特許 6556227 自己参照型ＭＲＡＭセル及び当該自己参照型ＭＲＡＭセルを有する磁場センサ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6556227

(24)【登録日】2019年7月19日

(45)【発行日】2019年8月7日

(54)【発明の名称】自己参照型ＭＲＡＭセル及び当該自己参照型ＭＲＡＭセルを有する磁場センサ

(51)【国際特許分類】

   G01R 33/09 20060101AFI20190729BHJP

   H01L 21/8239 20060101ALI20190729BHJP

   H01L 27/105 20060101ALI20190729BHJP

   H01L 43/08 20060101ALI20190729BHJP

   G11C 11/16 20060101ALI20190729BHJP

【ＦＩ】

   G01R33/09

   H01L27/105 447

   H01L43/08 Z

   G11C11/16 100A

【請求項の数】13

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2017-517334(P2017-517334)

(86)(22)【出願日】2015年9月24日

(65)【公表番号】特表2017-533419(P2017-533419A)

(43)【公表日】2017年11月9日

(86)【国際出願番号】EP2015072029

(87)【国際公開番号】WO2016050614

(87)【国際公開日】20160407

【審査請求日】2018年6月12日

(31)【優先権主張番号】14290298.0

(32)【優先日】2014年10月3日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】509096201

【氏名又は名称】クロッカス・テクノロジー・ソシエテ・アノニム

(74)【代理人】

【識別番号】100069556

【弁理士】

【氏名又は名称】江崎 光史

(74)【代理人】

【識別番号】100111486

【弁理士】

【氏名又は名称】鍛冶澤 實

(74)【代理人】

【識別番号】100173521

【弁理士】

【氏名又は名称】篠原 淳司

(74)【代理人】

【識別番号】100153419

【弁理士】

【氏名又は名称】清田 栄章

(72)【発明者】

【氏名】ステネル・カンタン

【審査官】 名取 乾治

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００２−１６４５９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１４２４２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２１８７００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−００１１１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１３０９６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１４２４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１３−５０６１４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／０１０７６１４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 欧州特許出願公開第０２５２８０６０（ＥＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０１Ｒ ３３／０９

Ｇ１１Ｃ １１／１６

Ｈ０１Ｌ ２１／８２３９

Ｈ０１Ｌ ２７／１０５

Ｈ０１Ｌ ４３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

固定された参照磁化方向を有する参照層と、外部磁場の方向に自由に配向可能であるセンス磁化方向を有するセンス層と、前記参照層と前記センス層との間に構成されたトンネル障壁とを備える自己参照型ＭＲＡＭセルにおいて、
前記ＭＲＡＭセルは、バイアス磁化方向を有するバイアス層と、前記ＭＲＡＭセルがバイアス閾値温度以下の温度にあるときに、前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向にピン止めするバイアス反強磁性層とをさらに備え、
前記外部磁場が、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対してほぼ直角の方向に配向されるときに、当該バイアスされたセンス磁化方向が、外部磁場の存在中に線形に変化するように、前記バイアス磁化方向が、前記センス磁化方向を前記バイアス方向に対して反対の方向にバイアスさせるバイアス場を誘導する方向に配向される当該ＭＲＡＭセル。

【請求項2】

前記ＭＲＡＭセルは、このＭＲＡＭセルが参照閾値温度以下の温度にあるときに、前記参照磁化方向をピン止めする参照反強磁性層をさらに備え、前記バイアス閾値温度は、前記参照閾値温度よりも低い請求項１に記載のＭＲＡＭセル。

【請求項3】

直接のＲＫＫＹ結合が、前記センス層と前記バイアス層との間で発生しないように、前記ＭＲＡＭセルは、前記センス層と前記バイアス層との間に減結合層をさらに備える請求項１に記載のＭＲＡＭセル。

【請求項4】

電流線とプログラミングフィールド線とを有する磁場センサにおいて、
前記電流線が、複数のＭＲＡＭセルに直列に電気接続していて、
それぞれのＭＲＡＭセルが、固定された参照磁化方向を有する参照層と、外部磁場の方向に自由に配向可能であるセンス磁化方向を有するセンス層と、前記参照層と前記センス層との間に構成されたトンネル障壁と、バイアス磁化方向を有するバイアス層と、前記ＭＲＡＭセルがバイアス閾値温度以下の温度にあるときに、前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向にピン止めするバイアス反強磁性層とを備え、
前記外部磁場が、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対してほぼ直角の方向に配向されるときに、当該バイアスされたセンス磁化方向が、外部磁場の存在中に線形に変化するように、前記バイアス磁化方向が、前記センス磁化方向を前記バイアス方向に対して反対の方向にバイアスさせるバイアス場を誘導する方向に配向され、
前記電流線が、前記複数のＭＲＡＭセルをバイアス閾値温度を超える温度で加熱する加熱電流を通電するために配置されていて、
前記ＭＲＡＭセルが、前記バイアス閾値温度を超える温度で加熱されるときに、プログラミングフィールド電流を通電するためのプログラミングフィールド線が、前記ＭＲＡＭセルのバイアス磁化方向を或るバイアス方向に方向づける磁場を生成する当該磁場センサ。

