在半導(dǎo)體制備工藝向14nm節(jié)點發(fā)展的過程中,基于多晶硅的傳統(tǒng)存儲技術(shù)逐漸接近其極限,需要探索新型的存儲技術(shù)。自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲器（STT-MRAM）因具有非易失、低功耗、高存儲密度的特點而成為微電子學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。如何在器件尺寸持續(xù)微縮的同時維持磁性層的熱穩(wěn)定性是制約STT-MRAM商業(yè)化的關(guān)鍵問題。考慮到材料熱穩(wěn)定性對其垂直磁各向異性（PMA）的依賴,需要使用高PMA材料作為磁性層,或者設(shè)計MTJ膜層結(jié)構(gòu)以提高PMA。借助電場輔助機(jī)制可以解決PMA引起的臨界開關(guān)電流密度過高的問題。由于電場效應(yīng)僅限于MTJ界面原子層,且界面特性對磁各向異性和場誘磁化翻轉(zhuǎn)的影響隨著單元尺寸的縮小愈發(fā)凸顯,因此可使用界面工程對MTJ磁各向異性行為進(jìn)行精確調(diào)控。本文通過第一性原理計算研究了MgO/Fe/Pt膜層結(jié)構(gòu)的界面特性,基于自旋-軌道耦合的二階微擾理論對計算得到的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論,系統(tǒng)分析了鐵磁層厚度和重金屬夾層對MTJ磁各向異性的影響。一方面,研究了MgO/Fe/Pt界面模型的磁各向異性同鐵磁層厚度的依賴關(guān)系。不同于其他界面模型,MgO/Fe₁L/Pt具有面內(nèi)磁各向異性和... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

傳統(tǒng)MRAM(磁場驅(qū)動)和STT-MRAM(電流驅(qū)動)的結(jié)構(gòu)示意圖

考慮到自由層和釘扎層的磁矩方向存在平行和反平行的情況，MTJ 存在兩個化配置，對應(yīng)著不同的電阻值。TMR 效應(yīng)描述的是 MTJ 的磁阻隨鐵磁電極磁取向而變化的特性，其物理起源可以借助圖 1-2 中的模型進(jìn)行說明[9,10]。需要，只有當(dāng)其他鐵磁電極中存在未被占據(jù)的電子態(tài)時，具有相同自旋取向的電發(fā)生隧穿。假定隧穿過程中電子守恒，若鐵磁電極的磁矩方向平行，多數(shù)自的電子可以填充到另一電極的多數(shù)自旋空態(tài)，少數(shù)自旋子帶中電子可以填充極的少數(shù)自旋空態(tài)，使得整個器件呈低阻態(tài)；若是鐵磁電極的磁矩反向平行旋電子將占據(jù)另一電極的少數(shù)自旋態(tài)，導(dǎo)致更小的衰減電流，器件表現(xiàn)為高阻R 的強(qiáng)度則定義為隧穿磁電阻比： = (， 和 分別是鐵磁電極的磁矩取向在反平行和平行時的磁阻。通常 是，這使得自由層中的磁化狀態(tài)能夠被感知到，從而讀取存儲單元中的信息。

華 中 科 技 大 學(xué) 碩 士 學(xué) 位 論 文STT 效應(yīng)由 Slonczewski 和 Berger 于 1996 年提出[11,12]，指的是電流在通過MT向決定了自由層的磁化狀態(tài)。一般來說，電流是非極化的，多數(shù)自旋和少數(shù)子各占據(jù) 50%；但是在鐵磁材料中，由于自旋劈裂作用的存在，不同取向的度有著不同的占比。磁性層具有一種類似自旋過濾的特性：電流通過釘扎層相同自旋取向的電子可以傳輸過去，其他方向的電子則被反射，形成了自旋；若自旋極化電流繼續(xù)被引導(dǎo)到自由層，電子攜帶的角動量轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)移給自由，使自由層的磁矩在轉(zhuǎn)矩和阻尼的共同作用下進(jìn)動，進(jìn)一步發(fā)生翻轉(zhuǎn)�；�-MARM 可以通過調(diào)節(jié)外部電流的方向來寫入信息“1”和“0”，如圖 1-3 所


本文編號：2987423