基于自旋转移矩效应逻辑器件的建模

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4、用影印缩印或扫描、汇论文。等复制手段保存编学位（此规）保密的学位论文在解密后应遵守定：签：作者签名导师名１＾不町夺日：月期年分类号密级注1UDC（题名和副题名）（作者姓名）指导教师（姓名、职称、单位名称）申请学位级别专业学位类别工程领域名称提交论文日期2016.10论文答辩日期2016.12学位授予单位和日期201612答辩委员会主席评阅人注1：注明《国际十进分类法UDC》的类号。ModelingofLogicDeviceBasedonSpinTransferTorqueAMasterThesisSubmittedtoUniversityofElect

5、ronicScienceandTechnologyofChinaDiscipline:MasterofEngineeringAuthor:HaipengZhouSupervisor:ZhiyongZhongSchoolofMicroelectronicsandSolid-StateSchool:Electronics摘要摘要近年传统CMOS微电子器件的特征尺寸达到~10nm的量级，接近原子的直径级别，导致继续按照Moore定律增加单片集成度的想法遭遇瓶颈，于是寻找替代或超越CMOS技术的新技术成为当务之急。自旋电子器件，因其非易失性和逻辑易实现性成为取代CMOS技术的强有力

6、候补。仿照微电子器件的研究方法，可以通过建立描述自旋电子器件物理特性的器件模型，使其兼容已有的电路仿真验证工具，从而设计出逐步取代传统微电子电路的自旋电路或最终形成自旋-CMOS混合电路。基于这种思想，本文通过建模来提供一种研究自旋电子器件的方法，以求事半功倍。自旋电子器件的核心是磁性模块部分，针对该部分，本文首先用等效电路的方法对其进行建模，即通过分析器件的基本特性，采用电路基本元件来等效模拟其特性，建立了适合仿真的等效电路模型并结合HSPICE平台对模型特性进行了仿真验证。然而采用基本元件来模拟器件物理特性的方法存在一些不足，于是选择更严谨的数学模型描述器件磁化动态的方

7、法来建模。本文重点是采用数学模型方法建立三维器件SPICE模型，来描述纳米磁性器件中粒子的物理行为，即磁性薄膜自旋电子器件中粒子磁矩的时域动态变化。通过将磁矩进动方程转化为磁矩球面坐标体系下相关角度与有效场分量的微分方程，并对各个有效场进行变形化简推导出各自对应的分量形式，从而完成磁性部分的建模。之后对非磁性部分和接口部分进行相应模块自旋电导的推导，利用节点分析法将自旋注入和自旋传输的模型进行连接，完成自旋电导部分的建模。最后将磁性部分和自旋电导部分相连，最终完成全自旋逻辑器件的数学模型，并采用硬件描述语言Veri