本文選題：自旋傳輸矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器　切入點(diǎn)：存儲(chǔ)機(jī)理　出處：《華中科技大學(xué)》2013年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：自旋傳輸矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器是一種直接利用自旋極化電流驅(qū)動(dòng)納米磁體磁矩反轉(zhuǎn)、完成信息寫(xiě)入的新型存儲(chǔ)器。這種存儲(chǔ)器是一種潛在的、革命性的通用存儲(chǔ)技術(shù)，它集成了DRAM的高存儲(chǔ)密度、SRAM的快速讀寫(xiě)能力、Flash的非易失性和低功耗以及高穩(wěn)定性等優(yōu)越性能，此外，它具有無(wú)限次使用的優(yōu)勢(shì)；與傳統(tǒng)MRAM相比，有著更好的擴(kuò)展性、更低的寫(xiě)信息電流，特別是，它與更先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝兼容。 本文在介紹了STT-MRAM內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，對(duì)存儲(chǔ)單元磁隧道結(jié)MTJ自由層相關(guān)材料和結(jié)構(gòu)以及自旋電子學(xué)相關(guān)理論進(jìn)行了研究，分析了自由層有效場(chǎng)的組成、自旋輸送、極化電流對(duì)自由層磁矩自旋矩作用的產(chǎn)生等問(wèn)題，基于宏自旋模型，建立了LLGS方程；用牛頓迭代法，對(duì)模型進(jìn)行了數(shù)值求解，并開(kāi)發(fā)了STT-MRAM信息存儲(chǔ)機(jī)理仿真系統(tǒng)；研究了自由層磁矩進(jìn)動(dòng)反轉(zhuǎn)過(guò)程，，論證了信息“0”或“1”的寫(xiě)入可能性，并詳細(xì)地分析了自由層厚度、飽和磁化強(qiáng)度、磁晶各向異性常數(shù)、阻尼系數(shù)、退磁因子等材料或結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)信息寫(xiě)入所需電流密度及時(shí)間、自由層磁矩的進(jìn)動(dòng)反轉(zhuǎn)軌跡的影響，深入研究了STT-MRAM的信息存儲(chǔ)機(jī)理。在參數(shù)合理取值的條件下，達(dá)到了自由層磁矩反轉(zhuǎn)所需要電流密度可控制在106A/cm2數(shù)量級(jí)，所需時(shí)間在5ns內(nèi)的寫(xiě)信息特性標(biāo)準(zhǔn)。 最后根據(jù)仿真結(jié)果，本文從優(yōu)化自由層材料和改進(jìn)MTJ及自由層結(jié)構(gòu)等方面論述了可減小自由層磁矩反轉(zhuǎn)所需電流密度的一些具體措施，研究了提高STT-MRAM工作可靠性及穩(wěn)定性的方法。
[Abstract]:Spin transfer moment magnetic random access memory is a new type of memory which directly uses spin polarization current to drive magnetic moment inversion of nanomagnets to complete information writing. This kind of memory is a potential and revolutionary universal storage technology. It integrates the fast reading and writing capability of DRAM with high storage density and the advantages of non-volatile, low power consumption and high stability. In addition, it has the advantage of unlimited use, and has better expansibility than traditional MRAM. Lower write message current, in particular, compatible with more advanced semiconductor processes. On the basis of introducing the connotation of STT-MRAM, the material and structure of MTJ free layer in memory cell magnetic tunnel junction and the theory of spin electronics are studied in this paper. The composition of free layer effective field and spin transport are analyzed. Based on the macro spin model, the LLGS equation is established, the model is solved numerically by Newton iteration method, and the simulation system of STT-MRAM information storage mechanism is developed. The precession process of free layer magnetic moment is studied, the possibility of writing information "0" or "1" is demonstrated, and the free layer thickness, saturation magnetization, magnetocrystalline anisotropy constant and damping coefficient are analyzed in detail. The influence of demagnetization factor and other material or structure parameters on the current density and time required for information writing and the precession inversion trajectory of free layer magnetic moment are studied. The information storage mechanism of STT-MRAM is deeply studied. The current density required for the free layer magnetic moment reversal can be controlled in the order of 106 A / cm ~ 2 and the time required is within 5 ns. Finally, based on the simulation results, some specific measures to reduce the current density required for the free layer magnetic moment reversal are discussed from the aspects of optimizing the free layer material and improving the MTJ and free layer structure. The methods to improve the reliability and stability of STT-MRAM are studied.
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號(hào)】：TP333

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