本文關(guān)鍵詞：磁隧道結(jié)中自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)動態(tài)特性及熱穩(wěn)定性的研究

  更多相關(guān)文章： 類場自旋轉(zhuǎn)移力矩 磁隧道結(jié) 非共線極化層 微磁模擬 翻轉(zhuǎn)特性 自由層磁矩

【摘要】：隨著人們對存儲技術(shù)要求的提高,基于自旋轉(zhuǎn)移矩(STT)效應(yīng)的磁性隨機(jī)存儲器(STT-MRAM)以其巨大的優(yōu)勢成為磁學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。作為隨機(jī)存儲器的核心組成部分,磁隧道結(jié)中磁矩動態(tài)特性的研究對于STT-MRAM高存儲密度、可擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)具有關(guān)鍵的意義。近年來,基于Co Fe B-Mg O材料的磁隧道結(jié)構(gòu)得到了特別的關(guān)注,其優(yōu)越的性能為新型磁存儲器的商業(yè)化提供了光明的前景。但是納米尺寸磁隧道結(jié)中的磁矩更容易受到熱擾動的影響,而且過高的電流密度會使絕緣層很容易被擊穿,阻礙了自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲器商業(yè)化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。如何在保持較高熱穩(wěn)定性的前提下進(jìn)一步改善磁矩進(jìn)動的動態(tài)特性成為迫切需要解決的難題。本文基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewsk(LLGS)方程,建立了宏自旋與微磁兩種模型,對磁隧道結(jié)中影響STT效應(yīng)動態(tài)特性以及系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的因素進(jìn)行了探討,主要研究內(nèi)容為:1.介紹了磁性存儲技術(shù)的研究背景和意義,總結(jié)了磁性存儲器的研究成果和面臨的挑戰(zhàn)。通過對磁矩進(jìn)動動態(tài)方程的解析以及相互作用能的闡述,為研究磁矩動態(tài)特性提供了理論基礎(chǔ)。2.分別研究了面內(nèi)磁隧道結(jié)構(gòu),特別是Co Fe B-Mg O多層膜結(jié)構(gòu)中形狀各向異性以及面外磁隧道結(jié)中垂直各向異性的影響。對于面內(nèi)隧道結(jié)而言,合適的尺寸規(guī)模對其動態(tài)特性的影響很大。自由層長寬比及其厚度的增加,會導(dǎo)致面內(nèi)各向異性增強(qiáng),翻轉(zhuǎn)時間與閾值電流密度增大。對于面外垂直磁隧道結(jié)而言,垂直各向異性系數(shù)越大,磁矩偏離易軸的阻礙作用越強(qiáng),所需要的閾值電流和翻轉(zhuǎn)時間越大。3.研究了材料參數(shù)對熱穩(wěn)定因子及自旋轉(zhuǎn)移效率的影響。主要研究了飽和磁化強(qiáng)度、各向異性系數(shù)、自由層尺寸長寬比和厚度以及溫度等因素的影響。垂直磁隧道結(jié)中自旋轉(zhuǎn)移矩效率會隨著自由層厚度的減小而增加,隨著垂直各項(xiàng)異性系數(shù)的減小而減小,隨著飽和磁化強(qiáng)度的減小而增加。在飽和磁化強(qiáng)度和垂直各項(xiàng)異性的幅值降低時,自旋轉(zhuǎn)移矩效率增加,飽和磁化強(qiáng)度對動態(tài)特性的增強(qiáng)作用要大于垂直各項(xiàng)異性系數(shù)的減弱作用。4.研究了類場項(xiàng)和極化層磁矩初始偏角對磁隧道結(jié)閾值電流以及翻轉(zhuǎn)時間的影響。運(yùn)用微磁模擬的方法對非共線磁性多層膜結(jié)構(gòu)中的自旋轉(zhuǎn)移力矩效應(yīng)進(jìn)行了研究,著重考察了Slonczewski項(xiàng)和類場項(xiàng)的影響情況。研究結(jié)果表明,在給極化層磁矩一定初始偏角時,閾值電流會大幅減小,減小幅度可達(dá)37%。而且類場STT項(xiàng)和Slonczewski項(xiàng)對閾值電流密度和翻轉(zhuǎn)時間有著重要的影響。分析表明類場項(xiàng)和Slonczewski項(xiàng)在一定條件下可以明顯地改善磁隧道結(jié)的翻轉(zhuǎn)特性,此時類場STT項(xiàng)有效地促進(jìn)自由層磁矩翻轉(zhuǎn)的進(jìn)程,從而使閾值電流減小,翻轉(zhuǎn)時間縮短。
【關(guān)鍵詞】：類場自旋轉(zhuǎn)移力矩 磁隧道結(jié) 非共線極化層 微磁模擬 翻轉(zhuǎn)特性 自由層磁矩
【學(xué)位授予單位】：太原理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP333
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 第一章 緒論10-18
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 自旋轉(zhuǎn)移矩效應(yīng)11-12
• 1.3 磁隧道結(jié)的發(fā)展及其在器件中的應(yīng)用12-16
• 1.3.1 磁性隨機(jī)存儲器12-13
• 1.3.2 自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機(jī)存儲器13-14
• 1.3.3 自旋振蕩器14-15
• 1.3.4 磁存儲器的研究成果及挑戰(zhàn)15-16
• 1.4 論文主要研究內(nèi)容16-18
• 第二章 磁矩進(jìn)動方程18-28
• 2.1 鐵磁性材料中的能量18-20
• 2.1.1 交換能18-19
• 2.1.2 退磁能19
• 2.1.3 塞曼能19
• 2.1.4 磁晶各向異性能19-20
• 2.2 磁矩進(jìn)動的動態(tài)方程20-24
• 2.2.1 Landau-Lifshitz方程20-21
• 2.2.2 Landau-Lifshitz-Gilbert方程21-22
• 2.2.3 Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski方程22-24
• 2.3 龍格庫塔法的基本原理24-26
• 2.4 微磁模擬有限差分思想26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 第三章 理論模型28-36
• 3.1 宏自旋模型的建立28-29
• 3.2 隧道磁電阻的變化情況29-31
• 3.3 微磁模型31-34
• 3.4 結(jié)論34-36
• 第四章 系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的研究以及各向異性的影響36-50
• 4.1 系統(tǒng)熱穩(wěn)定性需求的研究37-38
• 4.2 確保非易失性條件下的磁體尺寸大小的研究38-48
• 4.2.1 面內(nèi)磁各向異性的研究39-40
• 4.2.2 模擬結(jié)果與討論40-43
• 4.2.3 垂直磁各向異性的研究43-44
• 4.2.4 模擬結(jié)果與討論44-48
• 4.3 結(jié)論48-50
• 第五章 類場項(xiàng)的影響50-58
• 5.1 研究背景及意義50-51
• 5.2 模型的建立51-52
• 5.3 模擬研究及結(jié)果52-56
• 5.3.1 無類場項(xiàng)情況下閾值電流與極化層磁矩偏角的關(guān)系52-54
• 5.3.2 考慮類場項(xiàng)情況下翻轉(zhuǎn)時間隨極化層磁矩初始角的變化54-55
• 5.3.3 類場項(xiàng)受Slonczewski項(xiàng)影響下，翻轉(zhuǎn)時間與 σ 和 β 的關(guān)系55-56
• 5.4 結(jié)論56-58
• 第六章 總結(jié)與展望58-60
• 6.1 全文總結(jié)58-59
• 6.2 工作展望59-60
• 參考文獻(xiàn)60-66
• 致謝66-68
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文68

【相似文獻(xiàn)】

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