【請求項5】

前記電流線は、
前記複数のＭＲＡＭセルの第１サブセットと第２サブセットとを直列にそれぞれ接続している第１支線と第２支線と、
前記複数のＭＲＡＭセルの第３サブセットと第４サブセットとを直列にそれぞれ接続している第３支線と第４支線とを備え、
前記第１支線と前記第２支線とが、前記第３支線と前記第４支線とに対して並列にホイートストンブリッジ回路構成式に電気接続されている請求項４に記載の磁場センサ。

【請求項6】

前記プログラミングフィールド線は、
第１プログラミング磁場を誘導する第１プログラミングフィールド電流を通電するために構成された第１プログラミングフィールド線部分と、
前記第１プログラミングフィールド線部分に対してほぼ直角に配置され、且つ第２プログラミング磁場を誘導する第２プログラミングフィールド電流を通電する第２プログラムフィールド線部分とを備え、
前記第１プログラミング磁場と前記第２プログラミング磁場との結合によって合成されたプログラミング磁場が、複数の前記サブセット内に構成された複数のＭＲＡＭセルのうちの任意の１つのＭＲＡＭセルの前記バイアス磁化方向を前記或るバイアス方向に方向づける請求項５に記載の磁場センサ。

【請求項7】

前記第１サブセットと前記第２サブセットとの前記ＭＲＡＭセルのバイアス方向がそれぞれ、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対して約−４５°及び４５°であり、 前記第３サブセットと前記第４サブセットとの前記ＭＲＡＭセルのバイアス方向がそれぞれ、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対して約１３５°及び−１３５°である請求項５に記載の磁場センサ。

【請求項8】

磁場センサをプログラミングするための方法において、
前記磁場センサは、
前記電流線が、複数のＭＲＡＭセルに直列に電気接続していて、
それぞれのＭＲＡＭセルが、固定された参照磁化方向を有する参照層と、外部磁場の方向に自由に配向可能であるセンス磁化方向を有するセンス層と、前記参照層と前記センス層との間に構成されたトンネル障壁と、バイアス磁化方向を有するバイアス層と、前記ＭＲＡＭセルがバイアス閾値温度以下の温度にあるときに、前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向にピン止めするバイアス反強磁性層とを備え、
前記外部磁場が、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対してほぼ直角の方向に配向されるときに、当該バイアスされたセンス磁化方向が、外部磁場の存在中に線形に変化するように、前記バイアス磁化方向が、前記センス磁化方向を前記バイアス方向に対して反対の方向にバイアスさせるバイアス場を誘導する方向に配向され、
前記電流線が、前記複数のＭＲＡＭセルをバイアス閾値温度を超える温度で加熱するための加熱電流を通電するために配置されていて、
前記ＭＲＡＭセルが、前記バイアス閾値温度を超える温度で加熱されるときに、プログラミングフィールド電流を通電するためのプログラミングフィールド線が、前記ＭＲＡＭセルのバイアス磁化方向を或るバイアス方向に方向づける磁場を生成する
ように構成され、
当該方法は、
複数のＭＲＡＭセルのうちの任意のＭＲＡＭセル内のバイアス磁化方向を自由にするために、前記任意のＭＲＡＭセルをバイアス閾値温度を超える温度に加熱することと、
当該加熱されたＭＲＡＭセルの前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向に方向づけることと、
前記バイアス磁化方向を前記バイアス方向にピン止めするために、当該加熱されたＭＲＡＭセルを前記バイアス閾値温度未満の温度に冷却することと
を備える方法。

【請求項9】

前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向に方向づけることは、前記バイアス磁化方向を方向づけるための磁場を誘導するプログラミングフィールド電流を通電することを備える請求項８に記載の方法。

