本文關(guān)鍵詞：垂直磁隧道結(jié)中磁化動(dòng)態(tài)特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：隨著科技的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，信息已經(jīng)成為人們正常生活中不可分割的一部分。大數(shù)據(jù)的記錄使得小器件、大容量的存儲(chǔ)器件成為大眾所追求的目標(biāo)。因此，改善和提高存儲(chǔ)器件的密度具有十分重要的意義。由于垂直結(jié)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)移矩磁阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器（STT-MRAM）具有非易失性和高速無(wú)限寫(xiě)入循環(huán)等優(yōu)勢(shì)，而被研究人員認(rèn)為將會(huì)成為主流的通用存儲(chǔ)器。 在磁性納米結(jié)構(gòu)內(nèi)，，磁矩翻轉(zhuǎn)動(dòng)力學(xué)特性是反映存儲(chǔ)器件性能的直接指標(biāo)，該特性的研究對(duì)磁存儲(chǔ)以及自旋電子學(xué)都具有十分重要的意義。然而，由于以往使用面內(nèi)磁結(jié)構(gòu)，為了達(dá)到降低電流密度的目的，所制作的磁存儲(chǔ)器件截面積較大，因此通常在使用宏自旋模型對(duì)STT-MRAM的分析中采用簡(jiǎn)化的退磁因子，即只考慮垂直方向退磁因子影響（或是假定截面積無(wú)窮大）。但是在垂直磁結(jié)構(gòu)中，翻轉(zhuǎn)電流密度較小，在不失熱穩(wěn)定的前提下可以進(jìn)一步減小其截面積，這種情況下如不考慮橫截面積的影響就可能帶來(lái)較大誤差。同時(shí)，之前的研究表明，通過(guò)改變自由層或極化層的厚度，如改變CoFeB薄膜或者Co/Pd多層膜的厚度，可以使磁矩產(chǎn)生一個(gè)小的傾角，但在尺寸有限的情況下該傾角的大小對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)的影響尚不明確。為此，本文圍繞磁矩翻轉(zhuǎn)的動(dòng)態(tài)特性作了如下工作： 1.介紹了磁存儲(chǔ)的意義、發(fā)展歷程、當(dāng)前現(xiàn)狀和未來(lái)發(fā)展方向。 2.介紹了退磁場(chǎng)及退磁能，并采用磁偶極子相互作用的觀點(diǎn)對(duì)退磁場(chǎng)進(jìn)行了詳細(xì)的推導(dǎo)計(jì)算，同時(shí)對(duì)橢球體與矩形結(jié)構(gòu)中各分量退磁因子作了歸納總結(jié)。 3.深刻闡述了宏自旋模型的處理方法，并列出了其優(yōu)缺點(diǎn)。尤其通過(guò)數(shù)值模擬的方法，著重對(duì)自旋轉(zhuǎn)移矩（STT）效應(yīng)的工作機(jī)理及作用效果進(jìn)行了說(shuō)明。 4.在基于LLG方程的宏自旋（Macrospin）模型中，引入平面內(nèi)的退磁因子分量，重點(diǎn)研究了垂直磁各向異性（Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA）鐵磁材料的磁隧道結(jié)（Magnetic Tunnel Junction，MTJ）中自由層磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間及閾值電流隨釘扎層磁矩傾角的變化。研究結(jié)果表明，小的釘扎層磁矩傾角可以大幅改善磁矩的翻轉(zhuǎn)時(shí)間與閾值電流密度。 5.具體討論了宏自旋（Macrospin）模型中器件形狀對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)特性的影響，給出了自由層磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間與閾值電流密度隨自由層長(zhǎng)度、厚度變化的特征。同時(shí)也分析了自由層磁矩傾角對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間及閾值電流密度的影響，并與釘扎層磁矩傾角產(chǎn)生的結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比。結(jié)果表明，在垂直結(jié)構(gòu)中，小的磁矩傾角及合適長(zhǎng)厚比可以大幅度的縮短磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間及減小所需閾值電流。另外，與傳統(tǒng)的算法相比，相同條件下所得到的磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間及閾值電流密度值都要較高，且更為準(zhǔn)確。
【關(guān)鍵詞】：自旋轉(zhuǎn)移矩 磁隧道結(jié) 宏自旋 退磁 傾角 磁矩翻轉(zhuǎn)
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-12
• 第一章 緒論12-22
• 1.1 磁存儲(chǔ)技術(shù)12-13
