗値として、RLは低抵抗状態の抵抗値、RHは高抵抗状態の抵抗値を表す。それらの抵抗値の差dRは式1で定義される。
RH−RL=dR (式1)
さらに、第9列中の0はデータ0、1はデータ1をあらわす。×は不定値を示す。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、データを書き込む際、データが0の場合は番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値を、データが1の場合は番号13の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値を書き込む。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、論理演算をする際、合成抵抗Rc(R1,R3)と合成抵抗Rc(R2,R4)を比較し、それらの差Rc(R1,R3)−Rc(R2,R4)が負の場合は、データ0として機能し、正の場合は、データ1として機能する。これにより、図6を参照すると、誤った抵抗値を記憶している不揮発抵抗素子の数が0個、または、1個の場合は、正常にデータDを論理演算に利用できることがわかる。
たとえば、データ0を書き込み、図6の番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせ(R1、R3がRL、R2、R4がRH)になった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R4のデータがRHからRLに反転したとする(番号4→番号3)。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号3の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、合成抵抗の差はエラーがない場合(−2dR)に比べ小さくなる(−dR)ものの負であるため、正常にデータ0として論理演算に利用できる。
同様にして、R1のデータがRLからRHに反転した場合(図6の番号4→番号12)、R2のデータがRHからRLに反転した場合(図6の番号4→番号2)、R3のデータがRLからRHに反転した場合(図6の番号4→番号8)も、正常に動作する。すなわち、本実施形態の不揮発論理ゲートは、R1、R2、R3、R4の内の1個のデータに誤りがあっても正常に動作することができる。
次に、データ1を書き込んだ場合について述べる。データ1を書き込み、番号13の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせ(R1、R3がRH、R2、R4がRL)になった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R4のデータがRLからRHに反転したとする(番号13→番号14)。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号14の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、合成抵抗の差はエラーがない場合(2dR)に比べ小さくなる(dR)ものの正であるため、正常にデータ1として論理演算に利用できる。
同様にして、R1のデータがRHからRLに反転した場合(図6の番号13→番号5)、R2のデータがRLからRHに反転した場合(図6の番号13→番号9)、R3のデータがRHからRLに反転した場合(図6の番号13→番号15)も、正常に動作する。すなわち、本実施形態の不揮発論理ゲートは、R1、R2、R3、R4の内の1個のデータに誤りがあっても正常に動作することができる。
なお、データの誤りが2個以上の場合は、どちらのデータか判別できず誤動作してしまう。図6を参照して具体的な例を用いて説明する。たとえば、データ0を書き込み、番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせになった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R2とR4のデータがRHからRLに反転したとする。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号1の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、論理演算を行うと、合成抵抗の差は0になるため、データは不定で0か1か判別できず、誤動作する。しかしながら、1個のエラーが発生する確率に比べて、2個以上のエラーが発生する確率は大幅に低くなるため、このような誤動作は起こりにくい。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、記憶素子のデータに誤りが発生した場合の誤動作確率を、大幅に低減できる。
次に、第1および第2の不揮発抵抗ネットワークを構成する不揮発抵抗素子が、並列に接続された場合を図7に示す。すなわち、第1の不揮発抵抗ネットワーク710はR1とR3の並列接続からなり、第2の不揮発抵抗ネットワーク720はR2とR4の並列接続からなる。
図8は、図7に示す、第1および第2の不揮発抵抗ネットワークを構成する不揮発抵抗素子が並列接続の場合の、不揮発抵抗素子の抵抗値と、それらで表現される不揮発論理ゲートの記憶データを示す。図8の構成は、図6(第1および第2の不揮発抵抗ネットワークを構成する不揮発抵抗素子が、直列に接続された場合)の構成と同様である。すなわち、第1列に番号を示す。第2列から第5列までに、不揮発抵抗素子R1、R3、R2、R4の抵抗値を示す。第6列、7列に合成抵抗値Rc(R1,R3)、Rc(R2,R4)を示す。第8列にそれら合成抵抗値の差を示す。第9列に各抵抗状態に対応する不揮発論理ゲートの記憶データDを示す。第10列に、不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4の組み合わせから推定される、誤ったデータを記憶する不揮発抵抗素子の最小の数を示す。
図8に記載されている記号について説明する。不揮発抵抗素子の抵抗値として、RLは低抵抗状態の抵抗値、RHは高抵抗状態の抵抗値を表す。RHとRLの並列抵抗値は、RL/(1+RL/RH)、あるいは、RH/(1+RH/RL)と表される。RH>RLであるから、RL/2<RL/(1+RL/RH)、RH/2>RH/(1+RH/RL)である。さらに、第9列中の0はデータ0、1はデータ1をあらわす。×は不定値を示す。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、データを書き込む際、データが0の場合は番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値を、データが1の場合は番号13の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値を書き込む。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、論理演算をする際、合成抵抗Rc(R1,R3)と合成抵抗Rc(R2,R4)を比較し、それらの差Rc(R1,R3)−Rc(R2,R4)が負の場合(<0)は、データ0として機能し、正の場合(>0)は、データ1として機能する。これにより、図8を参照すると、誤った抵抗値を記憶している不揮発抵抗素子の数が0個、または、1個の場合は、正常にデータDを論理演算に利用できることがわかる。
たとえば、データ0を書き込み、番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせになった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R4のデータがRHからRLに反転したとする(図8の番号4→番号3)。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号3の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、合成抵抗の差はエラーがない場合には負であるが、エラーがある場合にも負であり、正常にデータ0として論理演算に利用できる。
同様にして、R1のデータがRLからRHに反転した場合(図8の番号4→番号12)、R2のデータがRHからRLに反転した場合(図8の番号4→番号2)、R3のデータがRLからRHに反転した場合(図8の番号4→番号8)も、正常に動作する。すなわち、本実施形態の不揮発論理ゲートは、R1、R2、R3、R4の内の1個のデータに誤りがあっても正常に動作することができる。
次に、データ1を書き込んだ場合について述べる。データ1を書き込み、番号13の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせになった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R4のデータがRLからRHに反転したとする(番号13→番号14)。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号14の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、合成抵抗の差はエラーがない場合には正であるが、エラーがある場合にも正であり、正常にデータ1として論理演算に利用できる。
