STT逻辑器件的电路模型简建立与仿真

发布时间：2020-04-07 18:06

【摘要】：国内外专家及学者普遍认为,微电子工业的发展引发了第三次工业革命的浪潮,而磁学相关的电子器件的研发及产业化很可能成为继微电子技术之后的第四次工业革命的源头。随着计算机、通信和信息等电子领域的飞速发展,存储器作为其核心部件,对其性能的要求则越来越高。由于自旋转移力矩磁随机存储器具有高存储密度、快读写能力以及低功耗等优点,特别是还能与CMOS工艺兼容这一特点,近年来自旋转移力矩磁随机存储器引起国内外越来越多的半导体公司及相关科研单位的关注和研究。然而现有的自旋转移力矩磁随机存储器的读取电路还存在一定概率的读错率,因此在电路可靠性和准确性方面还有待研究和优化。另外,在非易失性存储单元中,自旋转移力矩磁隧道结(Spin-Torque-Transfer Magnetic Tunnel Junction)因为无限的写入次数、非易失性、很好地兼容CMOS工艺等诸多优点得到广泛的关注及研究。本文则主要针磁隧道结的物理模型、磁隧道结的相关参数以及使用磁隧道结的新型的存储器读取电路进行研究及分析。主要工作包括:1.对基于自旋转矩效应的磁隧道结的物理模型的建立和仿真。建模方面主要包括磁隧道结的电阻、临界电流及翻转时间以及相应的使用Verilog-A语言的实现。在验证方面,主要验证了平行状态、反平行状态下的翻转及电流电阻曲线,验证了文中模型建立的合理性和准确性,为后续逻辑器件的电路设计奠定基础。2.对磁隧道结的部分参数进行仿真,分析这些参数对磁隧道结的影响。主要包括磁隧道结的电阻与面积乘积和氧化层厚度之间的关系,磁隧道结直径对其临界电流及翻转情况的影响,力求找到合适的磁隧道结参数以降低电路工作时磁隧道结可能产生的错误翻转的概率,减小输入电流对磁隧道结的干扰,提高电路的可靠性。3.对自旋转移力矩磁随机存储器电路进行了分析,包括读写错误产生原因以及自旋转移力矩磁随机存储器的读取电路的读取电流大小及方向。另外介绍读取电路中的重要组成部分——电流灵敏放大器,在此基础上,针对电路整体读错率的降低提出了一种新的读电路设计,即使用三模冗余结构的读电路,达到提高读取数据的准确性和可靠性的目的。为优化存储器的设计奠定基础。
【学位授予单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN40

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