纳米尺度自旋电子器件参数化电路模型建立方法的研究

Electrical Circuit based on spintronic devices, termed as "spintronic circuit", is characterized as non-volatile, low power and easy controlling. It has great application potential and market value and is being treated as breakthrough point in "Post-Moore-Age" to continue the development of integrated circuit. Currently it is urgently required to set up spintronic device's model to reflect the characterization of actual prepared spintronic devices, acting as the bridge between industry and academic. This is really helpful to push forward the progress of spintronic device and circuit. The main goal of this project is to set up a parametric spin device's equivalent model, being dramatically different from current existing functional device model. The setting-up parametric spin device's model is suitable for several kinds of spin devices, including GMR, MTJ and FTJ and the model includes static parameters, dynamic parameters. At the same time, other effects, such as scaling effect and thermal effect are also included . The simulation result based on the parametric model has the merits of high resolution, fast speed and connecting closely with fabrication technology. The parameters in the model can be extracted directly from device's measurement. The fundamental research in the project includes parameter extraction method, scaling effects, et al.. The project has important scientific meaning and potential application scenario.

基于自旋器件的电路由于不挥发、低功耗、控制方便等特点，具有极大的应用潜力和市场价值，是“后摩尔时代”集成电路持续发展的主要突破口之一。目前迫切需要建立与实际器件对接的自旋器件模型，通过模型建立起工业界和学术界沟通的桥梁，从而推动自旋器件和电路的发展。本基金项目的研究目标是建立参数化的自旋器件模型，与目前存在的其它功能描述性模型不同，本项目所建立的参数化模型适用于GMR、MTJ、FTJ等几种主要自旋器件，既能描述自旋器件的静态参数、动态参数，也包含器件的尺寸效应和温度效应；具有精确度高、仿真速度快、与工艺结合紧密等特点，其中模型包含的参数由器件特性测量方法直接提取得到。项目研究中所包含的基础性研究问题包括底层元件模型参数提取方法、自旋器件尺寸效应等，本项目对于自旋电子学的发展具有重要的科学意义和应用前景。

基于自旋器件的电路由于不挥发、低功耗、控制方便等特点，具有极大的应用潜力和 市场价值，是“后摩尔时代”集成电路持续发展的主要突破口之一。目前迫切需要建立与 实际器件对接的自旋器件模型，通过模型建立起工业界和学术界沟通的桥梁，从而推动自旋器件和电路的发展。.通过本项目，建立起参数化自旋器件模型并且提出基于磁学特性曲线的关键参数提取技术，所建立的模型能够满足电路设计的仿真精度要求。本项目所建立的模型，既能描述自旋器件的静态参数、动态参数，也包含器件的尺寸效应和温度效 应。.在本项目支持下，本项目组在国内率先开展自旋器件模型的研究工作，经过一年期的预探索，具有磁性材料和器件的设计、制作和测试的能力，建立自旋器件模型框架，探索参数提取方法，并在算法优化方面开展工作；在此工作基础上，项目组撰写论文十余篇，其中已发表SCI收录论文四篇，接收两篇，EI收录论文一篇，同时申请五项专利，其中包括一项国际专利，四项中国发明专利。相关工作在国际会议上交流两次（四篇文章），并受邀访问美国明尼苏达大学进行交流访问。.基于本项目的研究，所建立的参数化自旋器件模型，具有精度高、开放等特点，根据模型及所提取参数进行仿真所得到的特性曲线与实际测量结果吻合很好，误差控制在8%之内，而且器件收敛速度快（提高25%），占内存低（降低20%），适合于大规模集成电路仿真工作的需要；另外模型具有开放的特点，在满足自旋器件基本特性仿真功能的基础上，能够兼容自旋电子学出现的新物理模型，包括自旋霍尔效应、漏磁效应等，并通过算法优化和反复拟合等方式提高仿真速度和精度，最终 获得一个能够联系器件和电路的参数化模型。.本项目所建立的模型，具有精确度高、仿真速度快、与工艺结合紧密等特点，可用于MRAM磁存储器等磁电集成电路的设计工作，对于自旋电子学的发展具有重要的科学意义和应用 前景。..