垂直磁隧道結(jié)中磁化動態(tài)特性的研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和大數(shù)據(jù)時代的到來，信息已經(jīng)成為人們正常生活中不可分割的一部分。大數(shù)據(jù)的記錄使得小器件、大容量的存儲器件成為大眾所追求的目標(biāo)。因此，改善和提高存儲器件的密度具有十分重要的意義。由于垂直結(jié)構(gòu)的自旋轉(zhuǎn)移矩磁阻式隨機存儲器（STT-MRAM）具有非易失性和高速無限寫入循環(huán)等優(yōu)勢，而被研究人員認(rèn)為將會成為主流的通用存儲器。
　　在磁性納米結(jié)構(gòu)內(nèi)，磁矩翻轉(zhuǎn)動力學(xué)特性是反映存儲器件性能的直接指標(biāo)，該特性的研究對磁存儲以及自旋電子

2、學(xué)都具有十分重要的意義。然而，由于以往使用面內(nèi)磁結(jié)構(gòu)，為了達到降低電流密度的目的，所制作的磁存儲器件截面積較大，因此通常在使用宏自旋模型對STT-MRAM的分析中采用簡化的退磁因子，即只考慮垂直方向退磁因子影響（或是假定截面積無窮大）。但是在垂直磁結(jié)構(gòu)中，翻轉(zhuǎn)電流密度較小，在不失熱穩(wěn)定的前提下可以進一步減小其截面積，這種情況下如不考慮橫截面積的影響就可能帶來較大誤差。同時，之前的研究表明，通過改變自由層或極化層的厚度，如改變CoFeB薄

3、膜或者Co/Pd多層膜的厚度，可以使磁矩產(chǎn)生一個小的傾角，但在尺寸有限的情況下該傾角的大小對磁矩翻轉(zhuǎn)的影響尚不明確。為此，本文圍繞磁矩翻轉(zhuǎn)的動態(tài)特性作了如下工作:
　　1.介紹了磁存儲的意義、發(fā)展歷程、當(dāng)前現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向。
　　2.介紹了退磁場及退磁能，并采用磁偶極子相互作用的觀點對退磁場進行了詳細(xì)的推導(dǎo)計算，同時對橢球體與矩形結(jié)構(gòu)中各分量退磁因子作了歸納總結(jié)。
　　3.深刻闡述了宏自旋模型的處理方法，并列出了其優(yōu)

4、缺點。尤其通過數(shù)值模擬的方法，著重對自旋轉(zhuǎn)移矩(STT)效應(yīng)的工作機理及作用效果進行了說明。
　　4.在基于LLG方程的宏自旋(Macrospin)模型中，引入平面內(nèi)的退磁因子分量，重點研究了垂直磁各向異性(Perpendicular Magnetic Anisotropy，PMA)鐵磁材料的磁隧道結(jié)(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)中自由層磁矩翻轉(zhuǎn)時間及閾值電流隨釘扎層磁矩傾角的變化。研究結(jié)果表明，小的

5、釘扎層磁矩傾角可以大幅改善磁矩的翻轉(zhuǎn)時間與閾值電流密度。
　　5.具體討論了宏自旋(Macrospin)模型中器件形狀對磁矩翻轉(zhuǎn)特性的影響，給出了自由層磁矩翻轉(zhuǎn)時間與閾值電流密度隨自由層長度、厚度變化的特征。同時也分析了自由層磁矩傾角對磁矩翻轉(zhuǎn)時間及閾值電流密度的影響，并與釘扎層磁矩傾角產(chǎn)生的結(jié)果進行了對比。結(jié)果表明，在垂直結(jié)構(gòu)中，小的磁矩傾角及合適長厚比可以大幅度的縮短磁矩翻轉(zhuǎn)時間及減小所需閾值電流。另外，與傳統(tǒng)的算法相比，相同