專利名稱：數(shù)字磁流感測器和邏輯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字磁場感測器，涉及電流感測器，涉及具有這種感測器的磁邏輯電路產(chǎn)品和集成電路，以及涉及制造這種感測器和使用這種感測器的相應(yīng)方法。
在芯片級系統(tǒng)(SoC)和其它集成電路(IC’s)中提供芯片級電流感測是為公眾所知的。這也被稱為BICS(內(nèi)置電流感測器)。在US 5,963,038中已經(jīng)有所描述，其示出了通過采用設(shè)置在導(dǎo)體附近的感測器對流過集成電路中的導(dǎo)體的電流的測量，來檢測集成電路中的故障。感測器可以用各種方式來構(gòu)造，以便測量由流過導(dǎo)體的電流產(chǎn)生的場。公開的例子包括Hall感測器、MR(磁阻)感測器和GMR(巨磁阻)感測器。這可以支持對不能通過外部檢測設(shè)備簡單訪問的導(dǎo)體的測試，或者用來檢測在平行路徑的各單獨(dú)路徑中的錯(cuò)誤，其會通過電阻率測試，即使僅僅一個(gè)路徑是導(dǎo)通的。
MR感測器具有依賴于貫穿感測器平面的外部磁場的電阻。存在不同類型的MR感測器?；诟飨虍愋源抛?AMR)的感測器已經(jīng)在磁性記錄頭中使用幾年了。MR感測器具有各向異性磁材料層，且流過該層的電流被外部磁場所影響，其引起了電阻的變化。GMR(巨磁阻)感測器具有固定方向上的磁材料層，以及其磁化方向可以受外部磁場影響的磁材料層，其引起了測量電阻的變化。根據(jù)類型和結(jié)構(gòu)，MR感測器在感測器平面的一個(gè)方向上更敏感，且在另一個(gè)方向上不那么敏感。
當(dāng)在單材料堆疊中結(jié)合感測和存儲技術(shù)時(shí)，必須在兩種技術(shù)的主要參數(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡。盡管(模擬)感測器技術(shù)的性能被表現(xiàn)為例如線性、范圍、滅磁滯等參數(shù)，存儲技術(shù)具有相反的矛盾的要求，例如極其重要的，穩(wěn)定的磁滯曲線。一種選擇是90度地旋轉(zhuǎn)存儲元件，以在自由層和硬磁層的優(yōu)先磁化軸之間形成所謂的交叉各向異性，來線性化感測器特性。然而這種解決方案限于特定傳統(tǒng)配置的MRAM堆疊。Motorola已經(jīng)開發(fā)了一種不同的MRAM方案，其特別適于存儲技術(shù)，但是也不那么適于模擬感測方案?；谶@種技術(shù)的磁感測器對小的場僅僅產(chǎn)生小的信號，使得實(shí)際上僅僅較大的場可以被測量。總的來說，現(xiàn)在存在的問題是，兩種技術(shù)是否可以一起合并到結(jié)合存儲和感測功能的單個(gè)平臺中。
已知對邏輯設(shè)備使用磁轉(zhuǎn)換屬性。過去已經(jīng)提出了幾種類型的磁性邏輯設(shè)備，它們都是基于諸如磁隧道結(jié)的MR元件的2D轉(zhuǎn)換屬性。然而，所有的選擇迄今為止依賴可以包括一個(gè)或多個(gè)磁隧道結(jié)的邏輯設(shè)備的狀態(tài)。邏輯功能可以通過選擇的基準(zhǔn)被定義，或者通過導(dǎo)出特定的預(yù)設(shè)狀態(tài)。這樣的例子可以在以下文獻(xiàn)中找到，[1]Black等人的Programmable logic using giant-magnetoresistance and spin-dependent tunneling devices，J.Appl.Phys.87，6674-6679(2000)，以及[2]Richter等人的Field programmablespin-logic based on magnetic tunneling elements，J.Magn.Magn.Mater.240，127-129(2002)。提出了分別通過改變MR元件的轉(zhuǎn)換閾值，或者通過組合幾個(gè)MR元件，來形成可編程的自旋邏輯元件。通過附加的尋址(‘設(shè)置’)過程以導(dǎo)出在AND和OR門之間給出選擇的預(yù)設(shè)磁狀態(tài)，可以進(jìn)一步將這種功能結(jié)合在具有兩個(gè)獨(dú)立輸入線的單一元件中[Ney等人的Programmable computingwith a single magnetoresistance device，Nature 425，485-87(2003)]。
所有建議的基本限制是設(shè)備的轉(zhuǎn)換特性需要被解釋，以決定功能性和輸出。更特定的，Richter等人使用兩種不同的基準(zhǔn)電平來在AND和OR功能性之間進(jìn)行區(qū)分，而Ney等人使用不同的預(yù)設(shè)狀態(tài)來在狀態(tài)之間進(jìn)行區(qū)分。采樣的磁性歷史將定義測量的狀態(tài)或輸出，其可以是高的或低的，例如<1>或<0>。所有的方法都為邏輯變量A和B使用兩條輸入線。
一個(gè)目的是提供改進(jìn)的裝置，特別是感測器，例如數(shù)字磁場感測器、電流感測器、具有這種感測器的磁性邏輯門和集成電路，以及制造或操作同樣裝置的方法。
根據(jù)第一方面，本發(fā)明提供用于感測磁場強(qiáng)度且具有感測器元件的感測器，以及用于檢測感測器元件的電阻的檢測電路，電阻電平(the level of resistance)隨著檢測中的磁場而變化，其特征在于感測器元件的電阻電平的變化具有滯后，使得一旦電磁激發(fā)，電阻可以隨著檢測中的磁場變化在兩個(gè)或多個(gè)穩(wěn)定電平之間轉(zhuǎn)換，且感測器根據(jù)電阻電平而輸出數(shù)字信號。感測器輸出還可以就電磁激發(fā)時(shí)的狀態(tài)變化來進(jìn)行解釋。
這種數(shù)字感測器具有多種優(yōu)點(diǎn)。由于它不再需要與磁性存儲單元不同的特性，因此與模擬感測器相比，它可以更簡單地構(gòu)造和與存儲單元集成。它特別適于例如測試或監(jiān)測的應(yīng)用，這里必須知曉測試下的磁場是否超過了給定的閾值。在這種情況下，與模擬感測器相比，輸出電路可以被簡化為例如比較器和閾值信號，而靈敏的模擬感測器可能要求“復(fù)雜”的放大器。在本發(fā)明的情況中，MRAM的讀出功能可以被再使用，以例如與閾值信號結(jié)合的比較器的形式。在MRAM中，專用的基準(zhǔn)可以從與存儲單元相同的一組基準(zhǔn)單元引出。
