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金冬月 (金冬月.) | 陈虎 (陈虎.) | 王佑 (王佑.) | 张万荣 (张万荣.) | 那伟聪 (那伟聪.) | 郭斌 (郭斌.) | 吴玲 (吴玲.) | 杨绍萌 (杨绍萌.) | 孙晟 (孙晟.)

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电压调控磁各向异性磁隧道结(voltage controlled magnetic anisotropy magnetic tunnel junction,VCMA-MTJ)作为磁随机存储器(magnetic random access memory,MRAM)的核心器件,具有读写速度快、功耗低、与CMOS工艺相兼容等优点,现已得到国内外学者的广泛关注.然而随着VCMA-MTJ尺寸不断缩小、MRAM存储容量不断增大,工艺偏差对MTJ性能的影响变得越来越显著,甚至会引起VCMA-MTJ电路的读写错误.本文在充分考虑磁控溅射薄膜生长工艺中自由层厚度偏差(gtf)、氧化势垒层厚度偏差(gtox)以及离子束刻蚀工艺中由侧壁再沉积层引入的刻蚀工艺稳定因子(a)偏差影响的情况下,给出了基于工艺偏差的VCMA-MTJ电学模型,并将该模型应用到VCMA-MTJ读写电路中,研究了工艺偏差对上述电路读写错误率的影响.结果 表明:当gtf≥13%,gtox≥11% 时,VCMA-MTJ将无法实现磁化状态的有效切换;当a≤0.7时,VCMA-MTJ磁化方向的进动过程变得不稳定.进一步地,VCMA-MTJ电路的读错误率和写错误率也将随着工艺偏差的增大而增大.研究表明,通过增大外加电压(Vb)和减小外加电压脉冲宽度(tpw)可有效降低VCMA-MTJ电路的写错误率,增大电路的读驱动电压(Vdd)可有效降低VCMA-MTJ电路的读错误率.

Keyword:

电压调控磁各向异性 磁隧道结 读写电路 工艺偏差

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物理学报

ISSN: 1000-3290

Year: 2020

Issue: 19

Volume: 69

Page: 348-358

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JCR@2022

ESI Discipline: PHYSICS;

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