【請求項10】

前記電流線は、
前記複数のＭＲＡＭセルの第１サブセットと第２サブセットとを直列にそれぞれ接続している第１支線と第２支線と、
前記複数のＭＲＡＭセルの第３サブセットと第４サブセットとを直列にそれぞれ接続している第３支線と第４支線とを備え、
前記第１支線と前記第２支線とが、前記第３支線と前記第４支線とに対して並列にホイートストンブリッジ回路構成式に電気接続されていて、
当該方法は、
当該加熱するステップと当該バイアス磁化方向を整合するステップと当該冷却するステップとを、前記第１サブセット内と前記第２サブセット内と前記第３サブセット内と前記第４サブセット内とに構成された前記複数のＭＲＡＭセルに対して連続して実行することを備える請求項８に記載の方法。

【請求項11】

当該加熱するステップは、前記第１サブセット、前記第２サブセット、前記第３サブセット及び前記第４サブセット内にそれぞれ構成された前記複数のＭＲＡＭセルを前記バイアス閾値温度以上で加熱するために、前記第１電流支線、前記第２電流支線、前記第３電流支線及び前記第４電流支線にわたって、前記加熱電圧パルスを連続して印加すること、又は
前記第１サブセット、前記第２サブセット、前記第３サブセット及び前記第４サブセット内にそれぞれ構成された前記複数のＭＲＡＭセルを前記バイアス閾値温度以上で加熱するために、前記第１電流支線、前記第２電流支線、前記第３電流支線及び前記第４電流支線に、前記加熱電流パルスを連続して通電すること
を備える請求項１０に記載の方法。

【請求項12】

前記プログラミングフィールド線は、
第１プログラミング磁場を誘導する第１プログラミングフィールド電流を通電するために構成された第１プログラミングフィールド線部分と、
前記第１プログラミングフィールド線部分に対してほぼ直角に配置され、且つ第２プログラミング磁場を誘導する第２プログラミングフィールド電流を通電するために構成された第２プログラムフィールド線部分とを備え、
前記第１プログラミング磁場と前記第２プログラミング磁場との結合から合成された前記プログラミング磁場が、複数の前記サブセット内に構成された複数のＭＲＡＭセルのうちの任意のＭＲＡＭセルの前記バイアス磁化方向に方向づけられ、
当該バイアス磁化方向を方向づけることは、
合成された前記プログラミング磁場に応じて前記バイアス閾値温度以上で加熱される前記サブセット内に構成された前記複数のＭＲＡＭセルの前記バイアス磁化方向を方向づけるために、前記第１プログラミングフィールド電流を前記第１プログラミングフィールド線に通電することと、前記第２プログラミングフィールド電流を前記第２プログラミングフィールド線に通電することを備える請求項１１に記載の方法。

【請求項13】

前記第１サブセットと前記第２サブセットとの前記ＭＲＡＭセルのバイアス方向がそれぞれ、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対して約−４５°及び４５°とされて
前記第３サブセットと前記第４サブセットとの前記ＭＲＡＭセルのバイアス方向がそれぞれ、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対して約１３５°及び−１３５°であるように、当該バイアス磁化方向を方向づけることが実行される請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、外部磁場を測定するための自己参照型ＭＲＡＭセル及び当該自己参照型ＭＲＡＭセルを有する磁場センサに関する。さらに、本開示は、磁場センサをプログラミングするための方法に関する。

【背景技術】

【0002】

自己参照型ＭＲＡＭセルは、磁気センサ又は磁気コンパス内の磁場を感知するために使用され得る。ＭＲＡＭセルは、固定された参照磁化方向を有する１つの参照層と、自由なセンス磁化方向を有する１つのセンス層と、このセンス層とこの参照層との間の１つのトンネル障壁層とを含む１つの磁気トンネル接合を有する。当該参照磁化方向及び当該センス磁化方向は、当該参照層と当該センス層との平面に対して平行に配向され得る。当該センス層の方向の変化が、一般に、外部磁場を測定するために使用される。センサ装置が、回路構成内に配置された複数の自己参照型ＭＲＡＭセルから構成され得、当該外部磁場に関する測定応答を増幅するために有益に使用され得る。例えば、ホイートストンブリッジ構成内に配置された複数の自己参照型ＭＲＡＭセルが、当該センサ装置に対して提唱されている。

【0003】

図１は、直列に接続された２つの抵抗Ｒ３、Ｒ４に対して並列な直列に接続されたその他の抵抗Ｒ１、Ｒ２から構成される従来のホイートストンブリッジを示す。図１の回路では、それぞれの抵抗が、１つの自己参照型ＭＲＡＭセルに相当し得る。