作為另一可選的特征，該感測器具有在感測之前初始化電阻電平的電路，該感測器具有用于提供至少一個(gè)電磁激發(fā)信號給感測器元件的電路，或者該感測器具有用于改變測試下的磁場的閾值的裝置，在該閾值電阻進(jìn)行轉(zhuǎn)換。這可以被用來提高測量精度。這可以通過一系列利用不同閾值的測量，或者通過具有多個(gè)感測器元件而獲得，該多個(gè)感測器元件例如通過具有不同的幾何形狀或尺寸而對于測試下的磁場具有不同的閾值。該感測器可以具有用于在上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換電平的磁性激發(fā)的不同模式之間進(jìn)行模式選擇和變化的電路。這涉及包括模式選擇的MRAM，其是極性相關(guān)的且因而基于感測器的狀態(tài)?？蛇x地，感測器可以具有為上轉(zhuǎn)換或下轉(zhuǎn)換電平提供相同的電磁激發(fā)的電路，其涉及切換(toggle)概念，其中沒有極性相關(guān)。感測器可以被配置用于檢測場的極性。它可以被配置為如果磁場超過閾值則進(jìn)行轉(zhuǎn)換，或者如果磁場在閾值下則進(jìn)行轉(zhuǎn)換。它也可以被配置為比較電阻電平和電阻的在前電平，并根據(jù)該比較輸出電子信號。它還可以被配置為比較測試下的磁場的閾值和在前閾值，并根據(jù)該比較輸出電子信號。在這個(gè)例子中，感測器通過比較閾值和在前值來跟蹤測試下的磁場，并給出邏輯輸出以增加/減小磁場。
本發(fā)明的另一方面提供具有以上所述的磁場感測器以及任意優(yōu)選的特征的電流感測器，其中電流生成測試下的磁場。
本發(fā)明的另一方面提供具有磁場感測器或電流感測器的集成電路。另外，該集成電路可以具有磁性存儲元件。這些可以具有與感測器元件相同的配置。
本發(fā)明的另一方面提供具有兩個(gè)或多個(gè)輸入導(dǎo)體的磁性邏輯電路，用于傳送表示邏輯輸入的電流，且具有用于感測電流的上述電流感測器，感測器的輸出值表示對輸入進(jìn)行的邏輯操作的結(jié)果。根據(jù)本發(fā)明，所述感測器或邏輯門測量在觸發(fā)時(shí)狀態(tài)中的變化。感測器的輸出就電磁激發(fā)時(shí)的狀態(tài)變化進(jìn)行解釋。
這可以產(chǎn)生能夠被更簡單地制造的邏輯電路，例如如果它們可以共享與磁性存儲器相同的結(jié)構(gòu)。原則上，可以使用任意類型的磁性感測器元件配置。
作為另一特征，感測器具有用于提供電磁激發(fā)信號的電路。這為數(shù)字感測器提供了測試下的磁場的(后臺)磁場電平，該(后臺)磁場電平由輸入導(dǎo)體引起或者是后臺磁場的電平，該磁場電平可以直接與產(chǎn)生轉(zhuǎn)換的測試下的總磁場的閾值相關(guān)。通過變化磁場電平的電平，邏輯操作的類型可以在AND和OR類型操作或二者的組合之間變化。這可以允許場中的可以在運(yùn)行時(shí)間被編程的可編程邏輯電路，而無需遭遇由于需要導(dǎo)出預(yù)設(shè)狀態(tài)而導(dǎo)致的現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備的延遲。同樣，不需要為用于不同邏輯操作的每個(gè)電路提供不同的基準(zhǔn)電平的額外復(fù)雜性。這可以允許更簡單、更快速的可編程邏輯，其可以具有廣泛的應(yīng)用。所述電路可以是集成電路，且可以包括磁性存儲元件。感測器元件還可以被配置為Savchenko類型或切換(toggle)類型的MRAM單元，如從US-6545906得知的。這樣的優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用相同的激發(fā)脈沖以在高和低狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。不再需要傳統(tǒng)MRAM類型單元所需要的雙向性。因此可以生成這些脈沖的電路可以更簡單。
本發(fā)明的其它方面包括制造這種感測器或電路的相應(yīng)方法，以及感應(yīng)的方法。


現(xiàn)在將參考附加的示意圖來描述本發(fā)明是如何付諸實(shí)施的。明顯地，可以不脫離本發(fā)明的精神來進(jìn)行多種變化和修改。因此，應(yīng)當(dāng)清楚理解的是，本發(fā)明的實(shí)施例僅僅是說明性的，并不意味著限制權(quán)利要求的范圍。
通過參考舉例示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的附圖，本發(fā)明的特征會更好理解。在附圖中圖1示出了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器的示意性表示，圖2示出了傳統(tǒng)MRAM，圖3示出了傳統(tǒng)MRAM的特性和操作，圖4示出了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器，圖5示出了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器的測量過程，圖6示出了根據(jù)實(shí)施例的感測器的特性和操作的圖，圖7示出了根據(jù)實(shí)施例的感測器的模式轉(zhuǎn)換的例子，圖8示出了根據(jù)實(shí)施例的另一例子，其中測試下的電流被定向來影響難軸磁場，圖9、10和11示出了利用許多不同電平的激發(fā)脈沖來給出測試下的磁場的不同轉(zhuǎn)換閾值的測量過程的圖，圖12示出了磁性邏輯的操作的圖，以及圖13示出了根據(jù)實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器。
將相對于特定實(shí)施例和參考某些附圖來描述本發(fā)明，但是本發(fā)明并不限于此，而僅僅是通過權(quán)利要求限制的。描述的附圖僅僅是示意性的，且并不是限制性的。在附圖中，某些元件的尺寸可以被放大，為了說明性的目的不按比例繪制。在涉及單數(shù)名詞而使用不定冠詞或定冠詞的地方，例如“一個(gè)”或“一”，“該”，除非某些特別規(guī)定的情況其也包括該名詞的復(fù)數(shù)。
在權(quán)利要求中使用的術(shù)語“包括”不應(yīng)該被解釋為限制此后列出的裝置；它并不排除其它的元件或步驟。因此，“設(shè)備包括裝置A和B”的表達(dá)范圍不應(yīng)該限制為設(shè)備僅僅由組件A和B組成。這意味著相對于本發(fā)明，設(shè)備的相關(guān)組件僅僅是A和B。
