Исследование магнитного туннельного перехода и разработка его универсальной компактной модели для проектирования и изготовления наноразмерных гибридных спинтронно-электронных схем тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Лобкова Мария Дмитриевна

• Лобкова Мария Дмитриевна
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Лобкова Мария Дмитриевна

Перечень сокращений и обозначений

Введение

Глава 1. Спинтронные устройства и способы их моделирования

1.1 Магнитный туннельный переход

1.2 Моделирование магнитной оперативной памяти с произвольным доступом

1.2.1 Моделирование магнитной оперативной памяти с полевым переключением

1.2.2 Моделирование магнитной оперативной памяти с записью эффектом переноса спина

1.2.3 Моделирование магнитной оперативной памяти с записью спин-орбитальным переносом спина электрона

1.3 Моделирование туннельного магниторезистивного сенсора

1.4 Моделирование спинтронных наногенераторов

Выводы к главе

Глава 2. Разработка универсальной компактной модели магнитного туннельного перехода

2.1 Маршрут проектирования гибридных спинтронно-электронных схем

2.1.1 Микромагнитный подход

2.1.2 Макроспиновый подход

2.2 Стохастическое уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта-Слончевского

2.2.1 Эффективное и термическое поле

2.2.2 Спин-трансферный вращающий момент и спин-орбитальный вращающий момент

2.3 Компактная модель магнитного туннельного перехода

2.3.1 Архитектура компактной модели

2.3.2 Реализация модели. Численный метод Рунге-Кутты-Хейна

2.3.3 Конструкции магнитного туннельного перехода

Выводы к главе

Глава 3. Экспериментальная и микромагнитная верификация модели

3.1 Образец и экспериментальная методика 8Т-БМЯ

3.2 Результаты эксперимента

3.3 Калибровка и валидация компактной модели в симулятор схем

3.4 Микромагнитная верификация модели

Выводы к главе

Глава 4. Исследование и разаработка туннельного магнеторезистивного сенсора

4.1 ТМР-сенсор в мостовой схеме Уитстона

4.2 Аналитическое исследование электрических характеристик ТМР-сенсора

4.2.1 Чувствительность сенсора

4.2.2 Коэффициент передачи сенсора

4.2.3 Минимальное поле детектирования

4.3 Методика разработки ТМР-сенсора

4.4 Разработка ТМР-сенсора

4.4.1 Требования к разработке ТМР-сенсора

4.4.2 Подбор конструкционных параметров МТП

4.4.3 Коэффициент передачи и минимальное поле детектирования ТМР-сенсора

4.4.4 Оценка напряжения смещения на дифференциальном выходе сенсора

4.4.5 Проектирование ТМР-сенсора

Выводы к главе

Заключение

Список использованных источников

Акт о внедрении результатов

ПЕРЕЧЕНЬ СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ

МТП - магнитный туннельный переход СВЧ - сверхвысокочастотные

САПР - система автоматизированного проектирования

КМОП - комплементарная структура металл-оксид-полупроводник

ТМР - туннельный магниторезистивный

САФ - синтетический антиферромагнетик

ПМА - перпендикулярная магнитная анизотропия

ТМР - туннельное магнетосопротивление

ФМР - ферромагнитный резонанс

П-состояние - параллельное состояние намагниченности относительно слоя поляризатора

АП-состояние - антипараллельное состояние намагниченности относительно слоя поляризатора

АМР - эффект анизотропного магнетосопротивления ГМР - эффект гигантского магнетосопротивления PDK - process design kit

с-ЛЛГС - стохастическое уравнение Ландау-Лифшица-Гильберта-Слончевского СГС - система отсчета сантиметр-грамм-секунда

ST-FMR - экспериментальная методика spin-torque ferromagnetic resonance АФМ - антиферромагнетик

RMSE - Root Mean Square Error (среднеквадратическая ошибка)

Toggle MRAM - toggle magnetic access random memory магнитная оперативная

память с полевым переключением.