【0004】

外部磁場が、参照磁化方向に対して直角に配向され、センス磁化方向が、この参照磁化方向に対して約４５°を成して配向されるときに、当該外部磁場の存在中に測定される電圧Ｖ_ｏｕｔの線形変化が、このようなホイートストンブリッジに対して取得され得る。感知動作中に、当該センス磁化方向を当該参照磁化方向に対して約４５°を成して配向することが、１つのフィールド線に通電するフィールド電流によって誘導される磁場を印加することによって達成される。当該フィールド電流が、全ての感知動作中に通電される必要があるので、このような公知のセンサ装置を動作させることは、エレクトロマイグレーション現象に起因して寿命を低下させる静的電力消費を伴う。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】欧州特許出願公開第２５２８０６０号明細書

【特許文献2】米国特許出願公開第２０１３１０７６１４号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明の課題は、上記の欠点を解決することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の課題は、請求項１に記載の自己参照型ＭＲＡＭセルと、請求項４に記載の磁場センサと、請求項８に記載の磁場センサをプログラミングするための方法とによって解決される。

【0008】

本発明は、固定された参照磁化方向を有する１つの参照層と、外部磁場の方向に自由に配向可能であるセンス磁化方向を有する１つのセンス層と、前記参照層と前記センス層との間に構成された１つのトンネル障壁とを備える自己参照型ＭＲＡＭセルに関する。前記ＭＲＡＭセルは、バイアス磁化方向を有する１つのバイアス層と、前記ＭＲＡＭセルがバイアス閾値温度に等しい温度であるか又はこのバイアス閾値温度の下の温度であるときに、前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向にピン止めする１つのバイアス反強磁性層とをさらに備える。このような外部磁場が、前記参照磁化方向のうちの一方の磁化方向に対してほぼ直角の方向に配向されるときに、当該バイアスされたセンス磁化方向の方向が、外部磁場の存在中に線形に変化するように、前記バイアス磁化方向が、前記センス磁化方向を前記バイアス方向に対して反対の方向にバイアスするために適合されたバイアス場を誘導するために配向される。

【0009】

さらに、本開示は、複数のＭＲＡＭセルを直列に電気接続している１つの電流線を有する磁場センサに関する。前記電流線は、前記ＭＲＡＭセルをバイアス閾値温度の上で加熱するために適合された加熱電流を通電するために配置されている。前記ＭＲＡＭセルが、前記バイアス閾値温度の上の温度で加熱されるときに、プログラミングフィールド電流を通電するための１つのフィールド線が、前記ＭＲＡＭセルのバイアス磁化方向を或るバイアス方向に整合するために適合された磁場を誘導する。

【0010】

また、本開示は、複数のＭＲＡＭセルのうちの任意の１つのＭＲＡＭセル内のバイアス磁化方向を自由にするために、これらのＭＲＡＭセルのうちの任意の１つのＭＲＡＭセルをバイアス閾値温度の上の温度に加熱することと、当該加熱されたＭＲＡＭセルの前記バイアス磁化方向を或るバイアス方向に整合することと、前記バイアス磁化方向を前記バイアス方向にピン止めするために、当該加熱されたＭＲＡＭセルを前記バイアス閾値温度の下に冷却することとから成る、磁場センサをプログラミングするための方法に関する。

【0011】

当該加熱電流（又は加熱電圧パルス）及び当該プログラミングフィールド電流は、感知動作よりも非常に短いプログラミング動作中に通電されるだけで済むので、ここで開示された磁場センサは、非常により少ない静的電力消費で済み、寿命を著しく長くし得る。

【0012】

本発明は、例示され且つ図示された１つの実施の形態によってより良好に理解される。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】従来のホイートストンブリッジ構成を示す。

【図2】１つの実施の形態による磁場センサを示す。

【図3】図２の磁場センサによって測定された電圧応答のグラフである。

【図4】１つの実施の形態による１つのＭＲＡＭセルの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

図２は、１つの実施の形態による磁場センサ１００を示す。この磁場センサ１００は、ホイートストンブリッジ回路構成内で接続された４つの電流支線（３ａ，３ａ′，３ｂ，３ｂ′）を有する。特に、第１支線３ａと第２支線３ａ′とがそれぞれ、第１ＭＲＡＭセル１ａと第２ＭＲＡＭセル１ａ′とに直列に電気接続している。第３支線３ｂと第４支線３ｂ′とがそれぞれ、第３ＭＲＡＭセル１ｂと第４ＭＲＡＭセル１ｂ′とに直列に電気接続している。第１支線３ａと第２支線３ａ′とが、当該ホイートストンブリッジを構成する第３支線３ｂと第４支線３ｂ′とに並列に電気接続している。

