【摘 要】
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自旋转移矩磁随机存储器（Spin-Transfer Torque Magnetoresistance random access memory,STT-MRAM）有望代替传统存储器,其高效,非易失性,存储时间长等优点引起了人们的关注。随着科技的不断进步,存储器也不断面临新的挑战。近年来,随着MRAM的存储密度不断增加,尺寸不断减小;同时,还要通过增强磁各向异性来提升存储器的热稳定性。如何可以更好地
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自旋转移矩磁随机存储器（Spin-Transfer Torque Magnetoresistance random access memory,STT-MRAM）有望代替传统存储器,其高效,非易失性,存储时间长等优点引起了人们的关注。随着科技的不断进步,存储器也不断面临新的挑战。近年来,随着MRAM的存储密度不断增加,尺寸不断减小;同时,还要通过增强磁各向异性来提升存储器的热稳定性。如何可以更好地降低能耗,更有效地提高磁隧道结的翻转效率是目前研究的主要方向。技术的改进让存储器告别了第一代磁随机存储器。随着研究不断深入,驱动磁化翻转的方式也在不断更新。本文基于垂直磁化STT-MRAM,分析其翻转机理,同时提出优化方案。主要研究内容如下:1.文章首先阐述了自旋转移矩磁随机存储器的发展历史。通过Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski（LLGS）方程模拟磁随机存储器的磁化翻转。2.基于宏自旋（Macrospin）模型,通过微磁模拟发现,调节界面垂直各向异性可以减小有效场,从而降低翻转时间,可由12ns减小到8.32ns,提升了30.7%。不过该优化方案会影响系统热稳定性,因此有效场通常不能低于1.0×104A/m。3.通过调节自由层厚度,研究发现,自由层厚度减小可加速自由层的磁化翻转。当自由层厚度减小为0.3nm时,翻转时间为3.6ns,比12ns缩短了70%。但在实际应用中,应考虑热扰动对自旋转移矩的影响,通常自由层厚度控制在0.7nm以上。4.当沿y轴方向增加单轴形状各向异性场时,磁化翻转加快,翻转时间由12ns缩短为9.15ns,减小23.8%。5.在有效场内引入温度场,结果表明:随温度增加,磁化翻转速度加快。当温度为500 K时,翻转时间降低为7ns,时间缩短41.7%。此外,当温度固定为500K时,自由层体积减小为20nm3时,翻转时间变为为6.1ns,较7ns加快了5.1%。
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