自第一代磁随机存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,MRAM)问世以来,越来越多的科研人员开始着手磁随机存储器的研究。磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)作为磁随机存储器的核心结构,是研究的重点。第一代磁随机存储器是利用电流产生的磁场使磁隧道结的磁化方向发生改变,从而改变磁隧道结的磁电阻态,实现数据的读写。但它的缺点也十分明显,主要表现为磁场需要强大的电流做支撑,这就会带来严重的能耗问题,且会降低系统整体的热稳定性。自旋转移矩效应的引入就很好地解决了这个问题,因此也将第二代磁随机存储器称为自旋转移距磁随机存储器(Spin-Transfer Torque Magnetoresistance Random Access Memory,STT-MRAM)。相比于MRAM,STT-MRAM具有高集成度、快速读写、较好的热稳定性等优点,是极具应用前景的下一代通用存储器。本文以STT-MRAM为基础,结合相关的实验和理论模型,研究分析了几种关于STT-MRAM的优化方案,以达到进一步提升STT效应的目的。主要研究内容如下:1.对STT-MRAM的由来及发展情况做了详细的阐述,采用Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程和宏自旋模型,研究了无任何辅助下的磁矩翻转。2.加入外场辅助MTJ磁矩翻转。结果表明:加入电场,可以有效提高磁矩翻转速度,但会增加系统的能耗,因此,一般选择加电场作为STT-MRAM优化的辅助方案。3.本文采用微磁模拟的办法分析了五层膜垂直磁隧道结结构。结果表明:相比三层膜隧道结,五层膜隧道结可以有效增强STT效应,降低临界电流密度,加快磁矩翻转。4.通过在磁隧道结中加入缓冲层,调节垂直磁各向异性形成易锥态结构。本文研究了锥角大小对该结构中磁矩翻转的影响,结果表明:锥角可以有效加快磁矩翻转速率,在锥角约为23°时,翻转时间最短,为6.201 ns,翻转效率提升约为48.28%。