【0015】

図４は、１つの実施の形態による複数のＭＲＡＭセル１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′のうちの任意の１つに対応するＭＲＡＭセル１の断面図である。このＭＲＡＭセル１は、１つの固定参照磁化方向２３０を有する１つの参照層２３と、外部磁場６０の方向に自由に配向可能である１つのセンス磁化方向２１０を有する１つのセンス層２１と、この参照層２３とこのセンス層２１との間に構成された１つのトンネル障壁２２とを有する。

【0016】

このセンス層２１及びこの参照層２３はそれぞれ、磁気材料、特に強磁性型の磁気材料を含むか又は当該磁気材料から形成されている。強磁性材料は、特に、当該強磁性材料が１つの方向へ飽和された後に、その磁化方向を反転させる磁場の強さを示す格別の保持力によって特徴付けられ得る。一般に、センス層２１及び参照層２３は、同じ強磁性材料又は相違する強磁性材料でもよい。センス層２１は、軟質強磁性材料、すなわち比較的低い保持力を有する強磁性材料を含有し得る一方で、参照層２３は、硬質強磁性材料、すなわち比較的高い保持力を有する強磁性材料を含有し得る。こうして、センス層２１の磁化方向が、低強度の磁場の下で容易に変更され得る。適切な強磁性材料は、典型元素を伴うか又は伴わない、遷移金属、希土類元素及びこれらの合金を含む。例えば、適切な強磁性材料は、鉄（「Ｆｅ」）、コバルト（「Ｃｏ」）、ニッケル（「Ｎｉ」）、並びにパーマロイ（又はＮｉ８０Ｆｅ２０）のような、これらの合金；Ｎｉ、Ｆｅ及びホウ素（「Ｂ」）に基づく合金；Ｃｏ９０Ｆｅ１０；Ｃｏ、Ｆｅ及びＢに基づく合金を含む。場合によっては、Ｎｉ及びＦｅ（及びオプションでＢ）に基づく合金は、Ｃｏ及びＦｅ（及びオプションでＢ）に基づく合金よりも小さい保持力を有し得る。センス層２１及び参照層２３のそれぞれの厚さは、約１ｎｍ〜約２０ｎｍ又は約１ｎｍ〜約１０ｎｍのように、ｎｍの範囲内にあり得る。センス層２１及び参照層２３のその他の実装も考えられる。例えば、センス層２１及び参照層２３のどちらか一方又は双方が、いわゆる合成反強磁性層から成る副層のような同じ様式の複数の副層を含んでもよい。

【0017】

トンネル障壁層２２は、絶縁材料を含有し得る又は絶縁材料から形成され得る。適切な絶縁材料は、酸化アルミニウム（例えば、Ａｌ_２Ｏ_３）及び酸化マグネシウム（例えば、ＭｇＯ）のような酸化物を含有する。トンネル障壁層２２の厚さは、約１ｎｍ〜約１０ｎｍのように、ｎｍの範囲内にし得る。

【0018】

図４を参照すると、ＭＲＡＭセル１は、１つの参照反強磁性層２４をさらに有してもよい。この参照反強磁性層２４は、参照層２３に隣接して配置されていて、この参照反強磁性層２４の内部又はその近くの温度が、この参照反強磁性層２４のネール温度又は別の閾値温度のような、低閾値温度Ｔ_Ｌ、すなわちブロッキング温度の下にあるときに、この参照反強磁性層２４は、交換バイアスによって参照磁化方向２３０を特定の方向に沿ってピン止めする。当該温度が、高閾値温度Ｔ_Ｈ、すなわちブロッキング温度の上にあるときにこの参照反強磁性層２４は、この参照磁化方向２３０をピン止め解除又は解放する。その結果、この参照磁化方向２３０が、別の方向に切り替え可能になる。図４の特定の例では、参照層２３が、第１参照磁化方向２３０を有する１つの第１参照副層２３１と、第２参照磁化方向２３０′を有する１つの第２参照副層２３２と、この第１参照強磁性層２３１とこの第２参照強磁性層２３２とを分離している１つの非磁性結合層２３３とから成る合成強磁性（ＳＡＦ）構造として示されている。