同様にして、R1のデータがRHからRLに反転した場合(図8の番号13→番号5)、R2のデータがRLからRHに反転した場合(図8の番号13→番号9)、R3のデータがRHからRLに反転した場合(図8の番号13→番号15)も、正常に動作する。すなわち、本実施形態の不揮発論理ゲートは、R1、R2、R3、R4の内の1個のデータに誤りがあっても正常に動作することができる。
なお、データの誤りが2個以上の場合は、どちらのデータか判別できず誤動作してしまう。図8を参照して具体的な例を用いて説明する。たとえば、データ0を書き込み、番号4の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値の組み合わせになった後、一定の時間後にソフトエラーが発生し、R2とR4のデータがRHからRLに反転したとする。ソフトエラー発生後の抵抗状態は番号1の行のR1、R2、R3、R4の抵抗値になる。このとき、論理演算を行うと、合成抵抗の差は0になるため、データは不定で0か1か判別できず、誤動作する。しかしながら、1個のエラーが発生する確率に比べて、2個以上のエラーが発生する確率は大幅に低くなるため、このような誤動作は起こりにくい。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、記憶素子のデータに誤りが発生した場合の誤動作確率を、大幅に低減できる。
〔第2の実施形態〕
図9は、本発明の第2実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体51、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体51は、それぞれn/2個の不揮発抵抗素子からなる第1の不揮発抵抗ネットワーク910、第2の不揮発抵抗ネットワーク920を備える。ここでnは、4よりも大きい偶数とする。
書き込み回路41は、書き込み電流を供給もしくは終端する第1の端子901と、書き込み電流を終端もしくは供給する第2の端子902を備える。第1の端子901と第2の端子902は、一方が電流を供給する端子として働いたとき、他方は終端する端子として働く。書き込み回路は、第1の端子901と第2の端子902の間に接続される、複数の不揮発抵抗素子からなる第3の不揮発抵抗ネットワーク930に双方向の書き込み電流を供給し、同時に複数の不揮発抵抗素子を書き込むことを特徴とする。
センス回路31、NMOS論理回路11、貫通電流制御回路21は第1実施形態と同様の回路を利用できる。
一例として、図10に、本実施形態での不揮発ネットワークが直列接続の場合を示す。なお、不揮発ネットワークは、図11A、図11Bに示すように、並列や直並列の接続であってもよい。
図10では、不揮発抵抗素子R1、R3、・・・、Rn−1は、直列に接続され、一端がNMOS論理回路11に接続され、他端は貫通電流制御回路21に接続されている。また、不揮発抵抗素子R2、R4、・・・、Rnは、直列に接続され、一端がNMOS論理回路11に接続され、他端は貫通電流制御回路21に接続されている。ここで、R1、R3、・・・、Rn−1の合成抵抗をRc(R1,R3,...,Rn−1)と定義する。また、R2、R4、・・・、Rnの合成抵抗をRc(R2,R4,...,Rn)と定義する。本実施形態の不揮発論理ゲートでは、R1、R3、・・・、Rn−1は全て同じデータが書き込まれる。また、R2、R4、・・・、Rnは、R1、R3、・・・、Rn−1の相補のデータが書き込まれる。不揮発論理ゲートは、合成抵抗Rc(R1,R3,...,Rn−1)とRc(R2,R4,...,Rn)を比較して、論理演算を行う。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、複数の不揮発抵抗素子を用いることにより、ソフトエラーなどによるデータ誤りが複数発生しても、正常に動作することが出来る。
本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体は、以下に開示された実施形態3から8における書き込み回路41を採用できるため、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書き込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことができる。そのため書き込み回路の追加がなく回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子はトランジスタ層に形成されるCMOS回路の上に積層されるため、面積の増加を抑えることができる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、メモリデータに誤りがあっても正常に論理演算できる、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第3の実施形態〕
図12は本発明の第3実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態では、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として、磁壁移動素子を用いる。また、不揮発性抵抗素子R1、R2、R3、R4としてセンス素子を用いる。
より詳細には、NMOSトランジスタN13、N14と磁壁移動素子DW1、DW2、DW3、DW4と相補のデータ入力端子WD、/WDと書込みイネーブル信号WEを含む。磁壁移動素子は、漏洩磁界を通じて、センス素子の抵抗に影響を及ぼす。
本実施形態の書き込み部の接続関係について説明する。磁壁移動素子DW1、DW2、DW3、DW4は直列に接続され、その一端はNMOSトランジスタN13に、その他端はNMOSトランジスタN14に接続されている。NMOSトランジスタN13は書き込みデータ端子WDに接続され、NMOSトランジスタN14は書き込みデータ端子/WDに接続されている。NMOSトランジスタN13、N14のゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続されている。
センス回路31は図5B、貫通電流制御回路21は図2Aを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図13は本実施形態の不揮発論理ゲートの不揮発抵抗素子近傍の断面図であり、NMOSトランジスタN13、磁壁移動素子DW1、DW3、不揮発抵抗素子R1、R3、NMOSトランジスタN1を示す。各層の面内方向で磁壁移動素子の長手方向をX、面内に垂直方向をZとする。
図14A、Bは本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図である。各層の面内方向で、磁壁移動素子の長手方向をX、その垂直方向をYとする。図14Aはフリー層以下の層の概要を示す。図14Bはセンス層以下の層の概要を示す。
磁壁移動素子DW1、DW3は、フリー層1305と第1のハード層1303と第2のハード層1304を含む。一例として、フリー層及び第1、第2のハード層は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。センス素子は、センス層、絶縁層、リファレンス層を含む。センス層、リファレンス層は、一例として、面内磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。
図13を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの断面構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路を構成するトランジスタ層1301、第1のメタル層1302、第1のハード層1303または第2のハード層1304、フリー層1305、第2のメタル層1306、リファレンス層1307、絶縁層1308、センス層1309を含む。センス素子1310は、図13と逆に、基板に近い層から、センス層、絶縁層、リファレンス層の順に積層されていても良い。また、第1のハード層と第2のハード層はフリー層の上部に積層されていてもよい。第1のハード層1303と第2のハード層1304の磁化の方向は、図13中に矢印で示すように、逆向きに固定されている。書き込みイネーブル信号WEをHighにすることで、書き込み電流Iwをフリー層に供給する。フリー層の磁化は書き込み電流Iwとしてのスピン偏極電流の向きによって、スピントルク効果によって、Z方向に沿って上下に変化できる。センス素子1310のセンス層1309はフリー層1305の上部に位置し、フリー層からの漏洩磁界を感度よくセンスすることができる。また、センス素子は、フリー層の下に配置されていてもよい。
本実施形態の不揮発論理ゲートでは、書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN13を介して、直列に接続されたフリー層を流れる。書き込み電流の向きに応じて、フリー層の磁化の向きはZ方向または−Z方向に向けることができる。読み出し電流Isは、センス回路およびNMOS論理回路11から2つのセンス素子R1、R3、NMOSトランジスタN1を介してグラウンドに流れる。
