磁隧道結中自旋轉移矩效應動態(tài)特性及熱穩(wěn)定性的研究.pdf

1、隨著人們對存儲技術要求的提高，基于自旋轉移矩（STT）效應的磁性隨機存儲器(STT-MRAM)以其巨大的優(yōu)勢成為磁學領域研究的熱點。作為隨機存儲器的核心組成部分，磁隧道結中磁矩動態(tài)特性的研究對于STT-MRAM高存儲密度、可擴展性的實現具有關鍵的意義。近年來，基于CoFeB-MgO材料的磁隧道結構得到了特別的關注，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，阻礙了自旋轉移矩磁性隨機存儲器商業(yè)化目標的實現。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，對磁隧道結中影響STT效應動態(tài)特性以及系統(tǒng)熱穩(wěn)定性的因素進行了探討，主要研究內容為：
　　1.介紹了磁性存儲技術的研究背景和意義，總結了磁性存儲器的

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。
　　2.分別研究了面內磁隧道結構，特別是CoFeB-MgO多層膜結構中形狀各向異性以及面外磁隧道結中垂直各向異性的影響。對于面內隧道結而言，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，會導致面內各向異性增強，翻轉時間與閾值電流密度增大。對于面外垂直磁隧道結而言，垂直各向異性系數越大，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時間越大。
　　3.研究了材料參數對熱穩(wěn)定因子及自旋轉移效率的影響。主要研究了飽和磁化強度、各向異性系數、自由層尺寸長寬比和厚度以及溫度等因素的影響。垂直磁隧道結中自旋轉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閾值電流以及翻轉時間的影響。運用微磁模擬的方法對非共線磁性多層膜結構中的自旋轉移力矩效應進行了研究，著重考察了Slonczewski項和類場項的影響情況。研究結果表明，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