【0019】

参照反強磁性層２４は、反強磁性型の磁気材料を含むか又は当該磁気材料から形成されている。適切な反強磁性材料は、複数の遷移金属及びこれらの合金を含む。例えば、適切な反強磁性材料は、イリジウム（「Ｉｒ」）及びＭｎに基づく合金（例えば、ＩｒＭｎ）；Ｆｅ及びＭｎに基づく合金（例えば、ＦｅＭｎ）；白金（「Ｐｔ」）及びＭｎに基づく合金（例えば、ＰｔＭｎ）；及びＮｉ及びＭｎに基づく合金（例えば、ＮｉＭｎ）のような、マンガン（「Ｍｎ」）に基づく合金を含む。例えば、参照反強磁性層２４は、約１２０℃〜約２２０℃の範囲内の高閾値温度Ｔ_Ｈを有するＩｒ及びＭｎに基づく（又はＦｅ及びＭｎに基づく）合金を含有し得るか又は当該合金から形成され得る。センス磁化方向２１０が、ピン止め解除されているので、さもなければ動作温度窓の上限を設定する閾値温度なしに又は当該閾値温度を考慮することなしに、高い閾値温度Ｔ_Ｈが、高温用途のような、希望する用途に適応するように選択され得る。センス磁化方向２１０は、低閾値温度Ｔ_Ｌと高閾値温度Ｔ_Ｈとで自由に調整可能である。自由に調整可能なセンス磁化方向２１０を有するセンス層２１を備えるこの種類のＭＲＡＭセル１は、自己参照型ＭＲＡＭセルとして知られている。

【0020】

ＭＲＡＭセル１は、バイアス磁化方向２５０を有する１つのバイアス層２５と、ＭＲＡＭセル１がバイアス閾値温度Ｔ_Ｂに等しい温度又はその下の温度にあるときに、このバイアス磁化方向２５０を１つのバイアス方向にピン止めする１つのバイアス反強磁性層２７とを備える。直接のＲＫＫＹ結合が、バイアス層２５とセンス層２１との間で発生しないように、１つの減結合層２６が、センス層２１とバイアス層２５との間に配置されてもよい。

【0021】

バイアス層２５とセンス層２１との間の磁気結合に起因して、バイアス磁化方向２５０は、そのバイアス方向に対して反対の方向にセンス磁化方向２１０をバイアスするために適合されたバイアス場２５１を誘導するように設定される。当該バイアス方向は、参照磁化方向２３０のうちの一方の磁化方向に対して平行の方向と直角の方向との間の或る角度を成すように配向され得る。このとき、バイアス磁化方向２５０によってこのようなバイアス方向に誘導されたバイアス場２５１によってバイアスされたセンス磁化方向２１０が、参照磁化方向２３０の方向に対してほぼ直角を成す方向に配向された外部磁場６０の存在中に線形に変化し得る。

【0022】

参照磁化方向２３０の方向が、外部磁場の下でアニール処理を使用することによって設定され得る。

【0023】

１つの実施の形態では、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂは、参照閾値温度Ｔ_Ｒよりも低い。

【0024】

図２に戻ると、磁場センサ１００を１つの実施の形態にしたがってプログラミングするための方法は、
複数のＭＲＡＭセル１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′のうちの１つのＭＲＡＭセルを、そのバイアス磁化方向２５０を解放するために、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上の温度に加熱することと、
当該加熱されたＭＲＡＭセル（１）のバイアス磁化方向２５０を、そのバイアス方向に整合することと、及び
当該加熱されたＭＲＡＭセル１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′を、そのバイアス磁化方向２５０をそのバイアス方向にピン止めするために、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの下の温度に冷却することとを有する。

【0025】

特に、上記の加熱ステップ、バイアス磁化方向２５０の整合、及び冷却ステップは、第１ＭＲＡＭセル１ａ及び第２ＭＲＡＭセル１ａ′並びに第３ＭＲＡＭセル１ｂ及び第４ＭＲＡＭセル１ｂ′に対して連続して実行され得る。

【0026】

１つの実施の形態では、ＭＲＡＭセル１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′を加熱することは、第１ＭＲＡＭセル１ａ、第２ＭＲＡＭセル１ａ′、第３ＭＲＡＭセル１ｂ及び第４ＭＲＡＭセル１ｂ′をバイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で加熱するために、第１電流支線３ａ、第２電流支線３ａ′、第３電流支線３ｂ及び第４電流支線３ｂ′にわたって、加熱電圧パルス３２（図２参照）を連続して印加することから成る。

【0027】

この代わりに、ＭＲＡＭセル１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′を加熱することは、第１ＭＲＡＭセル１ａ、第２ＭＲＡＭセル１ａ′、第３ＭＲＡＭセル１ｂ及び第４ＭＲＡＭセル１ｂ′をバイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で加熱するために、第１電流支線３ａ、第２電流支線３ａ′、第３電流支線３ｂ及び第４電流支線３ｂ′に、加熱電流パルス３１を連続して通電することから成る。

