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.pdf

1、隨著人們對(duì)存儲(chǔ)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(chǔ)器(STT-MRAM)以其巨大的優(yōu)勢(shì)成為磁學(xué)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。作為隨機(jī)存儲(chǔ)器的核心組成部分，磁隧道結(jié)中磁矩動(dòng)態(tài)特性的研究對(duì)于STT-MRAM高存儲(chǔ)密度、可擴(kuò)展性的實(shí)現(xiàn)具有關(guān)鍵的意義。近年來(lái)，基于CoFeB-MgO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(chǔ)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(dòng)的影響，而且過(guò)高的電流密度會(huì)

2、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(chǔ)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(dòng)的動(dòng)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(duì)磁隧道結(jié)中影響STT效應(yīng)動(dòng)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?jī)?nèi)容為：
　　1.介紹了磁性存儲(chǔ)技術(shù)的研究背景和意義，總結(jié)了磁性存儲(chǔ)器的

3、研究成果和面臨的挑戰(zhàn)。通過(guò)對(duì)磁矩進(jìn)動(dòng)動(dòng)態(tài)方程的解析以及相互作用能的闡述，為研究磁矩動(dòng)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CoFeB-MgO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(duì)于面內(nèi)隧道結(jié)而言，合適的尺寸規(guī)模對(duì)其動(dòng)態(tài)特性的影響很大。自由層長(zhǎng)寬比及其厚度的增加，會(huì)導(dǎo)致面內(nèi)各向異性增強(qiáng)，翻轉(zhuǎn)時(shí)間與閾值電流密度增大。對(duì)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

4、用越強(qiáng)，所需要的閾值電流和翻轉(zhuǎn)時(shí)間越大。
　　3.研究了材料參數(shù)對(duì)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(zhǎng)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(huì)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(shí)，自旋轉(zhuǎn)移矩效率增加，飽和磁化強(qiáng)度對(duì)動(dòng)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。

5、r>　　4.研究了類場(chǎng)項(xiàng)和極化層磁矩初始偏角對(duì)磁隧道結(jié)閾值電流以及翻轉(zhuǎn)時(shí)間的影響。運(yùn)用微磁模擬的方法對(duì)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(chǎng)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(shí)，閾值電流會(huì)大幅減小,減小幅度可達(dá)37％。而且類場(chǎng)STT項(xiàng)和Slonczewski項(xiàng)對(duì)閾值電流密度和翻轉(zhuǎn)時(shí)間有著重要的影響。分析表明類場(chǎng)項(xiàng)和Slonczewski項(xiàng)在一定條件下可以明顯地改善