STT-MRAM - spin-transfer torque magnetic access random memory магнитная оперативная память с записью эффектом переноса спина

SOT-MRAM - spin-orbit torque magnetic access random memory магнитная оперативная память с записью спин-орбитальным переносом спина

ВВЕДЕНИЕ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование магнитного туннельного перехода и разработка его универсальной компактной модели для проектирования и изготовления наноразмерных гибридных спинтронно-электронных схем»

Актуальность работы

Спинтроника, как быстро развивающееся направление микроэлектроники, открывает новые способы хранения, обработки и передачи информации за счет использования спиновой степени свободы электрона. Разработаны и успешно внедрены в полупроводниковую промышленность такие спинтронные устройства, как магнитная оперативная память и высокочувствительные сенсоры магнитного поля. Это дает мотивацию для разработки спинтронных сверхвысокочастотных (СВЧ) устройств: наногенераторов, спин-трансферных диодов, а также спинтронных радиочастотных детекторов и харвестеров на их основе. Такие устройства включают в себя сочетание КМОП (комплементарной структуры металл-оксид-полупроводник) схемы и магнитной части, где в качестве основных элементов выступают магнитные туннельные переходы (МТП). При разработке гибридных спинтронно-электронных схем большое значение имеет возможность их качественного и быстрого моделирования. Зачастую проведение подобного моделирования обуславливает возможность реализации проекта, его сроки и стоимость.

В простейшем случае МТП состоит из двух ферромагнитных слоев, разделенных диэлектриком, где нижний ферромагнитный слой имеет фиксированную ориентацию намагниченности и называется опорным слоем или поляризатором, а верхний ферромагнитный слой с переменной ориентацией намагниченности называется свободным. Электрические характеристики МТП напрямую зависят от динамики намагниченности в его магнитных слоях. Современные САПР (системы автоматизированного проектирования) для проектирования электронных схем не имеют встроенных пакетов для поведенческого моделирования магнитных структур, поэтому для этих целей разработчиками спинтронных устройств используются пакеты для микромагнитного моделирования: COMSOL, CST STUDIO, ANSYS, OOMMF, SpinPM, MuMax3 и MicroMagnum. В вышеперечисленных программах время моделирования одной спинтронной структуры варьируется от нескольких часов до нескольких месяцев, в зависимости от размера задачи, что усложняет поиск

правильного решения при разработке спинтронных устройств. Для моделирования спинтронно-электронной схемы в современных САПР требуется дополнительный модуль для конвертации данных из микромагнитного пакета, что осложняет работу инженера проектировщика и увеличивает вероятность ошибки проектирования. Следует отметить, что коммерческие пакеты для микромагнитного моделирования имеют высокую стоимость, это делает их малодоступными для большинства отечественных разработчиков спинтронных устройств, а пакеты открытого доступа имеют ограниченную функциональность.

Для моделирования и анализа гибридных спинтронно-электронных схем в рамках единого маршрута проектирования необходим более быстрый и дешевый подход, основанный на разработке компактной модели магнитного туннельного перехода, реализованной на языке Verilog-A и совместимой с современными САПР. В настоящее время существуют компактные модели МТП, однако основными недостатками таких моделей можно выделить ограниченность функционала в рамках одного устройства, а также слабую предсказательную способность.

Таким образом, можно сделать вывод, что в связи с разработкой принципиально новых спинтронных устройств задача создания универсальной компактной модели МТП, совместимой с современными САПР, является актуальной. Полученная в ходе работы компактная модель найдет применение в проектировании туннельного магниторезистивного (ТМР) сенсора.

Цель работы

Цель диссертационной работы состоит в исследовании и создании универсальной компактной модели магнитного туннельного перехода для проектирования гибридных спинтронно-электронных схем и разработке туннельного магниторезистивного сенсора, предназначенного для линейных измерений.

Для достижения поставленной цели в работе были решены следующие задачи:

1. Проведен анализ существующих методов совместного моделирования спинтронно-электронных схем;

2. Разработана физическая модель, описывающая динамику намагниченности в магнитных туннельных переходах;

3. Разработана универсальная компактная модель магнитного туннельного перехода на языке Уеп1о§-Л, совместимая с современными САПР, используемыми для проектирования УБИС;

4. Проведена экспериментальная и теоретическая (микромагнитная) верификация разработанной модели;

5. Проведено аналитическое исследование конструкционных и электрических характеристик магнитного туннельного перехода для разработки ТМР-сенсора;

6. Разработана методика проектирования ТМР-сенсора на основе разработанной компактной модели магнитного туннельного перехода;

7. Спроектирован ТМР-сенсор, работающий в диапазоне полей ± 350 Эрстед.