• 1.1.1 磁存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展歷程12-13
• 1.1.2 磁存儲(chǔ)技術(shù)的概述13
• 1.2 磁電阻效應(yīng)13-17
• 1.2.1 各向異性磁電阻（AMR）13-14
• 1.2.2 巨磁阻效應(yīng)（GMR）14-16
• 1.2.3 隧穿磁電阻（TMR）16-17
• 1.3 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)（STT）17-19
• 1.4 磁阻式隨機(jī)存儲(chǔ)器（MRAM）19-20
• 1.5 本文的主要工作及內(nèi)容20-22
• 第二章 磁性材料中的基本現(xiàn)象22-36
• 2.1 物質(zhì)的磁性22-25
• 2.1.1 物質(zhì)磁性的起源22
• 2.1.2 物質(zhì)磁性的分類(lèi)22-25
• 2.2 磁晶各向異性25-26
• 2.2.1 磁晶各向異性能25
• 2.2.2 磁晶各向異性等效場(chǎng)25-26
• 2.3 退磁場(chǎng)與退磁因子26-34
• 2.3.1 退磁場(chǎng)26-27
• 2.3.2 退磁場(chǎng)的計(jì)算27-29
• 2.3.3 退磁因子與退磁能29-34
• 2.4 本章小結(jié)34-36
• 第三章 動(dòng)態(tài)方程與宏自旋模型36-54
• 3.1 Landau-Lifshitz-Gilbert 方程36-41
• 3.1.1 旋磁進(jìn)動(dòng)36-37
• 3.1.2 Landau-Lifshitz 方程37-38
• 3.1.3 Landau-Lifshitz-Gilbert 方程38-40
• 3.1.4 歸一化 LLG 方程40-41
• 3.2 Macrospin 模型41-49
• 3.2.1 有效場(chǎng)42-43
• 3.2.2 阻尼項(xiàng)43-44
• 3.2.3 熱漲落44
• 3.2.4 自旋轉(zhuǎn)移力矩44-49
• 3.3 雙宏自旋模型49-50
• 3.4 微磁模型50-51
• 3.4.1 靜態(tài)方法51
• 3.4.2 動(dòng)態(tài)方法（LLG 方程）51
• 3.5 本章小結(jié)51-54
• 第四章 各向異性軸傾角對(duì)磁矩動(dòng)態(tài)特性的影響54-60
• 4.1 理論模型54-56
• 4.1.1 模型圖簡(jiǎn)述54-55
• 4.1.2 理論基礎(chǔ)55-56
• 4.2 釘扎層磁矩傾角對(duì)磁矩動(dòng)態(tài)特性的影響56-59
• 4.2.1 釘扎層磁矩傾角對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間的影響56-58
• 4.2.2 釘扎層磁矩傾角對(duì)閾值電流密度的影響58-59
• 4.3 本章小結(jié)59-60
• 第五章 形狀各向異性對(duì)磁矩動(dòng)態(tài)特性的影響60-66
• 5.1 自由層磁矩傾角及 MTJ 尺寸對(duì)磁矩動(dòng)態(tài)特性的影響60-64
• 5.1.1 自由層磁矩傾角及 MTJ 尺寸對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間的影響60-62
• 5.1.2 不同自由層長(zhǎng)度對(duì)磁化進(jìn)動(dòng)的影響62-63
• 5.1.3 自由層磁矩傾角及 MTJ 尺寸對(duì)閾值電流密度的影響63-64
• 5.1.4 本節(jié)小結(jié)64
• 5.2 自由層磁矩傾角與釘扎層磁矩傾角對(duì)磁矩動(dòng)態(tài)特性影響的對(duì)比64-65
• 5.3 本章小結(jié)65-66
• 第六章 總結(jié)與展望66-68
• 6.1 工作總結(jié)66-67
• 6.2 工作展望67-68
• 參考文獻(xiàn)68-74
• 致謝74-76
• 碩士階段科研成果76

【參考文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前4條

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3 李彥波;魏福林;楊正;;磁性隧道結(jié)的隧穿磁電阻效應(yīng)及其研究進(jìn)展[J];物理;2009年06期

4 劉娜;王海;朱濤;;COFeB/Pt多層膜的垂直磁各向異性研究[J];物理學(xué)報(bào);2012年16期

中國(guó)博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 牟從普;自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)驅(qū)動(dòng)磁性納米結(jié)構(gòu)的磁化動(dòng)力學(xué)研究[D];蘭州大學(xué);2013年

  本文關(guān)鍵詞：垂直磁隧道結(jié)中磁化動(dòng)態(tài)特性的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號(hào)：264784