此外，在說明書和權(quán)利要求中的術(shù)語第一、第二、第三等被用來在相似的元件之間區(qū)分，且不需要描述順序的或編年的次序。要理解的是，這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，并且這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠以這里所描述或說明的以外的其它序列來操作。
此外，在說明書和權(quán)利更求中的術(shù)語頂部、底部、上面、下面等被用于描述性的目的，并不必需描述相關(guān)位置。要理解的是，這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)?shù)那闆r下是可互換的，并且這里描述的本發(fā)明的實(shí)施例能夠在這里所描述或說明的以外的其它方向上來操作。
為了引入對本發(fā)明實(shí)施例的描述，將解釋某些操作原理和已知原理。第一解決方案涉及增加數(shù)字磁場感測器到MRAM存儲技術(shù)。數(shù)字磁場感測器與電子觸發(fā)器是可比較的。換句話說，公開了“磁性”觸發(fā)器。一個(gè)有用的應(yīng)用是在IC(集成電路)測試領(lǐng)域，其中需要感測器技術(shù)來用于電源引腳(power-pin)測試。在當(dāng)前IC中，多個(gè)平行電源連接被制造到芯片。然而，由于并行性，故障連接不能以簡單的方式被檢測出。進(jìn)行電源引腳測試的直接方式是健壯IC測試的使動器。這里提出的數(shù)字感測器能夠檢測是否出現(xiàn)了特定的電流電平。感測器原理是基于這樣的事實(shí)，也就是當(dāng)“觸發(fā)器”被觸發(fā)時(shí)，由測試下的電流線產(chǎn)生的(額外)磁場能夠在數(shù)字磁性感測器的狀態(tài)是否變化之間判別。換句話說，可能檢測到或檢測不到狀態(tài)的變化。
這種數(shù)字感測器技術(shù)因此完全與可能開發(fā)的任何MRAM技術(shù)兼容，使得在任意IC中數(shù)字磁性感測器可以與MRAM技術(shù)集成。這里不需要由于額外處理步驟或額外屏蔽而產(chǎn)生的額外消耗。單一的磁性堆疊沉積可以被用于構(gòu)圖存儲單元，以及數(shù)字磁性感測器。此外，所有需要的電子電路可以與讀取和寫入MRAM單元所使用的那種相同，這樣設(shè)計(jì)工作中不需要附加負(fù)擔(dān)。最后但并非最不重要的，該新的功能可以與現(xiàn)有的邊界掃描測試技術(shù)一起實(shí)施，或者是在內(nèi)置自測(BIST)中實(shí)施。
附圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器的示意性表示。在主模塊中，將測試下的電流Itest與電磁激發(fā)信號“比較”。例如選擇激發(fā)電流Iexc。根據(jù)信號Itest和Iexc，數(shù)字電磁感測器的狀態(tài)S可以被改變?yōu)檠a(bǔ)充狀態(tài)(S’表示新狀態(tài))。在激發(fā)操作后，數(shù)字感測器的狀態(tài)可以被測試，以給出邏輯輸出。
附圖2，3傳統(tǒng)的MRAM寫入和讀取操作附圖2示出了1T-1MTJ MRAM結(jié)構(gòu)的操作原理(附圖2的左手側(cè)的寫入操作和右手側(cè)的讀取操作)。這種結(jié)構(gòu)和如何制造是已知的，且不需要再詳細(xì)描述。概括說來，這種基于TMR的MRAM包含是磁性隧道結(jié)(MTJ)的單元。MTJ基本上包括自由磁層20、絕緣層(隧道勢壘21)、固定(pinned)磁層22和反鐵磁層，該反鐵磁層用于將固定層22的磁化“固定”為固定的方向。磁性隧道結(jié)具有兩種穩(wěn)定的磁化狀態(tài)，其可以利用位線23和字線24的陣列尋址。在零磁場，穩(wěn)定的磁化狀態(tài)，即自由存儲層20相對于基準(zhǔn)層22的平行和反平行定位，在電阻中具有很大的不同。通過串聯(lián)晶體管25完成讀取，以避免流過存儲器矩陣中的其它元件的寄生電流。在寫入操作期間，在由位線23和字線24中的電流生成的局部磁場中可以變化位狀態(tài)。注意，兩種磁場組件被用來在選擇位和其它元件之間區(qū)分。
如附圖3(左上)所示，元件的轉(zhuǎn)換曲線可以由其所謂的星形曲線來表示。星形曲線明顯地分離了轉(zhuǎn)換和非轉(zhuǎn)換事件。換句話說，如果場被應(yīng)用在星形中，元件將不轉(zhuǎn)換且保持其磁化狀態(tài)，反之如果前一個(gè)狀態(tài)是相反的超過星形的場會轉(zhuǎn)換該元件。因此，如果僅僅出現(xiàn)了兩種磁場組件，則位狀態(tài)可以被轉(zhuǎn)換。
附圖3還示出了傳統(tǒng)MRAM的寫入和讀取策略，其中信息被存儲在軟磁層的磁化方向中。在寫操作中，在如軟磁層20的星形曲線所表示的重合電流方案中提供了位可尋址性。信息由電阻讀取，其主要比較軟磁層20和硬磁層或基準(zhǔn)層22的磁化狀態(tài)。
附圖4、5根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器操作根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的數(shù)字磁性感測器可以基于與MRAM陣列中使用的那些相同的磁性設(shè)備。磁性感測器因此是非常小的，且可以測量在芯片上的最小線中的電流的出現(xiàn)，如附圖4所示。附圖4的左手側(cè)示出了感測器激發(fā)，且附圖4的右手側(cè)示出了感測器讀取操作。磁性感測器是由單元上的類似寫的操作激活的，由此通過在感測器激發(fā)期間的局部磁場的出現(xiàn)而激活。成功的寫操作可以表示由測試下的電流線41中的電流產(chǎn)生的額外磁場出現(xiàn)了，或者，表示這種電流沒有出現(xiàn)。數(shù)字磁性感測器的狀態(tài)是從磁性元件40中的磁化狀態(tài)讀取的。該讀操作等同于MRAM技術(shù)的任意讀操作。然而注意，表示邏輯0和1值的測量電壓可以取決于可能出現(xiàn)的額外磁場。專用的基準(zhǔn)元件或電路可以用來將數(shù)字磁性感測器的磁性元件40的狀態(tài)與基準(zhǔn)相比較。附圖5的示意圖給出了測量過程的例子的概述。在步驟400首先測量數(shù)字感測器的初始狀態(tài)。如果需要，在步驟410感測器被初始化。這可以包含完整的寫過程。在步驟420，通過發(fā)送電磁激發(fā)信號到感測器元件而啟動讀取。在步驟430，通過讀取電阻來測量感測器的狀態(tài)。在步驟440，與前一狀態(tài)進(jìn)行比較來知曉它是否已經(jīng)變化或切換(toggle)。在步驟450，邏輯輸出取決于比較器的輸出。