Научная новизна

1. Разработана универсальная компактная модель магнитного туннельного перехода для разработки гибридных спинтронно-электронных схем. Модель описывает конструкции магнитного туннельного перехода с любой направленностью намагниченности его слоев (поляризатора и свободного слоя). В уравнение, описывающее динамику намагниченности свободного слоя магнитного туннельного перехода, внедрены ток Найквиста и дробовой ток;

2. Показано, что компактная модель с высокой точностью предсказывает моду, локализованную в объёме свободного слоя, среди многообразия мод в МТП, наблюдаемых в режиме выпрямления СВЧ-сигнала;

3. На основе микромагнитного моделирования установлено, что в слабо эллиптичном образце краевая мода не чувствительна к направлению внешнего магнитного поля, в то время как объемная мода деформируется и приобретает минимум в частотной области;

4. Установлено, что электрические характеристики ТМР-сенсора, состоящего из четырех чувствительных элементов, не зависят от количества МТП в составе одного чувствительного элемента. На основе аналитического исследования электрических характеристик ТМР-сенсора на основе круглых МТП со свободным слоем, слабо закрепленным слоем антиферромагнетика,

установлено, что чувствительность и коэффициент передачи сенсора зависят от величины поля межслойного обмена и туннельного магнетосопротивления;

5. Предложена методика проектирования ТМР-сенсора с использованием компактной модели МТП. Методика нацелена на определение оптимальной комбинации конструкционных параметров МТП для достижения наилучших электрических характеристик сенсора, таких как коэффициент передачи, чувствительность, наименьшее поле детектирования, тем самым сократить сроки проектирования ТМР-сенсора.

Практическая значимость

В рамках выполнения работы был получен ряд практических результатов:

1. Универсальная компактная Verilog-A модель магнитного туннельного перехода, описывающая конструкции магнитного туннельного перехода с любой направленностью намагниченности его слоев (поляризатора и свободного слоя) и учитывающая влияние спинового и электрического тока, а также стохастические эффекты, позволяет оптимально выбирать геометрические и технологические параметры магнитного туннельного перехода для проектирования гибридных спинтронно-электронных устройств в САПР;

2. Разработанная модель позволяет проводить высокоточное предсказательное моделирование объемной моды в магнитном туннельном переходе, работающем в режиме выпрямления СВЧ-сигнала, основываясь на результатах измерения магнетосопротивления образца;

3. При разработке ТМР-сенсора на основе МТП со свободным слоем, слабо закрепленным слоем антиферромагнетика, для выбора оптимальной комбинации величины поля межслойного обмена и величины туннельного магнетосопротивления предложено проводить оценку линейности магнетосопротивления МТП, которая не должна превышать 1%;

4. С помощью предложенной методики проектирования туннельного магниторезистивного сенсора разработан сенсор, работающий в диапазоне полей ±350 Э, с линейностью передаточной характеристики 1% в диапазоне

полей ±200 Э, коэффициентом передачи 0.59 мВ/В/Э и минимальным полем детектирования 0.1 Э. 5. Результаты диссертации были использованы при выполнении следующих научно-исследовательских работ:

• НИР «Микроволновая спинтроника», соглашение РНФ №19-12-00432 от 22.04.2019;

• НИР «Микроволновая спинтроника», соглашение РНФ №19-12-00432-П от 24.05.2022;

• НИР «Магнитоэлектрическая спин-орбитальная (MESO) логика для вычислений со сверхнизким энергопотреблением» соглашение № 075-112022-046 от 30.09.2022.

Имеются акты о внедрении.

