發(fā)布時(shí)間：2018-07-03 05:24

  本文選題：磁隧道結(jié) + 垂直磁各向異性�。� 參考：《華中科技大學(xué)》2016年博士論文

【摘要】：自旋力矩轉(zhuǎn)移磁隨機(jī)存儲(chǔ)器(Spin-Torque-Transfer Magnetic Random Access Memory, STT-MRAM)具有高速、非易失性和存儲(chǔ)壽命長(zhǎng)等特點(diǎn),是一種高速讀寫(xiě)、低功耗的新型存儲(chǔ)技術(shù)。隨著硬件對(duì)存儲(chǔ)器性能的要求越來(lái)越高,STT-MRAM在大容量和超低功耗存儲(chǔ)芯片的應(yīng)用依然面臨著挑戰(zhàn)。磁隧道結(jié)(magnetic tunnel junctions, MTJs)是STT-MRAM的基本存儲(chǔ)單元,直接決定了其存儲(chǔ)性能。進(jìn)一步提高存儲(chǔ)密度、降低磁隧道結(jié)的功耗和增強(qiáng)隧道磁阻效應(yīng)是磁隧道結(jié)器件研究亟待解決的難題。提高存儲(chǔ)密度需要減小器件尺寸的同時(shí)提高M(jìn)TJ磁性材料的熱穩(wěn)定性,即增強(qiáng)磁各向異性；降低功耗最有效的途徑之一是研究如何更有效地利用電場(chǎng)調(diào)控磁各向異性,實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)輔助寫(xiě)入；增強(qiáng)隧道磁阻變化率則需深入探究器件界面及材料對(duì)自旋輸運(yùn)特性的影響。隨著磁隧道結(jié)尺寸的縮小,無(wú)論磁各向異性還是各種磁電效應(yīng)(電場(chǎng)對(duì)磁各向異性的調(diào)控、隧道磁阻效應(yīng)等)都愈發(fā)與膜層界面息息相關(guān)。于是,本文重點(diǎn)針對(duì)MgO隧穿層的MTJ膜層界面,從理論以及實(shí)驗(yàn)方面研究了強(qiáng)垂直磁各向異性的MTJ材料及其界面特性,系統(tǒng)地分析了MTJ膜層界面處電場(chǎng)對(duì)磁各向異性的調(diào)控作用,研究了界面結(jié)構(gòu)對(duì)隧道磁阻效應(yīng)的影響。本文的研究?jī)?nèi)容可概括為三個(gè)部分：(1)在強(qiáng)垂直磁各向異性MTJ材料研究方面,重點(diǎn)針對(duì)FePt薄膜材料的界面結(jié)構(gòu)和磁特性進(jìn)行了研究。為滿足CMOS工藝的需求,研究了快速退火工藝下Ag/FePt膜層結(jié)構(gòu)中FePt的有序化轉(zhuǎn)變,結(jié)果表明Ag層能促進(jìn)L10-FePt快速有序化并提高垂直矯頑場(chǎng);提出了一種CoFe/A1-FePt的新型強(qiáng)垂直磁各向異性膜層結(jié)構(gòu),以兼顧MgO-MTJ器件對(duì)隧道磁阻變化率和退火工藝的要求,結(jié)合實(shí)驗(yàn)和理論計(jì)算,證實(shí)了其垂直磁各向異性的起源于界面非對(duì)稱與應(yīng)力,并發(fā)現(xiàn)界面應(yīng)力可有效控制磁各向異性強(qiáng)弱。(2)在電場(chǎng)輔助寫(xiě)入方面,主要研究了MgO磁隧道結(jié)界面結(jié)構(gòu)對(duì)電場(chǎng)調(diào)控磁各向異性的影響�；�于第一性原理計(jì)算,首先分析了理想、過(guò)氧和缺氧三種狀態(tài)下不同F(xiàn)e/MgO界面結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,隨后對(duì)比了理想、過(guò)氧和缺氧三種界面態(tài)下電場(chǎng)對(duì)磁各向異性的調(diào)控作用,結(jié)果表明MgO界面氧化狀態(tài)對(duì)這種電致磁電效應(yīng)有極大的影響：為獲得更強(qiáng)的電場(chǎng)調(diào)控效應(yīng),研究了電場(chǎng)對(duì)Fe/非磁金屬(Ta、Pt和Au)界面磁各向異性的調(diào)控,證實(shí)了電場(chǎng)同樣對(duì)金屬-金屬界面磁各向異性具有極強(qiáng)的調(diào)控作用,可主導(dǎo)磁隧道結(jié)中的磁電效應(yīng)：最后分析了磁隧道結(jié)膜層結(jié)構(gòu)中壓應(yīng)力對(duì)電場(chǎng)可控磁各向異性的影響,結(jié)果表明膜層應(yīng)力也能決定電場(chǎng)調(diào)控磁各向異性的強(qiáng)弱。(3)為研究器件界面結(jié)構(gòu)及材料對(duì)隧道磁阻效應(yīng)的影響,本文基于非平衡格林函數(shù)計(jì)算分析了MgO-MTJ的自旋輸運(yùn)性質(zhì)。結(jié)合器件自旋透射譜和界面局域態(tài)密度,重點(diǎn)研究了不同MgO界面氧化狀態(tài)及不同MgO/二元鐵磁合金界面的MgO-MTJ器件的自旋輸運(yùn)性質(zhì),結(jié)果表明磁隧道結(jié)界面結(jié)構(gòu)能極大地影響隧道磁阻效應(yīng),合理調(diào)控MgO薄膜界面狀態(tài)和鐵磁合金界面結(jié)構(gòu)對(duì)提高隧道磁阻變化率至關(guān)重要。
[Abstract]:Spin - Torque - Transfer Magnetic Random Access Memory ( STT - MRAM ) is a new type of storage technology with high speed , non - volatile memory and long storage life .
One of the most effective ways to reduce power consumption is to study how to use electric field to regulate magnetic anisotropy more effectively and to realize auxiliary writing of electric field .
In this paper , the influence of the interface structure of MgO - MTJ device on the magnetic anisotropy of tunnel magnetoresistance is studied .
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TP333

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本文編號(hào)：2092560