現(xiàn)在描述不同的實(shí)施例。第一實(shí)施例具有數(shù)字磁性感測器，其包括與MRAM存儲單元相同的單個(gè)磁性元件40，該單個(gè)磁性元件40包括相對于位線23和字線24的位置。換句話說，磁性感測器本質(zhì)上與存儲陣列的單個(gè)單元相同。另外，根據(jù)測試下的電流線41是否傳送了電流，額外磁場可以在位于例如金屬層的不同導(dǎo)電層中的測試下的電流線41中生成。理想地，選擇相鄰于用于存儲陣列的導(dǎo)電層的導(dǎo)電層，即連接數(shù)字磁性感測器的位線23和字線24的金屬層。
可以使用兩種操作模式(1)加法模式，當(dāng)來自測試下的電流線41中的電流的額外磁場出現(xiàn)時(shí)，數(shù)字感測器中的單元可以改變其狀態(tài)，或者(2)減法模式，當(dāng)來自測試下的電流線41中的電流的額外磁場出現(xiàn)時(shí)，數(shù)字感測器中的單元不能改變其狀態(tài)。術(shù)語加法和減法涉及如下事實(shí)，根據(jù)表示的兩種場的標(biāo)記，沿著一個(gè)場分量磁場被相加或相減。兩種模式的組合可以在最后電路中被實(shí)施。下文給出更詳細(xì)的說明。
實(shí)施例2第二實(shí)施例描述了一種數(shù)字磁性感測器，其包括與MRAM存儲單元相同的單個(gè)磁性元件。然而，與實(shí)施例1相反，測試下的電流被提供在位線23或字線24中。如果兩種場分量都出現(xiàn)了，其中一個(gè)是由測試下的電流生成的，則數(shù)字感測器的狀態(tài)可以被改變。對于細(xì)節(jié)，參見下面的描述。
測量過程MRAM設(shè)備可以在大約幾毫微秒中被轉(zhuǎn)換。因此，激發(fā)脈沖的預(yù)期脈沖持續(xù)時(shí)間與MRAM操作相同。測量過程包括不同的步驟。首先，讀取數(shù)字感測器的狀態(tài)，其產(chǎn)生了邏輯值0或1。其后是，利用一個(gè)或多個(gè)激發(fā)脈沖(通常是電流)對該數(shù)字感測器的電磁激發(fā)。注意，激發(fā)脈沖的振幅和方向可以是數(shù)字感測器的原始邏輯狀態(tài)的結(jié)果，主要是轉(zhuǎn)換曲線中的對稱的結(jié)果。在另一個(gè)實(shí)施例中，數(shù)字感測器的初始狀態(tài)可以被設(shè)置在優(yōu)選方向上，然而當(dāng)靜態(tài)場在寫操作期間出現(xiàn)時(shí)該設(shè)置不是毫無價(jià)值的。在激發(fā)之后，再次讀取數(shù)字感測器的狀態(tài)。完整組合塊(complete building block)的輸出是表示測試下的電流是否出現(xiàn)的邏輯值0/1。
對該方案的許多變化都包括在本發(fā)明的范圍中。一些例子如下(1)與MRAM陣列中的單元相比，數(shù)字感測器中的單元可以具有不同的幾何形狀或尺寸，以使它們適于測量特定的電流電平。此外，這允許對一個(gè)IC上的不同電流電平的測量。
(2)單一數(shù)字磁性感測器模塊可以包括若干磁性單元，這些磁性單元可以相互之間不相同，以便增強(qiáng)操作的正確性，或者能夠在不同電平之間進(jìn)行區(qū)分。
(3)測量過程可以更加復(fù)雜，例如考慮在對于測試下的電流線41中的電流出現(xiàn)與否做出判斷之前進(jìn)行多次激發(fā)和讀取操作。
(4)到現(xiàn)在已經(jīng)描述了能夠檢測有沒有電流的磁性數(shù)字感測器。合理的直接擴(kuò)展是包括對具有固定振幅但極性改變的電流的跡象的檢測。
(5)測試下的電流線41可以沿著位線23或字線24定位，但是也可以在45度方向上(進(jìn)一步看，僅僅對于實(shí)施例1)。這樣可以增強(qiáng)針對傳統(tǒng)MRAM單元中的錯(cuò)誤的半選的穩(wěn)定性。注意，這不限制于特定的角度。
附圖6實(shí)施例1的詳細(xì)說明根據(jù)第一實(shí)施例，在數(shù)字磁性感測器中的磁性單元可以基于傳統(tǒng)MRAM存儲單元，或者M(jìn)otorola在US 6545906中介紹的更高級的Savchenko單元。一開始，讀取所述單元的狀態(tài)，例如在平行狀態(tài)，其類似邏輯-0。注意，讀取操作是在額外磁場的可能出現(xiàn)中執(zhí)行的，該額外磁場是在測試下的電流線41中生成的。然而，當(dāng)適當(dāng)設(shè)計(jì)時(shí)，這不會影響讀取操作。感測器單元接著受到電磁激發(fā)信號，根據(jù)使用的技術(shù)，其類似于磁性存儲單元的標(biāo)準(zhǔn)寫操作。在兩種技術(shù)中，兩個(gè)場分量以具有特定時(shí)序的兩種獨(dú)立電流脈沖的形式提供給存儲單元。當(dāng)激發(fā)該數(shù)字感測器單元時(shí)，這些場分量之一將在與測試下的電流線41中生成的額外場相同的方向上定位(假定電流線41是沿著位線23或字線24定向的)。
現(xiàn)在來解釋操作的加法和減法模式。在第一情況(加法模式)中，當(dāng)所述額外磁場與相應(yīng)的電磁激發(fā)脈沖的總和足夠高時(shí)，在元件40中有磁性狀態(tài)的轉(zhuǎn)換。換句話說，僅僅當(dāng)在測試下的電流線41中出現(xiàn)電流時(shí)，才存在轉(zhuǎn)換。在第二模式(減法模式)中，所述額外磁場和相應(yīng)電磁激發(fā)脈沖具有相反的符號，這樣只有在缺少額外磁場時(shí)才存在轉(zhuǎn)換。當(dāng)在測試下的電流線41中出現(xiàn)電流時(shí)，磁場分量之一太小而不能引起轉(zhuǎn)換。注意，在第一種情況中，系統(tǒng)應(yīng)該以這樣一種方式設(shè)計(jì)，即兩個(gè)電流的總和是可靠寫操作的目標(biāo)電流。為了避免嚴(yán)重的半選問題[然而應(yīng)注意的是，半選問題不是如同MRAM陣列中的數(shù)據(jù)保持那么嚴(yán)格，此外它不再限制于傳統(tǒng)MRAM的45度下的寫操作]，產(chǎn)生自測試下的電流線41的判別分量應(yīng)該大約與理想情況中的加法操作的相應(yīng)電磁激發(fā)脈沖一樣大。換句話說，產(chǎn)生自測試下的電流線41的判別分量應(yīng)該大約是理想情況中的可靠MRAM寫操作所要求的整個(gè)磁場分量的一半。同樣，在操作的第二模式中，產(chǎn)生自測試下的電流線41的判別分量應(yīng)該是(至少)可靠MRAM寫操作所要求的整個(gè)磁場分量的一半。注意，加法模式本質(zhì)上要求電磁激發(fā)信號中較低的電流電平，導(dǎo)致了較低的電源消耗。
