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Process Variation Based Electrical Model of STT-Assisted VCMA-MTJ and Its Application in NV-FA Modelo elétrico baseado em variação de processo de VCMA-MTJ assistido por STT e sua aplicação em NV-FA

Dongyue JIN, Luming CAO, You WANG, Xiaoxue JIA, Yongan PAN, Yuxin ZHOU, Xin LEI, Yuanyuan LIU, Yingqi YANG, Wanrong ZHANG

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Resumo:

Velocidade de comutação rápida, baixo consumo de energia e boa estabilidade são algumas das propriedades importantes da junção de túnel magnético de anisotropia magnética controlada por tensão assistida por torque de transferência de spin (VCMA-MTJ assistida por STT) que torna o somador completo não volátil (NV-FA) baseado nele atraente para a Internet das Coisas. No entanto, os efeitos das variações do processo no desempenho do VCMA-MTJ e NV-FA assistido por STT serão cada vez mais óbvios com a redução da escala do VCMA-MTJ assistido por STT e a melhoria da integração do chip. Neste artigo, um modelo elétrico mais preciso de VCMA-MTJ assistido por STT é estabelecido com base na dinâmica de magnetização e nas variações do processo no processo de crescimento do filme e no processo de gravação. Em particular, a tensão de escrita é reduzida para 0.7 V à medida que a espessura do filme é reduzida para 0.9 nm. Os efeitos da variação da espessura da camada livre (γtf) e variação da espessura da camada de óxido (γtox) na comutação de estado, bem como o efeito da variação da razão de magnetorresistência do túnel (β) na margem de detecção (SM) são estudados detalhadamente. Considerando que as variações do processo acima seguem distribuição gaussiana, a simulação de Monte Carlo é utilizada para estudar os efeitos das variações do processo nas operações de escrita e saída do NV-FA. O resultado mostra que o estado do VCMA-MTJ assistido por STT pode ser alterado abaixo de -0.3%≤γtf≤6% ou -23%≤γtox≤0.2%. SM é reduzido em 16.0% com aumentos de β de 0 a 30%. As taxas de erro de escrita '0' no NV-FA podem ser reduzidas aumentando Vb1 ou aumentando positivo Vb2. As taxas de erro de escrita '1' podem ser reduzidas aumentando Vb1 ou decrescente negativo Vb2. A redução das taxas de erro de saída pode ser realizada de forma eficaz aumentando a tensão de acionamento (Vdd).

Publicação
IEICE TRANSACTIONS on Electronics Vol.E105-C No.11 pp.704-711
Data de publicação
2022/11/01
Publicitada
2022/04/18
ISSN online
1745-1353
DOI
10.1587/transele.2021ECP5061
Tipo de Manuscrito
PAPER
Categoria
Materiais e dispositivos semicondutores

autores

Dongyue JIN
  Beijing University of Technology
Luming CAO
  Beijing University of Technology
You WANG
  Faulty of Hefei Innovation Research Institute, Beihang University
Xiaoxue JIA
  Beijing University of Technology
Yongan PAN
  Beijing University of Technology
Yuxin ZHOU
  Beijing University of Technology
Xin LEI
  Beijing University of Technology
Yuanyuan LIU
  Beijing University of Technology
Yingqi YANG
  Beijing University of Technology
Wanrong ZHANG
  Beijing University of Technology

Palavra-chave