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        SOT型磁姓存儲器研究領(lǐng)域獲進(jìn)展

        放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2021-11-13 08:36:08    瀏覽次數(shù):87
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        華夏科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在SOT型磁性存儲器(MRAM)研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。實(shí)現(xiàn)低功耗、高穩(wěn)定得數(shù)據(jù)寫入操作是MRAM亟需解決得關(guān)鍵問題之一,其中,消除寫入電流得非對稱性對于實(shí)現(xiàn)

        華夏科學(xué)院微電子研究所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室在SOT型磁性存儲器(MRAM)研究領(lǐng)域取得進(jìn)展。

        實(shí)現(xiàn)低功耗、高穩(wěn)定得數(shù)據(jù)寫入操作是MRAM亟需解決得關(guān)鍵問題之一,其中,消除寫入電流得非對稱性對于實(shí)現(xiàn)寫入過程得穩(wěn)定可控以及簡化供電電路設(shè)計十分重要。STT-MRAM(Spin-Transfer Torque MRAM)由于在寫入過程中,電子自旋在磁性功能層表面得透射和反射效率不同,寫入電流本征上是不對稱得,而SOT-MRAM(Spin-Orbit Torque MRAM)由于寫入機(jī)理上不存在自旋透射和反射得差異,因此,長期以來被認(rèn)為不存在寫入電流不對稱得問題。但另一方面,SOT-MRAM在寫入過程中所施加得幫助磁場則有可能從另一側(cè)面帶來寫入電流得非對稱性。由于目前SOT-MRAM尚處在尋找高效得SOT材料以及通過引入耦合層來提供此幫助場得基礎(chǔ)研究階段,此幫助磁場在器件和電路設(shè)計層面可能帶來得寫入非對稱性問題還沒有被涉及到。

        針對SOT-MRAM在未來量產(chǎn)過程中可能面臨得此類問題,微電子所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室從優(yōu)化磁性存儲器整體性能及制備工藝得角度出發(fā),提前開展此類問題得研究。對于上述可能得寫入電流非對稱問題,研究人員及其合通過測定在有無幫助磁場下得SOT效率與寫入電流方向、幫助場方向及強(qiáng)弱之間得關(guān)系,直接證實(shí)了支配寫入過程得SOT效率也具有本征得非對稱性。進(jìn)一步研究表明,此非對稱性于幫助磁場對磁性功能層內(nèi)部自旋排列得精細(xì)影響。在此基礎(chǔ)上,研究人員測試了臨界寫入電流和SOT效率得關(guān)系,分析了寫入過程得兩種物理機(jī)制,認(rèn)為基于手性疇壁運(yùn)動得磁疇擴(kuò)展機(jī)制主導(dǎo)了SOT-MRAM得寫入過程,但另一種一致磁翻轉(zhuǎn)機(jī)制也可能隨機(jī)發(fā)生,從而為寫入過程引入額外得非對稱性。相關(guān)得研究結(jié)果從物理機(jī)理上限定了實(shí)現(xiàn)SOT-MRAM對稱性寫入得條件,為下一步電路設(shè)計和器件結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供了設(shè)計準(zhǔn)則。

        相關(guān)研究成果以Write Asymmetry of Spin-Orbit Torque Memory Induced by In-Plane Magnetic Fields為題于近期發(fā)表在IEEE Electron Device Letters上。該工作得到了China重點(diǎn)研發(fā)計劃、China自然科學(xué)基金以及中科院相關(guān)項(xiàng)目得支持。

        微電子所微電子器件與集成技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室自2019年設(shè)立磁存儲及自旋電子器件研究方向以來,主要集中在從物理機(jī)理得角度解決限制MRAM發(fā)展得關(guān)鍵技術(shù)問題,以及從事自旋波耦合系統(tǒng)和環(huán)柵(GAA)型自旋器件在量子計算等前沿領(lǐng)域得研究。目前實(shí)驗(yàn)室已具備了MRAM核心器件磁性隧道結(jié)(MTJ)得生長及微加工能力,建成了包括自旋轉(zhuǎn)移矩得高低頻測試以及磁性存儲器在0.5 ns以下得高速寫入及動態(tài)觀測系統(tǒng)在內(nèi)得研發(fā)體系。

        圖(a)SOT-MRAM器件得結(jié)構(gòu)及測試示意圖;圖(b)SOT效率和幫助磁場在不同寫入電流方向下得關(guān)系;圖(c)高低阻態(tài)寫入電流得差值相對于寫入電流得比值和幫助磁場得關(guān)系;圖(d)臨界寫入電流隨幫助磁場得變化。實(shí)線為基于磁疇擴(kuò)展得寫入機(jī)制;虛線為基于一致翻轉(zhuǎn)得寫入機(jī)制

        華夏科學(xué)院微電子研究所

         
        (文/小編)
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