【0028】

図２に示された１つの実施の形態では、プログラミングフィールド線４が、第１プログラミング磁場４２′を誘導する第１プログラミングフィールド電流４１′を通電するために構成された第１プログラミングフィールド線部分４ａを有する。このプログラミングフィールド線４は、この第１プログラミングフィールド線部分４ａに対してほぼ直角に配置され、且つ第２プログラミング磁場４２″を誘導する第２プログラミングフィールド電流４１″を通電するために構成された第２フィールド線部分４ｂをさらに有する。

【0029】

したがって、バイアス磁化方向２５０を整合するステップは、第１プログラミングフィールド電流４１′を第１プログラミングフィールド線４ａに通電することと、第２プログラミングフィールド電流４１″を第２プログラミングフィールド線４ｂに通電することとから成る。当該合成されたプログラミング磁場４２が、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で加熱される第１ＭＲＡＭセル１、第２ＭＲＡＭセル１、第３ＭＲＡＭセル１又は第４ＭＲＡＭセル１のバイアス磁化方向２５０を整合するために適合される。当該合成されたプログラミング磁場４２の方向が、第１プログラミングフィールド電流４１′と第２プログラミングフィールド電流４１″との相対的な大きさと極性とに依存する。したがって、バイアス磁化方向２５０のバイアス方向が、第１プログラミングフィールド電流４１′と第２プログラミングフィールド電流４１″との大きさと極性とを調整することによって適切な任意の方向に調整され得る。

【0030】

したがって、当該バイアス方向が、参照磁化方向２３０のうちの一方の磁化方向に対して平行の方向と直角の方向との間の或る角度を成すように、バイアス磁化方向２５０を整合するステップが実行され得る。

【0031】

第１サブセット１ａと第２サブセット１ａ′とのＭＲＡＭセル１のバイアス方向がそれぞれ、参照磁化方向２３０のうちの一方の磁化方向に対して約−４５°及び４５°であるように、及び、第３サブセット１ｂと第４サブセット１ｂ′とのＭＲＡＭセル１のバイアス方向がそれぞれ、参照磁化方向２３０のうちの一方の磁化方向に対して約１３５°及び−１３５°であるように、バイアス磁化方向２５０を整合するステップがさらに実行され得る。

【0032】

磁場センサ１００は、図２に示された構成に限定されない。例えば、磁場センサ１００は、複数のＭＲＡＭセル１から構成されてもよい。特に、第１支線３ａが、複数のＭＲＡＭセル１から成る第１サブセット１ａに直列に電気接続されてもよく、第２支線３ａ′が、複数のＭＲＡＭセル１から成る第２サブセット１ａ′に直列に電気接続されてもよく、第３支線３ｂが、複数のＭＲＡＭセル１から成る第３サブセット１ｂに直列に電気接続されてもよく、第４支線３ｂ′が、複数のＭＲＡＭセル１から成る第４サブセット１ｂ′に直列に電気接続されてもよい。

【0033】

磁場センサ１００のプログラミング動作中に、加熱するステップとバイアス磁化方向２５０を整合するステップと冷却するステップとが、第１サブセット１ａ内と第２サブセット１ａ′内と第３サブセット１ｂ内と第４サブセット１ｂ′内とに構成されたＭＲＡＭセル１に対して連続して実行され得る。

【0034】

特に、ＭＲＡＭセル１を加熱することは、ＭＲＡＭセル１から成る第１サブセット１ａと第２サブセット１ａ′と第３サブセット１ｂと第４サブセット１ｂ′とをバイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で連続して加熱するために、加熱電圧パルス３２を第１電流支線３ａと第２電流支線３ａ′と第３電流支線３ｂと第４電流支線３ｂ′とにわたって連続して印加することから成るか、又は加熱電流パルス３１を第１電流支線３ａと第２電流支線３ａ′と第３電流支線３ｂと第４電流支線３ｂ′とに連続して通電することから成る。それぞれの第１サブセット１ａと第２サブセット１ａ′と第３サブセット１ｂと第４サブセット１ｂ′とが、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で独立して加熱され得る。図２を参照すると、このことは、第１電流支線３ａの第１加熱電流パルス３１ａと、第２電流支線３ａ′の第２加熱電流パルス３１ａ′と、第３電流支線３ｂの第３加熱電流パルス３１ｂと、第４電流支線３ｂ′の第４加熱電流パルス３１ｂ′とを独立して通電することによって実行され得る。

