多通道STT-MRAM存储单元结构以及电流驱动磁畴壁移动的微磁模拟研究

摘要

近年来，随着人们对数据存储的要求越来越高，新型信息存储技术不断涌现。同时自旋电子学自从被提出以来，就由于其在信息存储与处理方面的重大应用前景，受到学术界和工业界的高度重视，广大研究者在自旋电子学领域开展了大量富有成效的研究工作，使自旋电子学的研究和应用获得了突飞猛进的发展。新型存储器件STT-MRAM和电流驱动磁畴壁移动作为自旋电子学和存储技术的结合，具有极大的研究意义。
　　本文在普通三层结构和单通道结构的基础上提出了三通道，五通道两种新型多通道的STT-MRAM存储单元结构，并用微磁模拟软件对这四种结构进行了模拟和计算，研究和分析了四种结构在TMR值，磁化翻转效率以及临界电流密度等方面的优劣。结果表明单通道结构具有最大的TMR值，最高的磁化翻转效率以及最小的临界电流密度，是最优的结构。同时还计算和分析了通道横截面积大小和上自由层厚度对结构性能的影响，结果表明通道横截面积更小，上自由层厚度更大的结构具有更加优越的性能。
　　此外，本文还对电流驱动磁畴壁移动进行了微磁模拟研究，首先应用微磁模拟软件对电流驱动磁畴壁移动单元结构进行了建模和计算，在分析了结构存在的问题后，对结构进行了优化。

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1 绪 论

1.1 引言

1.2 磁随机存储器MRAM

1.2.1传统的MRAM

1.2.2 新型存储器STT-MRAM

1.3 磁畴壁研究进展

1.3.1畴壁运动

1.3.2电流驱动磁畴壁移动的研究

1.4 本文研究内容与结构

2 微磁模拟

2.1 微磁学理论

2.2 LLG（Landau-Lifshitz-Gilbert）方程

2.3 Magoasis微磁模拟软件

2.4 本章小结

3 多通道自由层STT-MRAM存储单元结构的设计

3.1多通道自由层STT-MRAM存储单元结构模型

3.1.1 结构设计简图

3.1.2 多通道结构在Magoasis中的建模计算

3.2 多通道STT-MRAM单元结构磁化翻转特性的计算与分析

3.2.1 四种结构的TMR值对比分析

3.2.2 四种结构的磁化翻转效率对比分析

3.2.3 四种结构的临界电流密度对比分析

3.2.4 通道横截面积大小对结构性能的影响

3.2.4 上自由层厚度对结构性能的影响

3.3 本章小结

4 电流驱动磁畴壁移动的微磁学模拟

4.1 电流驱动磁畴壁移动单元结构设计

4.1.1 电流驱动磁畴壁移动模型

4.1.2 电流驱动磁畴壁移动模型在Magoasis中的构建

4.1.3 电流驱动磁畴壁移动模型计算和分析

4.1.4 电流驱动磁畴壁移动模型的优化

4.2 本章小结

5 总结与展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间发表论文或专利