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.pdf

1、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。作為隨機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、可擴展性的實現(xiàn)具有關(guān)鍵的意義。近年來，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

2、使絕緣層很容易被擊穿，阻礙了自旋轉(zhuǎn)移矩磁性隨機存儲器商業(yè)化目標(biāo)的實現(xiàn)。如何在保持較高熱穩(wěn)定性的前提下進一步改善磁矩進動的動態(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

3、研究成果和面臨的挑戰(zhàn)。通過對磁矩進動動態(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，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

4、用越強，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，隨著垂直各項異性系數(shù)的減小而減小，隨著飽和磁化強度的減小而增加。在飽和磁化強度和垂直各項異性的幅值降低時，自旋轉(zhuǎn)移矩效率增加，飽和磁化強度對動態(tài)特性的增強作用要大于垂直各項異性系數(shù)的減弱作用。

5、r>　　4.研究了類場項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)進行了研究，著重考察了Slonczewski項和類場項的影響情況。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37％。而且類場STT項和Slonczewski項對閾值電流密度和翻轉(zhuǎn)時間有著重要的影響。分析表明類場項和Slonczewski項在一定條件下可以明顯地改善