自旋波逻辑器件的关键技术研究

发布时间：2023-04-20 02:54

　　传统电荷型CMOS器件的发展受制于物理极限而遇到重大阻碍,使人们将研究焦点汇聚到“非电荷型器件”的发展上。在此类新型器件中,利用电子自旋的集体进动所产生的自旋波作为信息载体的自旋波功能器件,有望成为后摩尔时代新型器件的强力竞争者。逻辑门是重要的信息传输与处理功能器件。近十余年以来,作为组成自旋波逻辑门的核心器件的自旋波移相器被学术界展开了广泛的研究与探讨,但仍然面临着几大方面的发展难题:(1)移相效率与稳定性问题,多数移相器存在移相稳定时间长、相移量不精确等困扰;(2)调控问题,目前调控手段单一且存在巨大的附加功耗;(3)器件适用性问题,如对器件尺寸、外场环境、应用频率、CMOS工艺的不匹配情况;(4)信号的衰减问题等。本文针对以上问题,基于自旋轨道矩效应提出了一种可电调控的自旋波移相器。所提出的自旋波移相器从功能性上来说,具有可重构、双操作模式、宽应用频段、高稳定型及低功耗等特性;从适用性上来说,其具有小尺寸、无外场依赖、工艺兼容性良好等特点。本文的研究工作主要包括:首先利用微磁学仿真软件OOMMF设计并验证了一种自旋波移相器模型;随后分别基于两种工作模式对所提出的移相器进行功能验证...

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 应用于自旋波器件的主要材料及激励探测方法
        1.2.2 自旋波逻辑器件的发展历程
        1.2.3 自旋波移相器
        1.2.4 连接器件
    1.3 面临的挑战与未来的发展方向
    1.4 本论文的结构安排
第二章 自旋波的色散关系与磁化动力学的理论
    2.1 自旋波的色散关系
        2.1.1 电子自旋与自旋波
        2.1.2 自旋波的色散关系
        2.1.3 静磁自旋波传输模式
        2.1.4 偶极-交换自旋波传输模式
    2.2 磁化动力学的理论
        2.2.1 微磁学基本能量
        2.2.2 磁化动力学方程
    2.3 微磁仿真模拟
        2.3.1 微磁仿真原理
        2.3.2 SOT效应的微磁学仿真
        2.3.3 主流的微磁仿真软件
    2.4 本章小结
第三章 自旋波移相器的模型建立与工作原理
    3.1 移相器模型的建立
    3.2 移相器的制备工艺设计
    3.3 移相机制分析
    3.4 移相器的工作模式
        3.4.1 静态模式
        3.4.2 动态模式
    3.5 本章小结
第四章 移相器的适用性分析及验证
    4.1 移相器的可实现性分析
        4.1.1 阻抗匹配的可行性分析
        4.1.2 器件的实际功耗分析
    4.2 移相器的适用性关系探究
        4.2.1 波导宽度对最大相移量的影响
        4.2.2 谐振体长度及自旋波频率对相移量的影响
        4.2.3 间隔距离对移相效果的影响
        4.2.4 阻尼系数对移相效果的影响
    4.3 基于自旋波移相器的XNOR逻辑门实现
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果



本文编号：3794743