毕业论文精选范文：磁隧道结模型及自旋转移力矩磁随机存储器设计技术研讨.docVIP

　　毕业论文精选范文：磁隧道结模型及自旋转移力矩磁随机存储器设计技术研讨----毕业范文论文 --第一章 绪 论 各种半导体存储器，如静态随机存储器(SRAM：Static Random Access Memory)、动态随机存储器(DRAM：Static RandomAccess Memory)以及闪速存储器(flash)等存储器因具备各自的优点已经得到了深入研究和广泛的应用。然而，随着器件尺寸的缩小，上述存储器的发展遇到了各自的瓶颈，在一定程度上限制了其发展和应用。近年来，磁随机存储器(MRAM：Magic Random Access Memory)由于具有良好的性能受到了广泛的关注和研究。 ......................................... 1.1 传统存储器的发展及其面临的挑战 存储器是电子系统中用于记忆的部件，被用于存储计算机程序和各种数据。电子系统中的全部信息都要保存在存储器中，在需要的时候，可以取出使用或重新把新内容存入。 传统的存储器属于半导体存储器，主要是利用半导体器件存储一位二进制代码。从存储器的功能特性进行分类，半导体存储器可以分为两大类：随机存储器(RAM：Random Access Memory)和只读存储器(ROM：Read only Memory)。 随机存储器数据能够进行数据的写入和读取。但是 RAM 存储数据只是暂时的，原因是随机存储器具有易失性的特点。RAM 主要包括动态随机存储器和静态随机存储器： （1）动态随机存储器：DRAM 是利用 MOS 晶体管的栅电容的充放电来保存信息。其基本存储单元是单管 MOSFET，面积小，价格便宜。只不过需要定时的对 DRAM 进行充电，因为存储器件的栅电容会漏电。另外，其存取速度也较慢。由于存储数据会在断电后立刻消失，所以 DRAM 是挥发性存储器。DRAM 在微机系统里常被用做内存。 （2）静态随机存储器：SRAM 的存储单元一般为 6 管 MOSFET 组成的触发器结构，信息 0 或 l 是用触发器的导通和截止状态来表示。但是因为 SRAM 所用的 MOS 管较多，所以集成度低、功耗较大、成本也高。另外，SRAM 也是挥发性存储器，一旦断电存储数据会立刻消失。但是由于其具有存取速度快、工作稳定、不需要刷新电路，而且使用方便灵活的特点，所以 SRAM 在微机系统中常被用做小容量的高速缓冲存储器。 ................................... 第二章 磁隧道结的基础理论 本章主要介绍自旋转移矩磁随机存储器的存储元件-磁隧道结的相关理论。首先要介绍磁隧道结的理论基础磁电阻效应，包括各向异性磁电阻效应、巨磁阻效应和隧穿磁阻效应。然后详细讨论隧穿磁阻效应的隧穿机制和理论模型，以及磁隧道结的磁场式和自旋转移式两种磁矩翻转方式的基本原理。最后分析磁隧道结的材料特性和结构特性。 .................................. 2.1 物质磁性 2.1.1 电子自旋 电子具有电荷和自旋(spin)两种固有属性[14-17]。其中的电子自旋是量子效应，与外界条件无关，电子自旋角动量 ms如图 2.1 所示，电子有两种自旋状态，方向是相反的，即自旋向下和自旋向上。1925 年荷兰科学家 G. Uhlenbeck 和 S. Goudsmit提出电子自旋的假设，到了 1928 年，英国理论物理学家 Dirac 用相对论的波动方程描述电子，提出电子具有自旋属性的概念，解释了为何电子具有 1/2 自旋。固体电子中具有的电荷和自旋属性开始为人们所掌握和利用。 信息存储是信息技术的核心。其中的半导体存储器如 SRAM、DRAM 等利用了电子的电荷属性，即半导体中的电子和空穴是控于外加电场，产生多子和少子的输运。而磁存储器如磁带、硬盘等外置式存储媒介以及随机存储器则利用了电子的自旋属性，是由铁磁性材料来完成的。 2.1.2 磁性系统的能量 物质磁性是物质中自旋电子集体行为的表现。非磁性物质，如常见的 Cu、Ag等材料，其自旋向下和自旋向上的电子数量相同，所以表现为非磁性。磁性物质，自旋向上和自旋向下的电子，其数量是不同的，数量较多的自旋电子的自旋方向表现为宏观磁矩方向，如常见的 Co、Fe、Ni等以及其合金材料都是磁性材料。磁矩是描述磁性材料微观粒子磁性的物理量，磁化强度 M 就是单位体积的磁矩，饱和磁化强度 MS就是磁饱和状态的磁化强度。 磁性材料的磁宏观行为是由各种能量决定的，即磁化强度的分布取决于磁系统的自由能分布。总的自由能 E 为包括交换能 Eex、磁晶各向异性能 Ek、退磁能 ED、与外场的相互作用能 Ez。所有这些能量最小时，就决定了磁材料的最后磁化方向，即磁矩达到稳态。 （1） 交换能 Ee