垂直磁隧道結中磁化動態(tài)特性的研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展和大數據時代的到來，信息已經成為人們正常生活中不可分割的一部分。大數據的記錄使得小器件、大容量的存儲器件成為大眾所追求的目標。因此，改善和提高存儲器件的密度具有十分重要的意義。由于垂直結構的自旋轉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，而被研究人員認為將會成為主流的通用存儲器。
　　在磁性納米結構內，磁矩翻轉動力學特性是反映存儲器件性能的直接指標，該特性的研究對磁存儲以及自旋電子

2、學都具有十分重要的意義。然而，由于以往使用面內磁結構，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）。但是在垂直磁結構中，翻轉電流密度較小，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的影響尚不明確。為此，本文圍繞磁矩翻轉的動態(tài)特性作了如下工作:
　　1.介紹了磁存儲的意義、發(fā)展歷程、當前現狀和未來發(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的推導計算，同時對橢球體與矩形結構中各分量退磁因子作了歸納總結。
　　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。尤其通過數值模擬的方法，著重對自旋轉移矩(STT)效應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(Magnetic Tunnel Junction，MTJ)中自由層磁矩翻轉時間及閾值電流隨釘扎層磁矩傾角的變化。研究結果表明，小的

5、釘扎層磁矩傾角可以大幅改善磁矩的翻轉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特性的影響，給出了自由層磁矩翻轉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時間及閾值電流密度的影響，并與釘扎層磁矩傾角產生的結果進行了對比。結果表明，在垂直結構中，小的磁矩傾角及合適長厚比可以大幅度的縮短磁矩翻轉時間及減小所需閾值電流。另外，與傳統的算法相比，相同