基于工艺偏差的自旋转移矩辅助压控磁各向异性磁隧道结电学模型及其应用研究

摘要

自旋转移矩辅助电压调控磁各向异性磁隧道结(STT辅助VCMA-MTJ)作为非易失性全加器(NV-FA)中的核心部件,具有切换速度快、功耗低,稳定性好等优点,将在物联网、人工智能等领域具有良好的发展前景.然而随着磁隧道结(MTJ)尺寸的不断缩小以及芯片集成度的不断提高,工艺偏差对MTJ及NV-FA电路性能的影响将变得越来越显著.本文基于STT辅助VCMA-MTJ磁化动力学,在充分考虑薄膜生长工艺偏差以及刻蚀工艺偏差影响的情况下,建立了更为精确的STT辅助VCMA-MTJ电学模型,研究了上述两种工艺偏差对MTJ及NV-FA电路性能的影响.结果表明,当自由层厚度偏差γ_(tf)≥6%或氧化层厚度偏差γ_(tox)≥0.7%时,MTJ将无法实现状态切换;当隧穿磁阻率偏差β增大到30%时,读取裕度SM将下降高达17.6%.对于NV-FA电路,通过增大电压V_(b1)以及写‘0’时增大电压V_(b2)或写‘1’时减小V_(b2),可有效降低非易失性加数写入错误率;通过增大逻辑运算驱动电压V_(dd),可有效降低逻辑运算结果输出错误率.