【0035】

サブセット１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′のうちの１つのサブセット内のＭＲＡＭセル１が、バイアス閾値温度Ｔ_Ｂで又は当該バイアス閾値温度Ｔ_Ｂの上で加熱されると、第１プログラミングフィールド電流４１′と第２プログラミングフィールド電流４１″とが、第１プログラミング磁場４２′と第２プログラミング磁場４２″とをそれぞれ誘導するために、第１プログラミングフィールド線４ａと第２プログラミングフィールド線４ｂとにそれぞれ通電され得る。サブセット１ａ、１ａ′、１ｂ、１ｂ′のうちの１つのサブセット内の加熱されたＭＲＡＭセル（１）のバイアス磁化方向２５０が、第１プログラミングフィールド電流４１′と第２プログラミングフィールド電流４１″とによってそれぞれ誘導された第１プログラミング磁場４２′と第２プログラミング磁場４２″との結合から合成されるプログラミング磁場４２にしたがって整合される。

【0036】

バイアス磁化方向２５０が、当該合成されたプログラミング磁場４２の方向に応じて適切な任意のバイアス方向に整合され得る。例えば、第１サブセット１ａ内のＭＲＡＭセル１のバイアス磁化方向２５０と、第２サブセット１ａ′内のＭＲＡＭセル１のバイアス磁化方向２５０と、第３サブセット１ｂ内のＭＲＡＭセル１のバイアス磁化方向２５０と、第４サブセット１ｂ′内のＭＲＡＭセル１のバイアス磁化方向２５０とがそれぞれ、参照磁化方向２３０に対して約−４５°、４５°、１３５°、−１３５°を成して配向されたバイアス方向を有し得るし又はその他の適切な任意の方向を有し得る。

【0037】

当該プログラミング動作を実行した後に、プログラミング磁場センサ１００は、外部磁場６０を感知するために使用され得る。

【0038】

図２に戻ると、ホイートストンブリッジの磁場センサ１００が、ＭＲＡＭセル１の複数の層２１，２３の平面内で、且つ（アニール処理中に決定された）参照磁化方向２３０の方向に対してほぼ直角に配向された外部磁場６０の１つの成分方向を感知するために使用され得る。

【0039】

バイアス磁化方向２５０のバイアス方向が、参照磁化方向２３０のうちの１つの磁化方向に対して平行の方向と当該一方の磁化方向に対して直角の方向との間の或る角度を成すように配向される場合、当該バイアス磁化方向２５０によって誘導されるバイアス場２５１によってバイアスされたセンス磁化方向２１０が、当該参照磁化方向２３０の方向に対してほぼ直角に配向される外部磁場６０の当該成分によってほぼ線形に変化する。

【0040】

図３は、図２に示された磁場センサ１００の、外部磁場６０（参照磁化方向２３０の方向に対してほぼ直角に配向された成分）の存在中に第１支線３ａ及び第２支線３ａ′と第３支線３ｂ及び第４支線３ｂ′との間で測定された電圧応答Ｖ_ｏｕｔのグラフである。

【符号の説明】

【0041】

１ 自己参照型ＭＲＡＭセル
１ａ 第１サブセット
１ａ′ 第２サブセット
１ｂ 第３サブセット
１ｂ′ 第４サブセット
１００ 磁場センサ
２１ センス層
２１０ センス磁化方向
２２ トンネル障壁
２３ 参照層
２３０ 参照磁化方向
２４ 参照反強磁性層
２５ 固定バイアス層
２５０ 固定バイアス磁化方向
２６ 減結合層
２７ バイアス反強磁性層
３ 第１電流線
３ａ 第１支線
３ａ′ 第２支線
３ｂ 第３支線
３ｂ′ 第４支線
３１ 加熱電流パルス
３１ａ 加熱電流の第１部分
３１ａ′ 加熱電流の第２部分
３１ｂ 加熱電流の第３部分
３１ｂ′ 加熱電流の第４部分
３２ 加熱電圧パルス
４ プログラミングフィールド線
４ａ 第１プログラミングフィールド線
４ｂ 第２プログラミングフィールド線
４１ プログラミングフィールド電流
４１′ 第１プログラミングフィールド電流
４１″ 第２プログラミングフィールド電流
４２ プログラミング磁場
４２′ 第１プログラミング磁場
４２″ 第２プログラミング磁場
Ｔ_Ｂ バイアス温度
Ｔ_Ｈ 高閾値温度
Ｔ_Ｌ 低閾値温度
Ｖ_ｂｉａｓ 加熱電圧パルス
Ｖ_ｏｕｔ 電圧応答

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】