図14A、図14Bを参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの平面構造について説明する。磁壁移動素子DW1、DW2、DW3、DW4は電気的に直列に接続される。フリー層の中心軸からY方向にややずらして配置されたセンス素子R1、R2、R3、R4のセンス層の磁化は、フリー層1305からの漏洩磁界によって、+Y方向または−Y方向を向く。センス素子のリファレンス層1307の磁化の向きが+Y方向に設定され、かつ、磁壁移動素子のフリー層の磁化が−Z方向を向いている場合、センス素子R1、R3は低抵抗状態になり、センス素子R2、R4は高抵抗状態になる。書き込み電流の逆にすると、フリー層の磁化が逆向きになり、各センス素子の抵抗状態は反転する。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書き込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子は、前記のトランジスタ層に形成されるCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第4の実施形態〕
図15は本発明の第4実施形態に関わる不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発論理ゲートは、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として磁壁移動素子を用いる点では、第3実施形態と同様であるが、不揮発抵抗素子と磁壁移動素子が一体化している点が、第3実施形態(図12)と異なる。
より詳細には、NMOSトランジスタN31、N32、N33、N34、N35、N36、N37、N38とANDゲート61と相補のデータ入力信号WD、/WDと書き込みイネーブル信号WE、/WEを含む。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み部の接続関係について説明する。不揮発抵抗素子R1の一端は、磁壁移動素子DW1を介してNMOSトランジスタN31、磁壁移動素子DW1とDW3を介してNMOSトランジスタN32、および、磁壁移動素子DW1とDW3を介して不揮発抵抗素子R3に接続され、他端はNMOSトランジスタN35に接続されている。
不揮発抵抗素子R3の一端は、磁壁移動素子DW3を介してNMOSトランジスタN32、磁壁移動素子DW3とDW1を介してNMOSトランジスタN31、および、磁壁移動素子DW3とDW1を介して不揮発抵抗素子R1に接続され、他端はNMOSトランジスタN37に接続されている。
不揮発抵抗素子R2の一端は、磁壁移動素子DW2を介してNMOSトランジスタN33、磁壁移動素子DW2とDW4を介してNMOSトランジスタN34、および、磁壁移動素子DW2とDW4を介して不揮発抵抗素子R4に接続され、他端はNMOSトランジスタN36に接続されている。
不揮発抵抗素子R4の一端は、磁壁移動素子DW4を介してNMOSトランジスタN33、磁壁移動素子DW4とDW2を介してNMOSトランジスタN34、および、磁壁移動素子DW4とDW2を介して不揮発抵抗素子R4に接続され、他端はNMOSトランジスタN38に接続されている。
NMOSトランジスタN31の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は磁壁移動素子DW1とDW3を介してNMOSトランジスタN32に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN32の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は磁壁移動素子DW3とDW1を介してNMOSトランジスタN31に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN33の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は磁壁移動素子DW2とDW4を介してNMOSトランジスタN33に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN34の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は磁壁移動素子DW4とDW2を介してNMOSトランジスタN34に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN35のドレインはNMOS論理回路11に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲート61の出力に接続されている。NMOSトランジスタN36のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲート61の出力に接続されている。
NMOSトランジスタN37のドレインは不揮発抵抗素子R3に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。NMOSトランジスタN38のドレインは不揮発抵抗素子R4に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。
本実施形態の不揮発論理ゲートではセンス回路31は図5Bを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図16は本実施形態の不揮発論理ゲートの不揮発抵抗素子近傍の断面図である。図16は、図15の、ANDゲート61、不揮発抵抗素子R1とR3、磁壁移動素子DW1とDW3、NMOSトランジスタN31、N32、N35、N37を示す。図17は本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図であり、図15の不揮発抵抗素子R1とR3、磁壁移動素子DW1とDW3のみを示している。
図16、17を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路を構成するトランジスタ層1601、第1のメタル層1602、第1のハード層1603、または、第2のハード層1604、フリー層1605、絶縁層1606、リファレンス層1607を含む。一例として、フリー層及びハード層は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。第1のハード層1603と第2のハード層1604の磁化の方向は逆向きに固定されている。書き込みはスピントルク効果を用いる。フリー層1605の磁化は書き込み電流Iwとしてのスピン偏極電流の向きによって、Z方向と−Z方向のどちらにも向けることができる。
書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN31を介して、直列に接続されたフリー層を流れる。読み出し電流Isは、センス回路31、NMOS論理回路11、NMOSトランジスタN35、不揮発抵抗素子R1、R3、NMOSトランジスタN37を介してグラウンドに流れる。
本実施形態の不揮発論理ゲートはANDゲート61が追加されている。ANDゲート61は、NMOS論理回路11と磁気抵抗素子を接続するNMOSトランジスタN35、N36を制御するために用いられる。ANDゲート61は、書き込み時にNMOSトランジスタN35、N36をオフし、NMOS回路11を介してセンス回路31から電流が不揮発抵抗素子に流れないようにする。これにより、書き込み電流パス上の電流量を精密に制御することができる。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、第3実施形態に比較して、フリー層とセンス層の間のメタル層を1層減らすことが出来る。これは、必要なメタル層を減らせるため、製造工程の短縮、製造コストの低減につながる。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書き込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子はCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第5の実施形態〕
図18は本発明の第5実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発論理ゲートは、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として、磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4を用いる点が、第3実施形態(図12)と異なる。また、不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4としてセンス素子を用いている。