Положения, выносимые на защиту:

1. Универсальная компактная модель магнитного туннельного перехода на Verilog-A, описывающая конструкции магнитного туннельного перехода с любой направленностью намагниченности его слоев (поляризатора и свободного слоя) и учитывающая размеры и форму МТП, тип материала свободного слоя МТП, влияние внешнего магнитного поля и поля обмена от магнитных слоев в стеке МТП, влияние спинового тока и электрического тока;

2. Результаты экспериментальной и теоретической (микромагнитной) верификации компактной модели магнитного туннельного перехода, подтверждающие ее предсказательные способности:

• зависимость выпрямленного напряжения на выходе МТП от частоты СВЧ-сигнала и величины внешнего магнитного поля;

• эволюция во времени динамики намагниченности свободного слоя МТП при направлении внешнего магнитного поля под углом 70 градусов;

3. Установленная закономерность, определяющая зависимость количества МТП в составе одного чувствительного элемента ТМР-сенсора;

4. Методика разработки ТМР-сенсора на основе универсальной компактной модели МТП, нацеленная на достижение наилучших электрических

характеристик сенсора, в том числе высокого коэффициента передачи, низкого поля детектирования и низкой мощности потребления; 5. Конструкция ТМР-сенсора с передаточной характеристикой 0.59 мВ/В/Э в поле ±200 Э на основе круглых МТП со свободным слоем, слабо закрепленным слоем антиферромагнетика.

Достоверность научных положений, результатов и выводов

Научные результаты, полученные в ходе исследований, не противоречат известным отечественным и зарубежным работам. Результаты моделирования и экспериментов и сделанные на их основе выводы и предположения соответствуют современным литературным данным и дополняют их, что позволяет говорить о достаточной их подтвержденности и достоверности.

Личный вклад автора

Все результаты, представленные в данной работе, получены автором лично, либо в соавторстве при его непосредственном участии.

Апробация результатов диссертации

Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены докладами на всероссийских (3) и международных (7) конференциях:

1. Non-Linear Magnetism 757. WE-Heraeus-Seminar (05-07 January 2022 at the Physikzentrum Bad Honnef, Germany);

2. XXVI Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», (Нижний Новгород, «Ока». 13-16 марта 2022 года);

3. XXXIII Всероссийская школа-семинар «Волновые явления: физика и применения» имени А. П. Сухорукова «Волны-2022» (Москва, дом отдыха «Красновидово», 5 по 10 июня 2022 г);

4. VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism» (22-26 august 2022, at Zavoisky Physical-Technical Institute FRC Kazan SC RAS);

5. XXVII Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», (Нижний Новгород, «Ока». 13-16 марта 2023 года);

6. XXXIV Всероссийская школа-семинар «Волновые явления: физика и применения» имени А. П. Сухорукова «Волны-2023» (Москва, дом отдыха «Красновидово», 28 мая по 2 июня 2023 г);

7. Samarkand International Symposium on Magnetism (Samarkand 2 - 6 July 2023)

8. 9-я научная конференция «ЭКБ и микроэлектронные модули» (Сочи, 18 сентября - 13 октября 2023);

9. 2024 Conference of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (St. Petersburg, Russia, January 29 - 31, 2024)

10. XXVIII Международный симпозиум «Нанофизика и наноэлектроника», (Нижний Новгород, «Ока». 13-16 марта 2024 года).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 14 работ, включая 5 статей, из них 2 индексируются WoS и Scopus, 3 статьи индексируются RSCI, 9 - в тезисах докладов.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Материал работы изложен на 116 страницах, включая 41 рисунок и 12 таблиц. Список литературы содержит 108 наименований.

ГЛАВА 1. СПИНТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И СПОСОБЫ ИХ

МОДЕЛИРОВАНИЯ

В данной главе подробно описан магнитный туннельный переход и эффекты, лежащие в основе его работы, в том числе рассматриваются способы моделирования спинтронных устройств на основе МТП: магнитной оперативной памяти с произвольным доступом, туннельных магниторезистивных (ТМР) сенсоров, спин-трансферных диодов и наногенераторов, которые представляют собой гибридные схемы - КМОП и спинтронные компоненты. Особое внимание уделяется поведенческим моделям магнитных туннельных переходов, которые могут быть реализованы двумя подходами: микромагнитным и макроспиновым.

1.1 Магнитный туннельный переход

Электрические свойства спинтронных устройств напрямую зависят от используемых магнитных материалов и геометрии. Спинтронный стек представляет собой многослойную тонкопленочную структуру, состоящую из тонких (0,1-10 нм) последовательно нанесенных ферромагнитных и немагнитных слоев. Далее из такой гетероструктуры методами нанолитографии формируют наноструктуру с геометрическими размерами 100 нм и менее. Свойства спинтронной гетероструктуры зависит от используемых ферромагнитных материалов, толщин слоев, а также от качества интерфейсов.