具有比傳統(tǒng)MRAM-類型更好的半選健壯性的改進(jìn)版本是將測試下的電流線41以相對于存儲單元布局45度重新定位，以這樣一種方式，使得在加法和減法模式中分別加強(qiáng)或減弱整個(gè)電磁激發(fā)場。
附圖6給出了這個(gè)實(shí)施例中公開的不同模式的概述。在頂部的第一對圖形是用于加法模式，其中測試下的線41分別利用難軸(HA)(附圖的左手側(cè))和易軸(EA)(附圖的右手側(cè))定位。第二對圖形是類似的，卻是表示用于根據(jù)實(shí)施例1的數(shù)字磁性感測器的操作的減法模式。底部的第三對表示測試下的電流線41在45度的改進(jìn)版本。虛線60指示為轉(zhuǎn)換需要克服的磁場，是所謂星形曲線的一部分。實(shí)線箭頭61指示“標(biāo)準(zhǔn)的”MRAM寫操作。虛線箭頭62指示來自電磁激發(fā)信號的磁場分量，而實(shí)線箭頭63指示可以在測試下的電流線41中生成的額外磁場。在兩種模式中，粗虛線箭頭64表示激發(fā)期間當(dāng)測試下的線41中沒有電流時(shí)的合成磁場。粗實(shí)線箭頭65表示當(dāng)測試下的線41中出現(xiàn)電流時(shí)的合成磁場。
所述轉(zhuǎn)換閾值60是為傳統(tǒng)MRAM繪制的，然而基本草圖對于所謂的Savchenko-類型MRAM也是有效的。給出這種第二類型存儲器的不同的星形曲線，“常規(guī)”加法或減法模式可能是優(yōu)選的。當(dāng)來自測試下的電流線41的可能磁場沿著難軸定位時(shí)，接著僅僅，根據(jù)數(shù)字磁性感測器的初始邏輯值，對于傳統(tǒng)的存儲單元，激發(fā)脈沖的方向可以變化，假定在這種技術(shù)中僅僅難軸的方向被固定了。結(jié)果，對于不同的初始邏輯值，易軸激發(fā)場分量的符號需要被改變。在所有其它的情況中，乍一看，要求預(yù)定的磁性元件，使得測量過程以標(biāo)準(zhǔn)的MRAM寫操作開始。然而由于沒有確定測試下的電流線41是否傳送了電流，在多數(shù)情況中，很難利用與可能的場相反的單向電流電平在預(yù)定狀態(tài)中去寫磁性元件。這將要求更高的電流電平，使得整個(gè)系統(tǒng)可能變得超尺寸?？商鎿Q的，具有多電平的電流源或可變電流源是足夠的。
附圖7模式轉(zhuǎn)換另一個(gè)解決方案在于“模式轉(zhuǎn)換”的概念。附圖7示出了為了避免需要預(yù)設(shè)元件的模式轉(zhuǎn)換的例子。當(dāng)測試下的電流會導(dǎo)致易軸的方向上的磁場分量時(shí)，可以使用模式轉(zhuǎn)換。在附圖7中為兩個(gè)選擇的例子示出了原理(1)在頂部的兩個(gè)圖中的沿易軸的測試下的磁場，以及(2)在下邊兩個(gè)圖中的沿45度軸的測試下的磁場。在第一個(gè)例子中，對于初始邏輯0，使用加法模式，而對于邏輯1，使用減法模式。在第二個(gè)例子中，還有其它的方式。當(dāng)改變相應(yīng)模式時(shí)，可能測量到相反符號的可能磁場，或者換句話說，相反的電流方向。
可以使用不同類型的電流源，以發(fā)送必要的激發(fā)脈沖。對于傳統(tǒng)MRAM，在可能磁場沿難軸的情況下，需要在難軸方向(單極)上的一個(gè)固定的場脈沖，以及在易軸的雙極電流源。換句話說，這與需要MRAM寫相同。然而在具有模式轉(zhuǎn)換的第一個(gè)例子中，具有兩個(gè)不同脈沖振幅的雙極電流源需要沿著易軸。且當(dāng)來自測試下的電流線41的可能電流在45度定位時(shí)，需要具有兩種不同脈沖振幅的兩個(gè)雙極電流源，每一個(gè)都沿著易軸和難軸。換句話說，更健壯的系統(tǒng)會要求更復(fù)雜的激發(fā)模式。對于切換型MRAM配置，無需雙極電流源，單極的也是足夠的。對于這種轉(zhuǎn)換概念的性質(zhì)，減法模式看上去是更好的實(shí)施方式。不需要模式轉(zhuǎn)換。
附圖8實(shí)施例2的詳細(xì)說明附圖8示出了對應(yīng)實(shí)施例2的數(shù)字磁性感測器的操作。標(biāo)記法與前面附圖的相同。在實(shí)施例2中，測試下的電流線41傳送磁性元件的難軸分量。由于在這個(gè)實(shí)施例中整體上僅僅出現(xiàn)了兩個(gè)電流線，產(chǎn)生具有易軸分量的場的測試下的電流線41不再是一種選擇。附圖8給出了對于初始邏輯0或1值所生成磁場的示意性表示。在該圖中的灰度和線階梯(line stile)等與附圖6和7中使用的那些類似。由于難軸場會因?yàn)闇y試下的線41中的電流而出現(xiàn)，在邏輯0和1值之間的不同將取決于磁場，由于磁化可以在到易軸的角度下。要注意的是，不再有定向在45度方向的對整個(gè)寫磁場的限制。給定概念的簡單性，實(shí)施例2可以是傳統(tǒng)MRAM的優(yōu)選的操作模式。它不那么適于切換型MRAM設(shè)備。
已經(jīng)描述了適于測量磁場出現(xiàn)的數(shù)字磁性感測器。該磁場可以是外部磁場，但是也可以是測試下的電流線41中生成的局部磁場。直接的應(yīng)用是芯片級電源引腳測試(電流/無電流)。該感測器完全與所有的MRAM技術(shù)兼容，并可以實(shí)際上沒有成本增加。
