摘要：磁随机存储器作为一种新型非易失性存储,因其优良的读写速度与耐久度特性,在嵌入式存储领域具有广阔的应用前景。然而,由于磁随机存储器的定制化设计通常需要数月完成,具有较长的设计周期,这与片上系统较快的设计迭代需求存在一定矛盾。存储器编译器作为一种快速生成存储器设计的工具,是解决这一矛盾的有效手段。本文从磁随机存储器的全定制设计流程出发,同时对各类存储器编译器的研究现状开展调研,总结了目前存储器编译器工作的现状与挑战,最终讨论了磁随机存储器编译器的设计方法学。

摘要：本文针对3D堆叠磁随机存储器(Magnetic Random Access Memory,MRAM)的热学分析问题,在有限元法和热阻网络法的基础上,提出了一种局部等效法,可高精度并且快速地分析3D堆叠MRAM的热学分布.与有限元法相比,该方法使用直观方便,克服了有限元法建模与求解复杂耗时的问题;与热阻网络法相比,局部等效法具有保持较高精度的特点,解决了热阻网络法针对带夹层和硅通孔(Through Silicon Via,TSV)的复杂封装问题时存在较大误差的问题.对比结果表明,使用本文提出的方法得出的各叠层的上表面温度误差均小于0.05℃,精度与有限元法一致,并且更便捷高效.同时对应的建模结构简单,避免了热阻网络法将含铜柱的夹层和含铜柱的硅层分开考虑的不准确性.本文的研究可为未来多层3D堆叠MRAM热学特性相关的设计与分析提供指导.

摘要：基于Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski(LLGS)方程,研究平面型Co Fe B/Mg O磁隧道结的磁矩翻转特性.数值计算结果表明,Co Fe B与Mg O间的界面各向异性,可降低磁矩翻转的阈值电流密度,达到106A/cm2量级.固定层磁矩方向和类场自旋转移力矩对自由层磁矩的翻转时间有重要影响.当固定层磁矩与自由层磁矩之间有一个小角度时,可显著加快自由层磁矩翻转.当类场自旋转移力矩与自旋转移力矩之比为负值时,类场自旋转移力矩与自旋转移力矩将促进自由层磁矩翻转;当相应的类场自旋转移力矩与自旋转移力矩之比为正值时,类场自旋转移力矩将阻碍自由层磁矩翻转.该研究可供自旋转移力矩驱动的磁性随机存储器件设计借鉴.

摘要：文章介绍了作者所在实验室在巨磁电阻(GMR)、隧穿磁电阻(TMR)、庞磁电阻(CMR)和反铁磁钉扎薄膜材料以及单晶金属氧化物、高自旋极化率材料、P-N异质结和纳米环磁随机存储器原理型演示器件设计等研究方面取得的一些重要研究成果和进展.例如:在Al-O势垒磁性隧道结材料体系里,获得室温磁电阻超过80%的国际最好结果;获得两种高性能层状反铁磁钉扎材料体系;发现具有大的电致电阻效应的CMR薄膜材料,并可期望用于电流直接进行磁信息写和读操作的磁存储介质;发现双势垒磁性隧道结中的量子阱态共振隧穿和磁电阻振荡效应,以及纳米器件体系中自旋翻转长度的观测新方法,可用于新型自旋电子学材料及相关器件的人工辅助设计;利用电子自旋共振谱探测和研究了金属氧化物的微观自旋结构和各向异性;在[CoFe/Pt]n磁性金属多层膜中,观测到超高灵敏度的反常霍尔效应;利用纳米环状磁性隧道结作为存储单元,研制出一种新型纳米环磁随机存储器MRAM原理型演示器件.

摘要：近年来,各向异性磁性材料因良好的随机特性为随机数发生器(Random Number Generator,RNG)等重要的硬件安全原语设计提供了一种新思路。已有的基于磁隧道结(Magnetic Tunnel Junction,MTJ)的随机数发生器方案虽然具有更高的安全性、能效和集成度等优点,但依然无法有效解决输出序列随机性受温度影响的问题。文章提出了非均匀写入法和非固定参考法两种灵活的抗温度干扰的真随机数产生方法。两种方法在提升随机数电路输出随机性的同时尽可能抵消环境温度的干扰。实验结果表明,两种随机数产生方案产生的随机数的香农熵在97%左右,且以较高的通过率(>98.5%)通过美国国家标准与技术研究院(National Institute of Standards and Technology,NIST)测试。

摘要：存内计算技术是解决传统冯·诺伊曼计算架构面临瓶颈的最有效的技术路径之一.基于自旋转移矩-磁随机存储器(STT-MRAM)的存内计算方案尽管具有非易失性、低功耗、高耐久性等优势,但却因其较小的感测裕度对灵敏放大器(SA)设计的读可靠性提出了挑战.尽管基于两个晶体管和两个磁隧道结(2T2MTJ)单元的存内计算方案能有效提升读感测裕度与位运算正确率,存储阵列的面积却成倍增加.本文针对1T1MTJ单元,提出一种高可靠性、多位并行读出存内计算方案,采用了三组参考单元支路结构,结合改进型多位电流型灵敏放大器(MBCSA)进行支路电流运算.结合MTJ紧凑模型与SMIC 40nm工艺的仿真结果表明,在典型条件下,该方案的读操作正确率比采用预充电电流型灵敏放大器(PCSA)的1T1MTJ方案和2T2MTJ方案分别提升了4.07%和1.65%;在小磁阻比、低电源电压条件下也展现了更高的读操作正确率与良好的鲁棒性.此外,该方案可在6 ns周期内同时对两组存储单元进行“AND”、“OR”逻辑运算,实现了四种位逻辑运算结果的多位并行读出.