Во многих приложениях спинтроники первого поколения использовались спиновые вентили [1-4], в простейшем случае представляющие собой гетероструктуру, состоящую из двух магнитных слоев, разделенных немагнитным материалом. Нижний магнитный слой спинового вентиля имеет фиксированную ориентацию намагниченности, а верхний - изменяющуюся. Фиксация намагниченности нижнего магнитного слоя реализуется благодаря набору материалов из нескольких магнитных слоев. В то же время направлением намагниченности верхнего слоя можно управлять внешним магнитным полем или постоянным током. Эффект существенного изменения электрического сопротивления спинового вентиля в зависимости от взаимного направления намагниченностей его слоев, носит название эффекта гигантского

12

магнетосопротивления, за открытие которого в 1988 году физики Альбер Ферт и Петер Грюнберг были удостоены нобелевской премии по физике в 2007 году. Величина гигантского магнетосопротивления спиновых вентилей варьируется от 8% до 50 %.

На сегодняшний день в спинтронике активно применяются магнитные туннельные переходы (МТП) [5-7], основным отличием таких структур от спиновых вентилей служит замена немагнитного материала между ферромагнитными слоями на тонкий слой диэлектрика MgO толщиной ~1 нм (рисунок 1.1). В магнитном туннельном переходе ток протекает из-за туннельного эффекта, благодаря чему величина магнетосопротивления возрастает до 200%.

Магнитный туннельный переход совместим с КМОП технологией, изготавливается в BEOL (back end of line) и состоит из следующего набора слоев: буферных слоев, слоя с высокой обменной связью, закрепляющего намагниченность ферромагнитного слоя поляризатора, тонкого слоя диэлектрика MgO и свободного ферромагнитного слоя (рисунок 1.1). Существует несколько способов закрепить намагниченность поляризатора и наиболее простой из них - увеличение его толщины. В таком случае для переключения намагниченности слоя поляризатора потребуется больше энергии, чем для свободного слоя. В настоящее время более эффективным методом закрепления намагниченности поляризатора является нанесение антиферромагнетика рядом с ферромагнитным слоем, называемым закрепляющим слоем. Благодаря возникающему обменному смещению между слоями намагниченность закрепляющего слоя становится фиксированной. Над закрепляющим ферромагнитным слоем располагается второй ферромагнитный слой - слой поляризатор, с противоположно направленной намагниченностью, а сама структура, где два ферромагнитных слоя намагничены антиферромагнитно, называется синтетическим антиферромагнетиком (САФ) [8].

Толщина свободного слоя может варьироваться от 1.5 нм до 10 нм. Большой разброс значений связан с тем, что свободный слой может состоять из послойно нанесенных разных магнитных материалов, в таком случае свободный слой называют составным. Разные толщины и состав свободного слоя напрямую влияют на свойства МТП и на его намагниченность. Например, в случае тонкой пленки толщиной 1.5-2 нм анизотропия формы преодолевается, что приводит к

намагничиванию пленки вне плоскости - такое явление носит название перпендикулярной магнитной анизотропии (ПМА).

Рисунок 1.1 - Стек магнитного туннельного перехода и его режимы работы

Основание МТП может иметь различную форму: эллипс, круг или прямоугольник с минимальными геометрическими размерами порядка 20 нм [9]. Форма МТП оказывает существенное влияние на его свойства, например, эллиптическая форма приводит к магнитной анизотропии в плоскости, направленной вдоль большей оси эллипса. В этом случае намагниченность, направленная вдоль малой оси эллипса, испытывает отличное размагничивающее поле (анизотропия формы, о которой будет подробно описано в 2.2.1.5), данный факт благоприятствует (не благоприятствует) выравниванию намагниченности вдоль большой (малой) оси эллипса, из-за чего в свободном слое возникает направление легкой (жесткой) оси анизотропии. В результате чего возникший энергетический барьер между легкой и жесткой осями из-за силы анизотропии формы влияет на свойства переключения образца. МТП с квадратным или прямоугольным основанием используются редко, поскольку динамика намагниченности в углах

образца становится не однородной и ухудшает электрические свойства структуры [10].