如上所述，該實(shí)施例被限制于觀測在測試下的比特定閾值要高的電流的出現(xiàn)，超過該閾值能夠明確地檢測電流。換句話說，沒有關(guān)于電流的大小的信息，或者電流中的變化，例如由于老化。對于諸如電源引腳測試的應(yīng)用，這是有用的，其中在操作之前并且如果可能在芯片的生存期中，傳送電力到芯片的不同的10個(gè)平行引腳需要被測試。一種情況是在操作之前或者在芯片的生存期中，出現(xiàn)開路接點(diǎn)，與其它引腳中的增加電流相結(jié)合，這導(dǎo)致電流不再出現(xiàn)在接點(diǎn)之一。為了更準(zhǔn)確地測量電流大小中的“測量”變化，不是執(zhí)行單一的測量，而是感測器采用特定的測量模式，從其可以推導(dǎo)出關(guān)于電流電平的附加信息以及隨時(shí)間的變化。電流的變化從感測器中的轉(zhuǎn)換概率中的變化導(dǎo)出?？商鎿Q地，感測器的陣列可以為求平均的目的而實(shí)施。
變量測量的理論背景不受理論的限制，磁性元件的轉(zhuǎn)換是與單一能量勢壘上的熱激發(fā)的Arrhenius-Ne′el形式相關(guān)的。對于具有兩種穩(wěn)定能量最小量的給定元件，從局部最小值到全局最小值的跨能量勢壘ΔE的衰弱(relaxation)的轉(zhuǎn)變率，由下式給出γ(ΔE)=τ0-1exp(-ΔE/kBT)---(1)]]>其中，τ0表示反轉(zhuǎn)的嘗試時(shí)間，典型地τ0＝1ns。在指數(shù)中，Boltzmann常量KB和溫度T的乘積作為Boltzmann因數(shù)。
對于一組N0相同的磁性元件，在時(shí)間t后沒有轉(zhuǎn)換的位的數(shù)量N(t)由速率等式dN(t)/dt＝-N(t)/τ(ΔE)給出，其中τ(ΔE)是取決于磁場相關(guān)的能量勢壘ΔE(HEA，HHA)的大小的特征反轉(zhuǎn)時(shí)間。解是含有指數(shù)的N(t)＝N0exp(-t/τ(ΔE)) (2)元件轉(zhuǎn)換的概率，作為時(shí)間的函數(shù)，得出P(t)=N0-N(t)N0=1-exp(-t/τ(ΔE))---(3)]]>使用對跨能量勢壘的衰弱的轉(zhuǎn)變率γ的定義γ(ΔE)≡1NdNdt,---(4)]]>特征反轉(zhuǎn)時(shí)間可以被計(jì)算為τ(ΔE)＝τ0exp(ΔE/kBT)(5)在MRAM中的寫操作期間，或者當(dāng)激發(fā)數(shù)字電流感測器時(shí)，應(yīng)用了具有特定脈沖持續(xù)時(shí)間ts的電磁電流脈沖。這種脈沖長度能夠克服的能量勢壘可以通過將脈沖持續(xù)時(shí)間ts映射在在特征反轉(zhuǎn)時(shí)間上而被計(jì)算。在時(shí)間間隔
中轉(zhuǎn)換的概率P(ts)就等于63％，當(dāng)時(shí)tS≅τ0exp(ΔE/kBT)]]>或者，ΔE=kBTln(tSτ0)---(6)]]>記住，對于給定脈沖持續(xù)時(shí)間ts能夠克服的能量勢壘是根據(jù)磁場的。對于單向電流脈沖(在固定的輔助難軸場中)，能量勢壘可以是與生成磁場的電流相關(guān)的，利用ΔE(I)=a(1-IIsw)2---(7)]]>其中ISW是缺少熱效應(yīng)時(shí)的固有轉(zhuǎn)換電流，且a是常量。
換句話說，如果脈沖時(shí)間被固定到毫微秒時(shí)段的理想時(shí)間，例如10ns，則可以在那段時(shí)間期間克服的能量勢壘可以反過來與在脈沖期間出現(xiàn)的有效場相關(guān)。在這些實(shí)施例中，所述場是(1)利用兩個(gè)正交脈沖生成的2-D磁場和(2)在測試下的電流線中產(chǎn)生的額外磁場的組合。
實(shí)際實(shí)現(xiàn)在附圖9中，示出了所謂加法模式的測量過程。附圖9在頂部第一對圖形中示出了，具有和不具有測試下電流的難軸(HA)和易軸(EA)磁場向量。中間的圖形示出了具有沿著難軸的變化脈沖振幅的輸出的時(shí)間序列。對于具有變換脈沖振幅的單脈沖串，感測器會轉(zhuǎn)換它的狀態(tài)在HAvar的某個(gè)值，該值取決于測試的難軸磁場的出現(xiàn)，即HAmeas，以及其大小。實(shí)心的黑數(shù)據(jù)點(diǎn)和空心的白數(shù)據(jù)點(diǎn)和曲線表示當(dāng)場HAmeas出現(xiàn)時(shí)HAvar的移動。在(以下)改進(jìn)的版本中，對多個(gè)脈沖串的統(tǒng)計(jì)分析可以產(chǎn)生如附圖9的下面的圖形中示出的感測器的改進(jìn)輸出。
對于具有增加的振幅的單脈沖串，磁性元件將根據(jù)在測試下的電流線中產(chǎn)生的額外磁場HAvar的電平，開始從特定的脈沖振幅向前轉(zhuǎn)換。該振幅是根據(jù)測量的難軸場即HAmeas的出現(xiàn)以及它的大小。在附圖9中，這通過將黑色數(shù)據(jù)點(diǎn)或?qū)嵭那€移動到白色數(shù)據(jù)點(diǎn)或虛線曲線來表示，其是由(1)額外磁場的出現(xiàn)和(2)額外磁場的大小而觸發(fā)的。注意，為了清楚起見，脈沖串由獨(dú)立的“寫”操作組成，其中每個(gè)包括具有相互之間適當(dāng)定時(shí)的兩個(gè)脈沖。在附圖9的例子中，只有那些脈沖之一的振幅變化了，產(chǎn)生難軸方向的磁場的分量。當(dāng)考慮到多個(gè)脈沖串時(shí)，對于磁性元件，可以獲得統(tǒng)計(jì)性的平均轉(zhuǎn)換概率與脈沖振幅的比較。通過適當(dāng)選擇脈沖串中的離散電平和循環(huán)的數(shù)量，可以獲得要求的精度和范圍。
在不同的實(shí)施例中，可以使用都受到相同脈沖和/或額外場的多個(gè)磁性元件。換句話說，與其通過在單個(gè)單元上利用重復(fù)的測量方案而在時(shí)間上擴(kuò)展測量，倒不如通過讀出多個(gè)獨(dú)立單元而在不同元件上求平均，其會產(chǎn)生類似的統(tǒng)計(jì)量，或者這兩種方式都可以。此外，所有單元可以被結(jié)合在單個(gè)單元中(通過平行/順序組合的手段)，產(chǎn)生單輸出電壓，其獲得在表示0％和100％轉(zhuǎn)換的電壓之間的統(tǒng)計(jì)值。在附圖9的較下面圖形中示出了50％閾值。
可以設(shè)想上述兩個(gè)原理的組合，例如在磁性元件的單個(gè)(或多個(gè))陣列上測量例如場HAvar相關(guān)性。通過多次重復(fù)測量可以獲得平均數(shù)。