より詳細には、NMOSトランジスタN13、N14と磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4と相補のデータ入力信号WD,/WDと書き込みネーブル信号WEを含む。磁気抵抗素子は、漏洩磁界を通じて、センス素子の抵抗に影響を及ぼす。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み部の接続関係について説明する。磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4は直列に接続され、その一端はNMOSトランジスタN13に、その他端はNMOSトランジスタN14に接続されている。NMOSトランジスタ13は書き込みデータ端子WDに接続され、NMOSトランジスタ14は書き込みデータ端子/WDに接続されている。NMOSトランジスタ13、14のゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続されている。
センス回路31は図5B、貫通電流制御回路21は図2Aを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図19は本実施形態の不揮発論理ゲートの抵抗素子近傍の断面図である。図19は図18のNMOSトランジスタN13、N1、磁気抵抗素子MR1、MR3、センス素子R1、R3を示す。図20A、図20Bは本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図であり、磁気抵抗素子MR1〜MR4、センス素子R1〜R4のみを示している。図20Aはフリー層以下の層の概要を示している。図20Bはセンス層以下の層の概要を示している。
磁気抵抗素子は、フリー層と第1の絶縁層と第1のリファレンス層を含む。一例として、フリー層と第1のリファレンス層は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。また、第1のリファレンス層とフリー層の間の第1の絶縁層は導電層であっても良い。センス素子は、センス層、第2の絶縁層、第2のリファレンス層を含む。センス層、第2のリファレンス層は、一例として、面内磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。
図19を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの断面構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路を構成するトランジスタ層1901、第1のメタル層1902、第1のリファレンス層1903、第1の絶縁層1904、フリー層1905、第2のメタル層1906、第3のメタル1907、第2のリファレンス層1908、第2の絶縁層1909、センス層1910を含む。センス素子1911は、基板に近い層から、センス層、第2の絶縁層、第2のリファレンス層の順に積層されていても良い。また、磁気抵抗素子は、基板に近い層から順にフリー層、第1の絶縁層、第1のリファレンス層の順に積層されていてもよい。書き込みはスピントルク効果を用いる。フリー層の磁化は書き込み電流の流れる向きによって、Z方向と−Z方向のどちらにも向けることができる。センス素子はフリー層の上部に位置し、フリー層からの漏洩磁界を感度よくセンスすることが出来る。また、センス素子は、フリー層の下方に配置されていてもよい。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN13を介して、直列に接続されたフリー層1905を流れる。書き込み電流Iwの向きに応じて、フリー層の磁化の向きはZ方向または−Z方向に向けることが出来る。読み出し電流Isは、センス回路31およびNMOS論理回路11から2つのセンス素子R1、R3、NMOSトランジスタN1を介してグラウンドに流れる。
図20A、図20Bを参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの平面構造について説明する。磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4は電気的に直列に接続される。磁気抵抗素子の真上からX方向にややずらして配置されたセンス素子R1、R2、R3、R4のセンス層の磁化は、フリー層1905からの漏洩磁界によって、+X方向または−X方向を向く。センス素子の第2のリファレンス層1908の磁化の向きが−X方向に設定され、かつ、フリー層の磁化が+Z方向を向いている場合、センス素子R1、R2、R3、R4は低抵抗状態である。フリー層の磁化が逆向きになった場合、各センス素子の状態も反転する。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書き込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。
本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、第3実施形態に対して、ハード層1とハード層2が必要ない。そのため、同一層内に、ハード層1とハード層2を作り分ける必要が無く、製造工程が簡単になり、歩留まりの向上や製造コストの低減につながる。また、上記不揮発抵抗素子はCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体51、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力増加を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第6の実施形態〕
図21は本発明の第6実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いたる障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発論理ゲートは、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として、磁気抵抗素子MR1、MR2、MR3、MR4を用いる。また、不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4としてセンス素子を用いている。
より詳細には、NMOSトランジスタN31、N32、N33、N34、N35、N36とANDゲートと相補のデータ入力信号WD、/WDと書き込みイネーブル信号WE、/WEを含む。磁気抵抗素子は、漏洩磁界を通じて、センス素子の抵抗に影響を及ぼす。
本実施形態の本不揮発論理ゲートの書き込み部の接続関係について説明する。不揮発抵抗素子R1の一端は、磁気抵抗素子MR1の一端と、磁気抵抗素子MR3の一端と、不揮発抵抗素子R3の一端に接続され、他端はNMOSトランジスタN35に接続されている。磁気抵抗素子MR1の他端は、NMOSトランジスタN31に接続されている。磁気抵抗素子MR3の他端はNMOSトランジスタN32に接続されている。不揮発抵抗素子R3の他端はNMOSトランジスタN37に接続されている。
不揮発抵抗素子R2の一端は磁気抵抗素子MR2の一端と、磁気抵抗素子MR4の一端と、不揮発抵抗素子R4の一端に接続され、他端はNMOSトランジスタN36に接続されている。磁気抵抗素子MR2の他端はNMOSトランジスタN33に接続される。磁気抵抗素子MR4の他端はNMOSトランジスタN34に接続される。不揮発抵抗素子R4の他端はNMOSトランジスタN38に接続されている。
NMOSトランジスタN31の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は磁気抵抗素子MR1に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN32の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は磁気抵抗素子MR3に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN33の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は磁気抵抗素子MR2に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN34の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は磁気抵抗素子MR4に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN35のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発性抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲートの出力に接続されている。NMOSトランジスタN36のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートはANDゲート61の出力に接続されている。
NMOSトランジスタN37のドレインは不揮発抵抗素子R3に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。NMOSトランジスタN38のドレインは不揮発抵抗素子R4に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。