Таким образом свойства динамики намагниченности в магнитном туннельном переходе зависят от его геометрических размеров, стека и толщин его слоев.

Туннельное магнетосопротивление (ТМР) магнитного туннельного перехода зависит от взаимной ориентации ф намагниченностей свободного слоя и слоя поляризатора пропорционально 1 — соз(^) (рисунок 1.2). В то время как намагниченности параллельны друг другу, сопротивление МТП минимально (ИР), такое положение намагниченностей называется П-состоянием, и наоборот, в антипараллельном состоянии (АП) - МТП имеет наибольшее сопротивление ЯАР. Туннельное магнетосопротивление МТП можно вычислить как

Кар — Яр (1 1)

тмр = ——-100% ( . )

ЯР

Контролировать сопротивление МТП возможно при изменении толщины диэлектрической прослойки между ферромагнитными слоями, чем толще слой, тем выше сопротивление МТП, ограничением в увеличении толщины служит длина свободного пробега электронов. Основным критерием качества изготовленного МТП является величина ТМР, которая также зависит от качества интерфейса туннельного барьера. Как правило ТМР высококачественного МТП достигает 100% и выше. В настоящее время известно о МТП на основе диэлектрика М^О с ТМР 604% [11].

Для того чтобы изменить сопротивление МТП из АП-состояния в П-состояние и наоборот достаточно приложить внешнее магнитное поле, в результате чего намагниченность свободного слоя выстроится вдоль его направления (рисунок 1.1). Дискретное переключение сопротивления МТП внешним магнитным полем лежит в основе работы магнитной оперативной памяти первого поколения. Для того чтобы добиться аналогового или линейного изменения сопротивления в стек МТП добавляется антиферромагнитный слой, слабо закрепляющий намагниченность свободного слоя ортогонально направлению намагниченности поляризатора [12-15]. В этом случае петля гистерезиса МТП имеет около нулевую ширину и линейную

область в заданном диапазоне полей, что позволяет использовать МТП в качестве датчика магнитного поля, называемым туннельным магниторезистивным (ТМР) сенсором.

Рисунок 1.2 - Иллюстрация изменения сопротивления МТП от угла между намагниченностями свободного и опорного слоев.

Тем не менее сопротивление МТП изменяется не только под действием внешнего магнитного поля, но и при пропускании через него постоянного тока (рисунок 1.1). Переключение сопротивления МТП происходит с помощью эффекта переноса спина и эффекта туннельного магнетосопротивления. Эффект переноса спина заключается в том, что ток, инжектируемый из опорного ферромагнитного слоя (поляризатора), поляризуется по спину, затем туннелирует через диэлектрическую пленку, неся с собой момент количества движения, который передается свободному слою (рисунок 1.3). В случае, если объем свободного слоя небольшой, то таким образом можно эффективно управлять его намагниченностью, а следовательно, и сопротивлением МТП. Это было предсказано в конце 1980-х годов прошлого века физиками Слончевским [16] и Берже [17], а спустя несколько лет Максимом Цоем этот эффект был доказан экспериментально [18]. Механизмы

переключения сопротивления за счет внешнего магнитного поля и постоянного тока лежат в основе работы магнитной оперативной памяти [19-22].

Поток электронов

ф

Поток электронов Поляризатор

Свободный слой

Рисунок 1.3 - Эффект переноса спина. Переключение сопротивления МТП под

действием постоянного тока

В последнее десятилетие много исследований связано с эффектом переноса спина, это вызвано перспективой коммерческого внедрения СВЧ-устройств на основе МТП. Ферромагнитные материалы, лежащие в основе спинтронных компонентов, обладают внутренним резонансным механизмом, называемым ферромагнитным резонансом (ФМР). Динамика, вызванная эффектом переноса спина в свободном слое МТП, представляет собой прецессию намагниченности в микроволновом диапазоне частот, имеющую различные применения в СВЧ-электронике.