實(shí)驗(yàn)性例子附圖10示出了較大的磁性元件的實(shí)驗(yàn)性數(shù)據(jù)，其中以統(tǒng)計(jì)的方式測量和分析(部分)元件上的單域轉(zhuǎn)換事件。在固定的輔助場中，具有增大的振幅的電流脈沖被應(yīng)用到該設(shè)備。示出了不同脈沖持續(xù)時(shí)間tp的不同曲線。左手側(cè)圖形示出了轉(zhuǎn)換概率，作為mA中的脈沖電流振幅的函數(shù)。每個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)是對于給定脈沖時(shí)間tp在I的100個(gè)脈沖的結(jié)果。實(shí)線是適合數(shù)據(jù)的指數(shù)。從右到左，每個(gè)線的脈沖時(shí)間分別是10ms、1ms、100μs、10μs和1μs。
附圖10的右手側(cè)圖形示出了在電流脈沖振幅I和特征反轉(zhuǎn)時(shí)間τ之間的公式(7)的關(guān)系。實(shí)線適合通過利用當(dāng)Ps＝63％時(shí)tp＝τ的事實(shí)(公式(6))而定義的數(shù)據(jù)點(diǎn)。
附圖11示出了在實(shí)際MRAM單元中用于熱激發(fā)轉(zhuǎn)換的另一數(shù)據(jù)組(從Rizzo等人的Appl.Phys.Lett.80，2335-37，2002)。來自持續(xù)時(shí)間Ip＝20ns的1000場脈沖的成功反轉(zhuǎn)的數(shù)量被針對為0.4×1.3μm磁性隧道結(jié)的自由層應(yīng)用的電流I而繪出。每組數(shù)據(jù)都是對于從0到400e范圍的不同難軸場的。實(shí)線適于公式(2)，結(jié)合公式(5)和(7)。
實(shí)際上，難軸場的確被用于降低轉(zhuǎn)換所需要的易軸電流。注意對于不同的難軸場的從0％到100％轉(zhuǎn)換的急劇轉(zhuǎn)變。換句話說，在測量的概率中的變化可以與設(shè)備的磁性環(huán)境的變化相關(guān)的意義上，可以從重復(fù)的測量中獲取附加的信息。
總的說來，所描述的實(shí)施例包括在單個(gè)感測器上的重復(fù)測量，或者可選地，受到多個(gè)脈沖的感測器陣列。直接應(yīng)用是芯片級電源引腳測試。這個(gè)功能是完全兼容所有MRAM技術(shù)的，且可以實(shí)際上沒有成本增加。
附圖12磁性邏輯與功能由布線固定的基于晶體管的邏輯元件的剛性結(jié)構(gòu)相比，磁阻(MR)元件可以提供增強(qiáng)的邏輯能力?？稍倬幊檀判赃壿嬙O(shè)備現(xiàn)在在磁學(xué)領(lǐng)域是熱門的話題。關(guān)于磁場感測的上述原理可以被應(yīng)用到磁性邏輯。感測器原理是基于當(dāng)觸發(fā)時(shí)，(額外)磁場能夠確定數(shù)字磁性感測器的狀態(tài)變化與否。換句話說，可以檢測到狀態(tài)的變化，或檢測不到。觸發(fā)器功能是短激發(fā)脈沖，其大體上與在MRAM中使用的程序操作相同。感測器本身可以是MRAM元件。
這個(gè)概念可以推廣到多個(gè)輸入，即由例如電流線產(chǎn)生的磁場。對于所謂的加法模式，附圖12中已經(jīng)示出了?？梢栽O(shè)想若干其它的變化。
在附圖12的例子中，假定為了轉(zhuǎn)換在難軸(HA)中要求總場H，結(jié)合在易軸(EA)中的某個(gè)固定的分量。對于AND函數(shù)，我們假定在難軸中的激發(fā)脈沖僅僅是H/3，而易軸中的分量與標(biāo)準(zhǔn)程序脈沖相同。當(dāng)輸入變量A和B每個(gè)在感測元件中具有產(chǎn)生H/3大小的額外磁場的電流時(shí)，兩種變量的出現(xiàn)會導(dǎo)致狀態(tài)的變化，而僅僅一個(gè)或一個(gè)也沒有不夠?qū)е聽顟B(tài)的變化。事實(shí)上，這是變量A和B的AND函數(shù)的一種實(shí)現(xiàn)。為了改變邏輯單元為OR函數(shù)，在難軸中的激發(fā)脈沖被改為大約2H/3，這樣當(dāng)邏輯單元被電磁激發(fā)時(shí)變量A或B之一足夠來引起狀態(tài)的變化。
NAND和NOR函數(shù)可以由對狀態(tài)變化的不同解釋來實(shí)現(xiàn)。換句話說，NAND函數(shù)是邏輯<1>表示沒有狀態(tài)變化的AND函數(shù)。這個(gè)邏輯可以在切換MRAM概念中實(shí)施。這個(gè)概念的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以應(yīng)用相同的脈沖來在高狀態(tài)和低狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換；傳統(tǒng)MRAM所要求的雙向性不再需要。因此，狀態(tài)變化檢測原理是優(yōu)選的。
通過包括預(yù)設(shè)狀態(tài)(表1)，不同的邏輯函數(shù)可以進(jìn)一步改變，使在激發(fā)期間的可能的狀態(tài)變化產(chǎn)生了直接影響邏輯輸出的輸出，即<0>＝Low R，<1>＝HighR。預(yù)設(shè)狀態(tài)0/1對“低”激發(fā)脈沖產(chǎn)生了如附圖12所示的AND/NAND函數(shù)，而預(yù)設(shè)狀態(tài)0/1對“高”激發(fā)脈沖產(chǎn)生了OR/NOR函數(shù)。
表1，示出預(yù)設(shè)狀態(tài)怎樣設(shè)置邏輯操作為AND或OR類型


迄今為止假定了獲得類似磁場方向的輸入電流線。諸如邏輯EXOR函數(shù)的其它函數(shù)可以通過包括電流的極性相關(guān)性而實(shí)現(xiàn)。EXOR函數(shù)對于相同的輸入是<0>，對于不同的輸入是<1>。實(shí)施的一個(gè)例子是通過使用具有不同電流方向的兩個(gè)平行電流線A和B，定向?yàn)槔缭跀?shù)字磁性感測器中產(chǎn)生難軸分量。這個(gè)例子可以與附圖12中為邏輯AND和OR門使用的幾何形狀相比較。結(jié)果，兩個(gè)電流電平(電流或沒有電流)相同時(shí)，在數(shù)字磁性感測器的合成場實(shí)際上是零。對于兩個(gè)電流僅僅一個(gè)出現(xiàn)時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)足以幫助電磁激發(fā)脈沖來轉(zhuǎn)換數(shù)字磁性感測器的足夠的難軸磁場分量。要注意的是，當(dāng)輸入和激發(fā)信號的上升和下降沿交疊時(shí)可能產(chǎn)生時(shí)序問題。
