MTJ笔记

Posted 2020-10-14

 

 

场控开关：磁场在近处和远处的强度不均匀，集成度较小。将状态传出需要转换为电压或磁场，与周围电流的交互复杂。

流控开关

 

MR：磁致电阻

GMR效应：铁磁层/非铁磁性金属/铁磁层

TMR效应：铁磁层/绝缘体/铁磁层，这种结构称为MTJ磁隧道结

描述MR的模型：two-resistor model

电子自旋方向有两个：自旋向上和自旋向下

电子可以通过极化方式相同的铁磁层，极化方向相反则反弹回来

所以对于平行的两层铁磁层，同向的电子可以通过电阻较小，反向的反弹电阻较大，并联整体电阻较小

对于反向的两层铁磁层，两种自旋方向的电子全部反弹，电阻大

即：

P-电阻小-0

AP-电阻大-1

 

隧穿效应

STT 自旋磁转矩效应 改变MTJ中铁磁层的方向实现写入数据

AP→P 电子先通过固定层后通过自由层，电子通过固定层在绝缘层的阻碍下与固定层极化方向相同，在到达自由层时改变自由层的方向，写0

P→AP电子先通过自由层，部分被极化，与固定层同向的通过，与固定层反向的反弹回自由层，积累到一定程度时改变自由层方向，写1

P状态，电子从固定层通过自由层，电阻小，为0

AP状态，电子从自由层通过固定层，电阻大，为1

 

面向磁化各向异性MTJ和垂直磁化各向异性MTJ

垂直磁化MTJ电流更小

 

热稳定性是一个很重要的参数

PMTJs are able to have a higher thermal stability and less sensitivity to shape and size variation in addition to a lower inherent switching current
Inplane device use shape anisotropy which results from a non symmetric shape such as a rectangle or ellipse. This limits the thermal stability that can be obtained for in-plane device and therefore the size of the MTJ. Furthermore, variation in MTJ dimensions changes the thermal stability

 

 

 

输入端改变磁场，可以改变输入端的整体阻抗

 

输出端的控制电压，设定为不同的值，输出的电阻与输入的电阻出现不同的关系，所以通过设定不同的电压可以实现不同的逻辑

STT：

输入端通过施加电压，改变输入电阻，即改变输入状态。同时电流也相应改变

输出端预置一个电压，输入状态改变的电流改变，可以实现输出的状态改变

电压的设置与面积有关

 

电阻值不能设置过大或过小，过大则电流驱动能力不足

The resistance of the MTJ elements should be sufficient so that a majority of voltage is

dropped across the MTJs and not the CMOS. However, the resistance of the MTJ device

should not be so large that the CMOS will not be able to supply sufficient current.

 

通过MTJ可以设定一些其他的基础而常用的逻辑，这些逻辑在CMOS中可能需要其他逻辑来实现

MTJ逻辑的扇出还需要解决

通过电流镜增大扇出电流

 

 

MQCA：

可以实现低功耗

存在的问题：内部机制与现有的电信号不兼容，需要添加接口

使用自旋电子作为接口

 

The MQCA logic device relies on the dipolar coupling between closely spaced nanomagnets to perform logic operations