HfO2本征缺陷态对MRAM磁化翻转机理的理论研究
批准号:
12104448
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
文宏玉
依托单位:
学科分类:
半导体基础物理
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
文宏玉
中文摘要
自旋转移力矩磁随机存储器(STT-MRAM)是通过电流驱动即自旋转移矩效应来诱导磁性薄膜的磁化翻转来实现存储的,是最有希望可以满足下一代高性能计算及需求的新型存储技术,但是目前仍然面临着存储密度低,磁矩翻转临界电流密度高等物理问题。本项目旨在研究高介电材料HfO2在不同氧空位的缺陷态对于MRAM磁化翻转的影响机理的理论研究。基于密度泛函理论的第一性原理计算HfO2各氧空位缺陷态的电子结构和光学性质,并逐步分析在器件中的优劣势影响情况,具体包括有HfO2的氧空位本征缺陷态的物理性质的研究,MRAM中铁磁薄膜的磁化翻转机制的物理研究,HfO2本征缺陷的铁磁性质对于磁化翻转机制的影响这三方面的内容。本项目所研究的缺陷态等物理参数对磁化翻转的影响机制,其理论计算结果可以为新型磁存储器的设计和应用提供指导和支持。
英文摘要
Spin transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM) is used to induce the magnetization flip of the magnetic thin film through current drive, that is, the spin transfer torque effect to achieve storage. And it is a new type technology of storage that is the most promising to meet the needs of next-generation high-performance computing. But it still faces physical problems such as low storage density and high critical current density for magnetic moment reversal. This project aims to study the theoretical study of the mechanism of the effect of the defect states of the high dielectric material HfO2 in different oxygen vacancies on the MRAM magnetization reversal. Calculate the electronic structure and optical properties of each oxygen vacancy defect state of HfO2 based on the first principles of density functional theory, and gradually analyze the influence of advantages and disadvantages in the device. The research contains the following three aspects, the research about the physical properties of the oxygen vacancy intrinsic defect state of HfO2, the magnetization reversal mechanism of the ferromagnetic film in MRAM, and the influence of the ferromagnetic properties of the intrinsic defects of HfO2 on the magnetization reversal mechanism. The theoretical calculation results of the defect state and other physical parameters studied in this project can provide guidance and support for the design and application of new magnetic memory.
通过半导体材料缺陷性质对铁电性质的影响来研究磁随机存储器(MRAM)中铁磁薄膜的物理机制,了解半导体材料在不同条件下,缺陷对于MRAM铁磁薄膜的磁化翻转的影响情况,进而了解如何进一步加强磁化翻转的效率,解决芯片存储技术瓶颈问题。首先,研究电场诱导下铁磁薄膜的磁化翻转情况,通过提供的基本参数来解析自旋扭矩、临界电流、磁各向异性、阻尼因子以及固定层磁化方向、自旋转移矩对磁化翻转的影响情况,发现磁矩翻转的过程中 有着自旋转移矩对磁矩的作用。. 然后研究不同材料的选取对磁化翻转的影响是不同的,导致隧道磁电阻效应(TMR)比不同。通过对二维半导体材料Bi2O2Se以及MoSi2N4单层作为隧穿势垒分析,得出MoSi2N4是一种很有应用潜力的二维势垒材料,并为全二维MTJ器件的设计提供了较为重要的指导作用。进一步设计二维A型反铁磁材料CrSBr为基础的新型二维sf-MTJ,获得4层和6层CrSBr对应的sf-MTJ具有更大的TMR比值,意味着二维材料为二维MTJ的发现开辟了一条新的道路,是未来MTJ技术进步的重要方向。. 基于二维MTJ中磁化翻转的的影响分析,我们研究了高介电材料HfO2在不同氧空位的缺陷态,分析预测了氧化物中可以发现的缺陷的稳定电荷态,解释了以氧化铪为氧化层器件产生PBTI的缺陷的起源,引起电子捕获中心的缺陷是Hi。发现氧化物层电缺陷的统计物理性质可用于分析和预测新型半导体器件的性能和可靠性,并为可靠性提供微观物理解释。.
半导体缺陷态和界面态辅助带间隧穿的量子力学机理及其在隧穿晶体管中的应用
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批准号:11574304
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项目类别:面上项目
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资助金额:62.0万元
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批准年份:2015
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负责人:文宏玉
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依托单位:
国内基金
海外基金