變量A和B可以是兩個(gè)不同的輸入線，其可以是相互平行的，或者垂直，或者甚至在例如45度的某個(gè)角度之下。在附圖13中給出了兩個(gè)實(shí)施的例子，然而該例子并不是限制性的。此外，這些輸入線可以被設(shè)置在包括程序和讀取線的MRAM單元，即數(shù)字感測器，之上和/或之下。假定事實(shí)是MRAM功能是嵌入在CMOS后端的，則相鄰的金屬層可以被用來提供輸入邏輯信號，該輸入邏輯信號以兩種電平之一的電流的形式表示變量A和B。一般而言，可以考慮不止兩個(gè)輸入電流線，也可以是不同線中的多個(gè)電流電平或極性。
結(jié)束語如上所述，用于感測磁場強(qiáng)度的感測器具有感測器元件，以及用于檢測該感測器元件的電阻的檢測電路，該電阻隨測試下的磁場變化并具有滯后現(xiàn)象，使得當(dāng)電磁激發(fā)時(shí)該電阻可以隨著測試下磁場的變化而在兩個(gè)或更多的穩(wěn)定電平之間轉(zhuǎn)換。感測器根據(jù)電阻輸出數(shù)字信號。感測器輸出還可以就當(dāng)電磁激發(fā)時(shí)的狀態(tài)變化進(jìn)一步被解釋。由于感測器不再需要與磁性存儲單元不同的特性，因此與模擬磁性感測器相比，它可以更簡單地構(gòu)造和與磁性存儲單元集成。電磁激發(fā)信號改變測試下的磁場的閾值，電阻在該閾值轉(zhuǎn)換，以進(jìn)一步支持利用不同閾值的多種測量。多個(gè)感測器元件通過具有不同的幾何形狀或大小可以具有不同的閾值。當(dāng)感測多個(gè)輸入電流時(shí)，其在電流感測中，以及可編程磁性邏輯門中有應(yīng)用。改變電磁激發(fā)信號，從而改變閾值，可以將邏輯操作在AND和OR之間改變。
在權(quán)利要求的范圍內(nèi)，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以設(shè)想其它的變形。
權(quán)利要求
1.一種用于感測測試下的磁場強(qiáng)度的感測器，具有感測器元件以及用于檢測感測器元件的電阻的電平的電路，電阻的電平隨測試下的磁場變化，其特征在于感測器元件的電阻的電平的變化具有滯后性，使得當(dāng)電磁激發(fā)時(shí)，電阻可以隨著測試下磁場的變化在兩個(gè)或更多的穩(wěn)定電平之間轉(zhuǎn)換，并且感測器根據(jù)該電阻的電平輸出數(shù)字信號。
2.權(quán)利要求1的感測器，配置為比較電阻的電平和電阻的在前電平，并根據(jù)比較輸出數(shù)字信號。
3.權(quán)利要求1的感測器，具有用于在感測前初始化電阻電平的電路。
4.權(quán)利要求1的感測器，具有用于提供至少一個(gè)電磁激發(fā)信號給感測器元件的電路。
5.權(quán)利要求4的感測器，具有用于在向上或向下轉(zhuǎn)換電阻電平的電磁激發(fā)的不同模式之間進(jìn)行模式選擇和改變的電路。
6.權(quán)利要求4的感測器，具有用于為向上或向下轉(zhuǎn)換電阻電平提供相同的電磁激發(fā)信號的電路。
7.權(quán)利要求1的感測器，具有用于改變測試下的磁場的電阻轉(zhuǎn)換的閾值的裝置。
8.權(quán)利要求1的感測器，配置為對測試下的磁場進(jìn)行一系列利用不同閾值的測量。
9.權(quán)利要求1的感測器，具有多個(gè)感測器元件，多個(gè)感測器元件具有對于測試下的磁場的不同閾值。
10.權(quán)利要求9的感測器，所述多個(gè)感測器元件具有不同的幾何形狀或大小。
11.權(quán)利要求1的感測器，配置為檢測測試下的磁場的極性。
12.權(quán)利要求1的感測器，配置為如果測試下的磁場超過閾值時(shí)則轉(zhuǎn)換，或者如果測試下的磁場低于閾值時(shí)則轉(zhuǎn)換。
13.一種具有權(quán)利要求1的感測器的電流感測器，配置為感測由導(dǎo)體中的電流產(chǎn)生的磁場。
14.一種磁性邏輯電路，具有兩個(gè)或多個(gè)用于傳送表示邏輯輸入的電流的輸入導(dǎo)體，并且具有如權(quán)利要求13所述的電流感測器來感測電流，該感測器的輸出值表示在輸入上的邏輯操作的結(jié)果。
15.權(quán)利要求14的電路，所述電流感測器具有用于提供電磁激發(fā)信號的電路，該電路可以變化來改變邏輯操作類型。
16.權(quán)利要求15的電路，配置為使用相同的電磁激發(fā)信號來向上或向下轉(zhuǎn)換電平。
17.權(quán)利要求12的電路，所述邏輯操作包括任意的AND、OR、NAND或NOR操作，或者這些的組合。
18.一種具有權(quán)利要求13的電路感測器或權(quán)利要求14的電路的集成電路。
19.權(quán)利更求18的集成電路，具有集成的隨機(jī)存取磁性存儲元件。
20.權(quán)利要求18的集成電路，當(dāng)根據(jù)權(quán)利要求14并且利用CMOS層作為感測器元件時(shí)，使用相鄰金屬層作為邏輯輸入的導(dǎo)體。
21.一種制造權(quán)利要求18的集成電路的方法。
22.一種利用權(quán)利要求1的感測器來感測磁場或電流的方法。
全文摘要
一種用于感測磁場強(qiáng)度的感測器具有感測器元件，以及用于檢測該感測器元件的電阻的電平的檢測電路，電阻的電平隨測試下的磁場變化并具有滯后，這樣在電磁激發(fā)時(shí)電阻可以隨著測試下磁場的變化在兩個(gè)或更多的穩(wěn)定電平之間轉(zhuǎn)換。感測器根據(jù)電阻的電平輸出數(shù)字信號。感測器輸出還可以就電磁激發(fā)時(shí)的狀態(tài)變化進(jìn)一步解釋。由于感測器不再需要與磁性存儲單元不同的特性，因此與模擬感測器相比，它可以更簡單地構(gòu)造和與磁性存儲單元集成。電磁激發(fā)信號改變測試下的磁場的閾值，電阻在該閾值轉(zhuǎn)換，以支持利用不同閾值的多種測量。多個(gè)感測器元件通過具有不同的幾何形狀或大小可以具有不同的閾值。當(dāng)感測多個(gè)輸入電流時(shí)，其在電流感測中，以及可編程磁性邏輯門中有應(yīng)用。改變閾值可以在AND和OR之間改變邏輯操作。
文檔編號G11C11/15GK101031977SQ200580015755
公開日2007年9月5日 申請日期2005年5月11日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月18日
發(fā)明者H·M·B·貝維 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司