本実施形態の不揮発論理ゲートではセンス回路31は図5Bを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図22は本実施形態の不揮発論理ゲートの抵抗素子近傍の断面図である。図22はANDゲート61、NMOSトランジスタN31、N32、N35、N37、センス素子R1、R3、磁気抵抗素子MR1、MR3を示す。図23は本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図であり、センス素子R1〜R4、磁気抵抗素子MR1〜MR4のみを示す。
磁気抵抗素子は、フリー層2205と第1の絶縁層2204と第1のリファレンス層2203を含む。一例として、フリー層2205と第1のリファレンス層2203は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。また、フリー層2205と第1のリファレンス層2203の間の第1の絶縁層2204は導電層であっても良い。センス素子2210は、センス層2209、第2の絶縁層2208、第2のリファレンス層2207を含む。センス層2209、第2のリファレンス層2207は、一例として、面内磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。
図22を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの断面構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路を形成するトランジスタ層2201、第1のメタル層2202、第1のリファレンス層2203、第1の絶縁層2204、フリー層2205、第2のメタル層2206、第2のリファレンス層2207、第2の絶縁層2208、センス層2209を含む。センス素子2210は、基板に近い層から、センス層、第2の絶縁層、第2のリファレンス層の順に積層されていても良い。また、磁気抵抗素子は、基板に近い層から順にフリー層、第1の絶縁層、第1のリファレンス層の順に積層されていてもよい。書き込みはスピントルク効果を用いる。フリー層の磁化は書き込み電流Iwの流れる向きによって、Z方向または−Z方向に向けることができる。センス素子はフリー層の上部に位置し、フリー層からの漏洩磁界を感度よくセンスすることができる。また、センス素子は、フリー層の下方に配置されていてもよい。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN31、N32を利用して、直列に接続された不揮発抵抗素子MR1、MR3を流れる。書き込み電流の向きに応じて、フリー層2205の磁化の向きはZ方向または−Z方向に向けることができる。読み出し電流Isは、センス回路31およびNMOS論理回路11、NMOSトランジスタN35、2つのセンス素子、NMOSトランジスタN37を介してグラウンドに流れる。
図23を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの平面構造について説明する。磁気抵抗素子MR1、MR3は電気的に直列に接続される。磁気抵抗素子MR2、MR4は電気的に直列に接続される。磁気抵抗素子の真上からX方向にややずらして配置されたセンス素子R1、R2、R3、R4のセンス層の磁化は、フリー層からの漏洩磁界によって、+X方向または−X方向を向く。センス素子のリファレンス層の磁化の向きが−X方向に設定され、かつ、フリー層の磁化が+Z方向を向いている場合、センス素子R3、R4は低抵抗状態、センス素子R1、R2は高抵抗状態である。フリー層の磁化が逆向きになった場合、各センス素子の状態も反転する。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、第5実施形態に比較して、磁気抵抗素子とセンス素子の位置関係を変更することで、フリー層とセンス素子の間のメタル層を1層減らすことが出来る。これは、フリー層とセンス層の磁気的結合を強めるため、感度よくセンス素子のセンス層はフリー層の磁化の向きをセンスでき、読み出しの信頼性を高める。また、必要なメタル層を減らせるため、製造工程の短縮、製造コストの低減につながる。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子はCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第7の実施形態〕
図24は本発明の第7実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発論理ゲートは、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として、不揮発抵抗素子のスピントルク効果を用いる。また、NMOSトランジスタN31 、N32、N33、N34、N35、N36とANDゲートと相補のデータ入力信号WD、/WDと書き込みイネーブル信号WE、/WEを含む。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み部の接続関係について説明する。不揮発抵抗素子R1、R3は直列に接続され、その一端はNMOSトランジスタN31と、NMOSトランジスタN35に接続され、他端はNMOSトランジスタN32と、NMOSトランジスタ37に接続されている。不揮発抵抗素子R2、R4は直列に接続され、その一端はNMOSトランジスタN33と、NMOSトランジスタN36に接続され、他端はNMOSトランジスタN34と、NMOSトランジスタN38に接続されている。
NMOSトランジスタN31の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN32の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R3に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN33の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN34の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R4に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN35のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲートの出力に接続されている。NMOSトランジスタN36のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲートの出力に接続されている。
NMOSトランジスタN37のドレインは不揮発抵抗素子R3に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。NMOSトランジスタN38のドレインは不揮発抵抗素子R4に接続され、ソースは接地し、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。
本実施形態の不揮発論理ゲートではセンス回路31は図5Bを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図25は本実施形態の不揮発論理ゲートの抵抗素子近傍の断面図である。図25は、ANDゲート61、NMOSトランジスタN31、N32、N35、N37、不揮発抵抗素子R1、R3を示す。図26は本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図であり、不揮発抵抗素子と第1、第2のメタル層を示す。
不揮発抵抗素子R1、R3は、フリー層2505と絶縁層2504とリファレンス層2503を含む。一例として、フリー層とリファレンス層は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。フリー層とリファレンス層は面内磁気異方性を有する磁性薄膜であっても良い。
図25を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの断面構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路を形成するトランジスタ層2501、第1のメタル層2502、リファレンス層2503、絶縁層2504、フリー層2505、第2のメタル層2506、を含む。不揮発抵抗素子は、基板に近い層から順にフリー層、絶縁層、リファレンス層の順に積層されていてもよい。書き込みはスピントルク効果を利用する。フリー層の磁化は書き込み電流Iwの流れる向きによって、Z方向または−Z方向に向けることができる。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN35を介して、直列に接続された不揮発抵抗素子R1、R3を流れる。書き込み電流Iwの向きに応じて、フリー層の磁化の向きはZ方向または−Z方向に向けることができる。読み出し電流Isは、センス回路およびNMOS論理回路、NMOSトランジスタN35、2つの不揮発抵抗素子R1、R3、NMOSトランジスタN37を介してグラウンドに流れる。
