Page 203 - Spin Transport and Spintronics

7.4 การออกแบบ STT-MRAM 205

จากการศึกษาที่ผ่านมาพบว่า โครงสร้าง MTJ แบบ nanodot ที่ใช้ความหนาแน่นของกระแส

2
ไฟฟ้าภายนอกประมาณ 10 MA/cm และยังคงมีเสถียรภาพทางความร้อนสูงซึ่งทำให้อุปกรณ์มีการ
เขียนข้อมูลได้อย่างมีประสิทธิภาพ ควรมีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางมากกว่า 30 nm ขึ้นไป อย่างไรก็ตาม

การเพิ่มค่าความจุข้อมูลของอุปกรณ์การบันทึกข้อมูลเชิงแม่เหล็กในอนาคต จำเป็นต้องออกแบบให้

โครงสร้าง MTJ มีขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กลงถึง 20 nm แต่ยังคงมีประสิทธิภาพสูงในการทำงาน ดัง
นั้นในส่วนถัดไปจะอธิบายหลักการและวิธีการออกแบบโครงสร้าง MTJ ที่เหมาะสม เพื่อรองรับอุปกรณ์

หน่วยความจำที่มีความจุข้อมูลสูง

7.4.1 แบบจำลองระดับอะตอม

แบบจำลองระดับอะตอมจะถูกนำมาใช้ในการจำลองโครงสร้างวัสดุ CoFeB/MgO/CoFeB เพื่อ

พิจารณาการกลับทิศทางของแมกนีไทเซชัน โดยชั้นฟิล์ม CoFeB ที่ปลูกติดกับชั้นฟิล์ม MgO จะถูก
พิจารณาเป็นชั้นรอยต่อ และบริเวณอื่นชองชั้นฟิล์ม CoFeB จะถูกพิจารณาเป็นชั้นเบ้าค์ พารามิเตอร์

ทางแม่เหล็กและการส่งผ่านสปินของแต่ละวัสดุที่ใช้ในการคำนวณ แสดงดังตารางต่อไปนี้

ตารางที่ 7.2 พารามิเตอร์ทางแม่เหล็กและการส่งผ่านสปินของโครงสร้างวัสดุ CoFeB/MgO/CoFeB

Parameters CoFeB (interface) CoFeB (Bulk) MgO

α 0.11 0.003 -
J ij (J/link) 1.547 × 10 −20 7.735 × 10 −21 -

k u (J/atom) 1.35 × 10 −22 0 -
µ s (µ B) 1.6 1.6 -

β 0.56 0.56 0.11
β ′ 0.72 0.72 0.14
λ (nm) 12 12 100
sdl
J (eV) 0.1 0.1 0.01
sd
3
m ∞(MC/m ) 261.50 261.50 0

พลวัตของสปินในชั้นวัสดุCoFeBที่คิดผลของสปินทอร์คสามารถพิจารณาได้จากสมการLandau-

Lifshitz-Gilbert (LLG) ดังนี้

∂S γ γα
eff
eff
= − (S × B ) − [S × (S × B )] (7.7)
2
2
∂t (1 + α ) (1 + α )