自第一代磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM）問(wèn)世以來(lái),越來(lái)越多的科研人員開(kāi)始著手磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的研究。磁隧道結(jié)（Magnetic Tunnel Junction,MTJ）作為磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的核心結(jié)構(gòu),是研究的重點(diǎn)。第一代磁隨機(jī)存儲(chǔ)器是利用電流產(chǎn)生的磁場(chǎng)使磁隧道結(jié)的磁化方向發(fā)生改變,從而改變磁隧道結(jié)的磁電阻態(tài),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)。但它的缺點(diǎn)也十分明顯,主要表現(xiàn)為磁場(chǎng)需要強(qiáng)大的電流做支撐,這就會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的能耗問(wèn)題,且會(huì)降低系統(tǒng)整體的熱穩(wěn)定性。自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)的引入就很好地解決了這個(gè)問(wèn)題,因此也將第二代磁隨機(jī)存儲(chǔ)器稱為自旋轉(zhuǎn)移距磁隨機(jī)存儲(chǔ)器（Spin-Transfer Torque Magnetoresistance Random Access Memory,STT-MRAM）。相比于MRAM,STT-MRAM具有高集成度、快速讀寫(xiě)、較好的熱穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn),是極具應(yīng)用前景的下一代通用存儲(chǔ)器。本文以STT-MRAM為基礎(chǔ),結(jié)合相關(guān)的實(shí)驗(yàn)和理論模型,研究分析了幾種關(guān)于STT-MRAM的優(yōu)化方案,以達(dá)到進(jìn)一步提升STT效應(yīng)的目的。主要研究?jī)?nèi)容如下... 

【文章來(lái)源】：內(nèi)蒙古大學(xué)內(nèi)蒙古自治區(qū) 211工程院校

【文章頁(yè)數(shù)】：47 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

翻轉(zhuǎn)模擬圖

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第8頁(yè)圖1.4磁矩分量圖FIG.1.4Magnetizationcomponentvstime其中，圖1.3是三維空間中的磁矩翻轉(zhuǎn)模擬圖，圖1.4是磁矩在z軸、x軸、y軸的各個(gè)分量與翻轉(zhuǎn)時(shí)間的關(guān)系圖，磁矩翻轉(zhuǎn)的易軸為z軸，對(duì)應(yīng)的翻轉(zhuǎn)時(shí)間為11.989ns。寫(xiě)入時(shí)長(zhǎng)較第一代磁存儲(chǔ)器已經(jīng)減少了許多，而且在理論上依然可以通過(guò)一些輔助方案，實(shí)現(xiàn)繼續(xù)減少的可能。1.5本文的主要研究?jī)?nèi)容本文的主要工作是在鐵磁學(xué)相關(guān)理論的基礎(chǔ)和宏自旋模型的基礎(chǔ)上展開(kāi)的（具體相關(guān)的理論及模型將在第二章中詳細(xì)介紹），在總結(jié)前人對(duì)STT-MRAM的研究工作的前提下，我們找到幾種可行的優(yōu)化方案。對(duì)于每一個(gè)優(yōu)化方案，我們都從理論上推導(dǎo)出相應(yīng)的LLGS方程，并結(jié)合微磁模擬的方法，在Matlab軟件上模擬出自由層磁矩的翻轉(zhuǎn)情況，研究了各個(gè)方案的機(jī)理和優(yōu)缺點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)際情況和實(shí)驗(yàn)操作，分析了各個(gè)方案的發(fā)展及應(yīng)用前景。本文的理論基礎(chǔ)源于LLGS方程，通過(guò)對(duì)方程中每一項(xiàng)的含義理解，重點(diǎn)分析有效場(chǎng)作用、阻尼作用、STT效應(yīng)和類場(chǎng)項(xiàng)作用對(duì)磁矩翻轉(zhuǎn)的影響，并從加快翻轉(zhuǎn)速率和減少能耗，兩個(gè)主要方向入手，系統(tǒng)分析各個(gè)方案的可行性，最后，以分析結(jié)果為依據(jù)，對(duì)STT-MRAM的優(yōu)化提出了幾點(diǎn)展望。

內(nèi)蒙古大學(xué)碩士學(xué)位論文第13頁(yè)型，通過(guò)微磁模擬，可以更加直觀地觀察到磁性材料內(nèi)部磁矩隨時(shí)間的變化情況。在研究STT-MRAM時(shí)，這兩種方法都是十分有效的，一般采用兩種方法相結(jié)合的手段，展開(kāi)研究。宏自旋模型的理論基礎(chǔ)是Landau-Lifshitz-Gilbert(LLG)方程，該方程通常被用來(lái)解釋自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)下的磁性隧道結(jié)自由層磁矩動(dòng)態(tài)特性，如圖2.1所示，該圖為隧道結(jié)宏自旋模型的示意圖。圖2.1磁性隧道結(jié)宏自旋模型示意圖FIG.2.1Aschematicdiagramofthemacrospinmodelforamagnetictunneljunction一個(gè)隧道結(jié)由兩個(gè)鐵磁層中間夾著一個(gè)非磁性金屬氧化物勢(shì)壘層構(gòu)成，整體分為三層，因此也叫做“三明治”結(jié)構(gòu)[45]。在圖2.1中，z軸正方向?yàn)橐状呕S方向，pm表示釘扎層的單位磁矩,J是通入隧道結(jié)的電流，m表示自由層磁矩，該磁矩方向與z軸的夾角為，其在yx平面上的投影與x軸的夾角為。極化層絕緣層自由層xzympmJ0

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]STT-MRAM存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展[J]. 趙巍勝,王昭昊,彭守仲,王樂(lè)知,常亮,張有光.  中國(guó)科學(xué):物理學(xué) 力學(xué) 天文學(xué). 2016(10)
[2]形狀各向異性對(duì)垂直磁隧道結(jié)磁化動(dòng)態(tài)的影響[J]. 劉斌,劉喆頡,楊毅彪,劉欣.  微納電子技術(shù). 2015(03)
[3]磁隨機(jī)存儲(chǔ)器的研究進(jìn)展[J]. 孔令剛,韓汝琦.  磁性材料及器件. 2005(05)

博士論文
[1]磁隧道結(jié)模型及自旋轉(zhuǎn)移力矩磁隨機(jī)存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)技術(shù)研究[D]. 張麗.西安電子科技大學(xué) 2014

碩士論文
[1]磁隧道結(jié)中自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)動(dòng)態(tài)特性及熱穩(wěn)定性的研究[D]. 李磊鑫.太原理工大學(xué) 2016
[2]STT-MRAM信息存儲(chǔ)機(jī)理仿真研究[D]. 于發(fā)發(fā).華中科技大學(xué) 2013



本文編號(hào)：3130146