図26を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの平面構造について説明する。不揮発抵抗素子R1、R3は電気的に直列に接続される。不揮発抵抗素子R2、R4は電気的に直列に接続される。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子はCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、第6実施形態に比較し、センス素子が無いため、工程数が削減でき、低コストで製造できる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力増加を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
〔第8の実施形態〕
図27は本発明の第8実施形態に係る不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた障害耐性の高い不揮発論理ゲート1の回路図である。本実施形態の不揮発論理ゲートは、不揮発抵抗素子の具体的な書き込み手段として、不揮発抵抗素子のスピントルク効果を用いる。また、NMOSトランジスタN13、N14 、N35、N36、N39とANDゲートと相補のデータ入力信号WD、/WDと書き込みイネーブル信号WE、/WEを含む。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み部の接続関係について説明する。不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4は直列に接続され、その一端はNMOSトランジスタN13と、NMOSトランジスタN35に接続され、他端はNMOSトランジスタN14と、NMOSトランジスタN36に接続されている。
NMOSトランジスタN13の一端は書き込みデータWDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。NMOSトランジスタN14の一端は書き込みデータ/WDに接続され、他端は不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートは書き込みイネーブル信号WEに接続される。
NMOSトランジスタN35のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R1に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲートの出力に接続されている。NMOSトランジスタN36のドレインはNMOS論理回路に接続され、ソースは不揮発抵抗素子R2に接続され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEとクロックCLKのANDゲート61の出力に接続されている。NMOSトランジスタN39のドレインは不揮発抵抗素子R3とR4に接続され、ソースは接地され、ゲートは書き込みディスエーブル信号/WEに接続されている。
本実施形態の不揮発論理ゲートではセンス回路31は図5Bを利用している。また、NMOS論理回路11は図3の回路を利用できる。
図28は本実施形態の不揮発論理ゲートの抵抗素子近傍の断面図である。図28は、ANDゲート61、NMOSトランジスタN13、N35、N39、不揮発抵抗素子R1、R3を示す。図29は本実施形態の不揮発論理ゲートの平面図であり、不揮発抵抗素子と第1、第2のメタル層を示す。
不揮発抵抗素子R1、R3は、フリー層2805と絶縁層2804とリファレンス層2803を含む。一例として、フリー層とリファレンス層は垂直磁気異方性を有する磁性薄膜を用いる。フリー層とリファレンス層は面内磁気異方性を有する磁性薄膜であっても良い。
図28を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの断面構造について説明する。断面構造は、基板に近い層から、CMOS回路の形成されるトランジスタ層2801、第1のメタル層2802、リファレンス層2803、絶縁層2804、フリー層2805、第2のメタル層2806を含む。不揮発抵抗素子は、基板に近い層から順にフリー層、絶縁層、リファレンス層の順に積層されていてもよい。書き込みはスピントルク効果を利用する。フリー層の磁化は書き込み電流Iwの流れる向きによって、Z方向または−Z方向に向けることができる。
本実施形態の不揮発論理ゲートの書き込み電流Iwは、NMOSトランジスタN35を介して、直列に接続された不揮発抵抗素子R1、R3を流れる。書き込み電流Iwの向きに応じて、フリー層の磁化の向きはZ方向または−Z方向に向けることができる。読み出し電流Isは、センス回路31およびNMOS論理回路11、NMOSトランジスタN35、2つの不揮発抵抗素子R1、R3、NMOSトランジスタN39を介してグラウンドに流れる。
図29を参照して、本実施形態の不揮発論理ゲートの平面構造について説明する。不揮発抵抗素子R1、R2、R3、R4は電気的に直列に接続される。
本実施形態の不揮発論理ゲートは、図1に対して、障害耐性を高めるために2つの不揮発抵抗素子が追加されているものの、複数の不揮発抵抗素子をシリアルに経由する書き込み電流を供給し、上記複数の不揮発抵抗素子を同時に書き込むことを特徴とするため、書き込み回路の追加がなく、回路面積を小さく抑えられる。また、同時に消費電力も低く抑えられる。また、上記不揮発抵抗素子はCMOS回路の上に積層されるため、回路面積の増加を抑えることができる。
本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、第7実施形態と比較して、書き込み電流を供給するNMOSトランジスタの数を削減できる。これにより、回路面積の削減し、低コストな不揮発論理ゲートを提供できる。
上記のように、本実施形態の不揮発抵抗ネットワーク集合体、および、それを用いた不揮発論理ゲートは、回路の面積増加、消費電力増加を抑えつつ、障害耐性を高めた不揮発論理ゲートを提供する。
以上、いくつかの実施の形態に基づき本発明を具体的に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことができ、これらの変更例も本発明に含まれることはいうまでもない。
(付記)
(付記1)
不揮発抵抗素子を複数接続した第1、第2の抵抗ネットワークを備え、前記第1、第2の抵抗ネットワークへの書き込み手段を備え、前記書き込み手段を用いて、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値が異なるように書き込むことを特徴とする、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記2)
前記各々の合成抵抗値は、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の端子間での抵抗値である、付記1に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記3)
前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値の差により記憶データを判別する、付記1または2に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記4)
前記書き込み手段で、前記第1の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDが書き込まれ、前記第2の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDの反転値が書き込まれる、付記1、2または3に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記5)
前記第1、第2の抵抗ネットワークは、前記複数の不揮発抵抗素子を直列、もしくは、並列、もしくは、直並列に接続したものである、付記1、2、3または4に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記6)
前記書き込み手段は、磁壁移動素子を直列に接続した回路を有する、付記1、2、3、4または5に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記7)
前記書き込み手段は、磁気抵抗素子を直列に接続した回路を有する、付記1、2、3、4または5に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記8)
付記1、2、3、4、5、6または7に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体の、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値によって定まる記憶データを用いて論理演算する、不揮発論理ゲート。
(付記9)
前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗によって定まる記憶データを用いて論理演算する論理回路を設け、前記演算結果を入力し、相捕の出力を行うセンス回路を設けることを特徴とする、付記8に記載の不揮発論理ゲート。
(付記10)
前記第1、第2の抵抗ネットワークの一端とグラウンドの間に貫通電流制御回路を設けることを特徴とする、付記8または9に記載の不揮発論理ゲート。
(付記11)
複数の不揮発抵抗素子からなる第1の抵抗ネットワークと、複数の不揮発抵抗素子からなる第2の抵抗ネットワークと、複数の不揮発抵抗素子からなる第3の抵抗ネットワークと、書き込み回路を備え、上記不揮発抵抗素子は、第1の読み出し端子と第2の読み出し端子と第1の書き込み端子と第2の書き込み端子を備え、上記第1の抵抗ネットワークは、上記不揮発抵抗素子の読み出し端子同士を接続して抵抗ネットワークを構成し、上記第2の抵抗ネットワークは、上記不揮発抵抗素子の読み出し端子同士を接続して抵抗ネットワークを構成し、上記第3のネットワークは、上記不揮発抵抗素子の書き込み端子同士を接続してネットワークを構成し、上記第1の抵抗ネットワークの合成抵抗と、上記第2の抵抗ネットワークの合成抵抗とにより論理値を決定し、上記書き込み回路は、書き込み電流を供給、もしくは、終端する第1の端子と、書き込み電流を終端、もしくは、供給する第2の端子を備え、一方の端子が供給する場合、他方は終端し、上記書き込み回路は、上記第3のネットワークに接続され、上記複数の不揮発抵抗素子を書き込むことを特徴とする、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記12)
付記11に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、上記第1の抵抗ネットワークまたは上記第2の抵抗ネットワークは直列、もしくは、並列、もしくは、直並列に接続された不揮発性抵抗素子からなる抵抗ネットワークを構成し、上記第3の抵抗ネットワークは直列に接続された不揮発抵抗素子からなる、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記13)
付記12に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、上記第1の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDが書き込まれ、上記第2の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDの反転値が書き込まれる、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記14)
付記13に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、不揮発性抵抗素子は、スピントルク効果により書込みを行う、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記15)
付記14に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、さらにセンス素子を備え、スピントルク効果で書き込まれた磁性層からの漏洩磁界によって、センス素子のデータを書き換え、書き込み電流経路と読み出し電流経路を電気的に分離している、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記16)
付記13に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、複数の書き込み回路を備え、不揮発抵抗素子の第2の読み出し端子と第2の書き込み端子が同一であり、2つの不揮発磁気抵抗素子に対して、それぞれ1つの書き込み回路が備えられている、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記17)
付記13に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、不揮発抵抗素子の第1の読み出し端子と第1の書き込み端子が同一であり、さらに不揮発抵抗素子の第2の読み出し端子と第2の書き込み端子が同一である、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記18)
付記13に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体において、第1の不揮発抵抗素子と、第2の不揮発抵抗素子と、第3の不揮発抵抗素子と、第4の不揮発抵抗素子と、第1のセンス素子と、第2のセンス素子と、第3のセンス素子と、第4のセンス素子と、書き込み回路を備え、第1から第4の不揮発抵抗素子は、第1の端子と第2の端子をそれぞれ備え、第1の不揮発抵抗素子の第1の端子と、書き込み回路の第1の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第3の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第3の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第4の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第4の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第1の端子と、書き込み回路の第2の端子とが接続され、第1から第4の不揮発抵抗素子と、第1から第4のセンス素子は電気的に分離されており、第1のセンス素子は第1の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第2のセンス素子は第2の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第3のセンス素子は第3の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第4のセンス素子は第4の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第1のセンス素子と第3のセンス素子の第1の合成抵抗と、第2のセンス素子と第4のセンス素子の第2の合成抵抗を比較し、記憶データを判別する、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記19)
付記13に記載の不揮発論理ゲートにおいて、第1の不揮発抵抗素子と、第2の不揮発抵抗素子と、第3の不揮発抵抗素子と、第4の不揮発抵抗素子と、書き込み回路を備え、第1から第4の不揮発抵抗素子は第1の端子と第2の端子をそれぞれ備え、第1の不揮発抵抗素子の第1の端子と、書き込み回路の第1の端子1が接続され、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第3の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第3の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第4の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第4の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第1の端子と、書き込み回路の第2の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子と第3の不揮発抵抗素子の第1の合成抵抗と、第2の不揮発抵抗素子と第4の不揮発抵抗素子の第2の合成抵抗を比較し、記憶データを判別する、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記20)
付記13に記載の不揮発論理ゲートにおいて、第1の不揮発抵抗素子と、第2の不揮発抵抗素子と、第3の不揮発抵抗素子と、第4の不揮発抵抗素子と、第1の書き込み回路と第2の書き込み回路を備え、第1から第4の不揮発抵抗素子は第1の端子と第2の端子をそれぞれ備え、第1の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第1の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第3の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第3の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第1の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第2の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第4の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第4の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第2の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子と第3の不揮発抵抗素子の第1の合成抵抗と、第2の不揮発抵抗素子と第4の不揮発抵抗素子の第2の合成抵抗を比較し、記憶データを判別する、不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記21)
付記13に記載の不揮発論理ゲートにおいて、第1の不揮発抵抗素子と、第2の不揮発抵抗素子と、第3の不揮発抵抗素子と、第4の不揮発抵抗素子と、第1の書き込み回路と第2の書き込み回路を備え、第1から第4の不揮発抵抗素子はそれぞれ第1の端子と第2の端子と第3の端子を備え、第1の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第1の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第3の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第3の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第1の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第2の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第4の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第4の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第2の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子の第3の端子と第1の不揮発抵抗素子の第2の端子の間の抵抗と、第3の不揮発抵抗素子の第3の端子と第3の不揮発抵抗素子の第1の端子の間の抵抗とからなる第1の合成抵抗と、第2の不揮発抵抗素子の第3の端子と第2の不揮発抵抗素子の第2の端子の抵抗と、第4の不揮発抵抗素子の第3の端子と第4の不揮発抵抗素子の第1の端子の抵抗とからなる第2の合成抵抗と、前記第1と第2の合成抵抗を比較し、記憶データを判別する不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記22)
付記13に記載の不揮発論理ゲートにおいて、第1の不揮発抵抗素子と、第2の不揮発抵抗素子と、第3の不揮発抵抗素子と、第4の不揮発抵抗素子と、第1のセンス素子と、第2のセンス素子と、第3のセンス素子と、第4のセンス素子と、第1の書き込み回路と第2の書き込み回路を備え、第1から第4の不揮発抵抗素子は第1の端子と第2の端子をそれぞれ備え、第1の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第1の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第3の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第3の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第1の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第1の端子と、第2の書き込み回路の第1の端子とが接続され、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第4の不揮発抵抗素子の第1の端子とが接続され、第4の不揮発抵抗素子の第2の端子と、第2の書き込み回路の第2の端子とが接続され、第1から第4のセンス素子それぞれ第1の端子と第2の端子を備え、第1のセンス素子の第2の端子と、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第3のセンス素子の第1の端子と、第1の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第2のセンス素子の第2の端子と、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第4のセンス素子の第2の端子と、第2の不揮発抵抗素子の第2の端子とが接続され、第1のセンス素子は第1の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第2のセンス素子は第2の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第3のセンス素子は第3の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第4のセンス素子は第4の不揮発抵抗素子のデータを漏洩磁界によりセンスし、第1のセンス素子と第3のセンス素子の第1の合成抵抗と、第2のセンス素子と第4のセンス素子の第2の合成抵抗を比較し、記憶データを判別する不揮発抵抗ネットワーク集合体。
(付記23)
付記11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、21または22に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体の、前記抵抗ネットワークの合成抵抗によって定まる記憶データを用いて論理演算する、不揮発論理ゲート。
(付記24)
前記抵抗ネットワークの合成抵抗によって定まる記憶データを用いて論理演算する論理回路を設け、前記演算結果を入力し、相捕の出力を行うセンス回路を設けることを特徴とする、付記23に記載の不揮発論理ゲート。
(付記25)
前記複数の抵抗ネットワークの一端とグラウンドの間に貫通電流制御回路を設けることを特徴とする、付記23または24に記載の不揮発論理ゲート。
この出願は、2011年9月27日に出願された日本出願特願2011−210552を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。
11 NMOS論理回路
21 貫通電流制御回路
31 センス回路
41 書き込み回路
51 不揮発抵抗ネットワーク集合体
61 ANDゲート
Claims (10)
- 不揮発抵抗素子を複数接続した第1、第2の抵抗ネットワークを備え、
前記第1、第2の抵抗ネットワークへの書き込み手段を備え、
前記書き込み手段を用いて、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値が異なるように書き込むことを特徴とし、
前記書き込み手段は、磁壁移動素子を直列に接続した回路、もしくは、磁気抵抗素子を直列に接続した回路を有する、不揮発抵抗ネットワーク集合体。 - 前記各々の合成抵抗値は、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の端子間での抵抗値である、請求項1に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
- 前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値の差により記憶データを判別する、請求項1または2に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
- 前記書き込み手段で、前記第1の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDが書き込まれ、前記第2の抵抗ネットワークに属する不揮発抵抗素子には、データDの反転値が書き込まれる、請求項1、2または3に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
- 前記第1、第2の抵抗ネットワークは、前記複数の不揮発抵抗素子を直列、もしくは、並列、もしくは、直並列に接続したものである、請求項1、2、3または4に記載の不揮発抵抗ネットワーク集合体。
- 不揮発抵抗素子を複数接続した第1、第2の抵抗ネットワークを備えた不揮発抵抗ネットワーク集合体の、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値によって定まる記憶データを用いて論理演算し、
前記不揮発抵抗ネットワーク集合体は、前記第1、第2の抵抗ネットワークへの書き込み手段を備え、前記書き込み手段を用いて、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値が異なるように書き込むことを特徴とする、不揮発論理ゲート。 - 前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗によって定まる記憶データを用いて論理演算する論理回路を設け、前記演算結果を入力し、相捕の出力を行うセンス回路を設けることを特徴とする、請求項6に記載の不揮発論理ゲート。
- 前記第1、第2の抵抗ネットワークの一端とグラウンドの間に貫通電流制御回路を設けることを特徴とする、請求項6または7に記載の不揮発論理ゲート。
- 前記各々の合成抵抗値は、前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の端子間での抵抗値である、請求項6から8の内の1項記載の不揮発論理ゲート。
- 前記第1、第2の抵抗ネットワークの各々の合成抵抗値の差により記憶データを判別する、請求項6から9の内の1項記載の不揮発論理ゲート。
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