Экспериментальные исследования эффекта переноса спина в МТП соотечественником Киселевым С. И. [23] привели к открытию нового режима работы МТП - генерации (рисунок 1.1). Пропуская постоянный ток через МТП и прикладывая внешнее магнитное поле, происходит возбуждение динамики намагниченности свободного слоя, которое приводит к осцилляции сопротивления МТП с большой амплитудой (рисунок 1.4). Согласно закону Ома, на выходе МТП

наблюдается переменное напряжение гигагерцовой частоты, при этом перестройка частоты осуществляется величиной постоянного тока. Преимуществом наногенератора [24-25] на основе МТП является меньшая занимаемая площадь на пластине.

Рисунок 1.4 - Влияние постоянного тока на динамику намагниченности свободного

слоя МТП

Исследуя влияние переменного тока на динамику намагниченности в МТП в 2005 году [26] Тулапуркар сделал открытие нового режима работы МТП -выпрямления (рисунок 1.1). Подавая СВЧ ток с частотой близкой к частоте ферромагнитного резонанса МТП, наблюдалось возбуждение динамики намагниченности свободного слоя, что приводило к колебаниям сопротивления МТП, соответственно напряжение на выходе МТП имело переменную компоненту Уас и постоянную Уйс (рисунок 1.5). Постоянная компонента напряжения Уйс называется выпрямленным, а сам магнитный туннельный переход в режиме работы выпрямления принято называть спин-трансферным диодом. Свойства спин-трансферного диода могут использоваться для создания таких спинтронных устройств как СВЧ-детекторы и харвестеры [27-29].

V = ю

г г

Рисунок 1.5 - Влияние СВЧ сигнала на динамику намагниченности свободного

слоя МТП

Следует отметить, что МТП имеет высокую радиационную стойкость к воздействию рентгеновского излучения дозой до 8 Мрад, в этом случае электрические свойства МТП претерпевают незначительные изменения. Однако, увеличивая дозу до 9 Мрад, возникает пробой диэлектрика М^О в составе МТП [3031]. В этой связи предлагается использование более устойчивой конструкции МТП с составным свободным слоем, состоящим из двух ферромагнитных слоев и диэлектрика [32]. Данная конструкция МТП используется для разработки радиационно-стойких микросхем.

Таким образом в основе работы магнитного туннельного перехода лежат эффект переноса спина и туннельный эффект, благодаря которым открываются новые способы управления его намагниченностью, и, как следствие, расширяется функциональность спинтронных устройств. Представленные режимы работы МТП имеют практическое применение, поэтому большое значение имеет возможность их использования при проектировании спинтронных устройств в современных системах автоматизированного проектирования (САПР).

1.2 Моделирование магнитной оперативной памяти с произвольным доступом

1.2.1 Моделирование магнитной оперативной памяти с полевым

переключением

В отличие от традиционных способов хранения информации, данные в магнитной оперативной памяти хранятся не в виде электрического заряда, а в виде магнитных запоминающих элементов - магнитных туннельных переходов. Состояние «0» запоминающей ячейки соответствует П-состоянию с минимальным сопротивлением МТП и состояние ячейки «1» соответствует АП-состоянию с максимальным сопротивлением (рисунок 1.6). В магнитной памяти первого поколения MRAM (toggle magnetic access random memory) [33-35] ячейка памяти находится на пересечении линий записи, которые находятся под прямым углом друг к другу (рисунок 1.7 а), а запоминающее устройство состоит из сетки таких ячеек (кросс-баров). Для переключения состояния ячейки по линиям записи пропускается постоянный ток, который генерирует внешнее магнитное поле Эрстеда, воздействующее на свободный слой магнитного туннельного перехода. Самый простой метод считывания информации с ячейки заключается в измерении ее омического сопротивления. В данном случае конкретная ячейка выбирается путем включения соответствующего транзистора, который переключает ток с линии питания через ячейку на землю. Измеряя результирующий ток, можно определить сопротивление конкретной ячейки и, следовательно, ее состояние «1» или «0».

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лобкова Мария Дмитриевна, 2024 год

Список использованных источников

1. Diény B. Giant magnetoresistance in spin-valve multilayers //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1994. - T. 136. - №. 3. - C. 335-359.

2. Jedema F. J., Filip A. T., Van Wees B. J. Electrical spin injection and accumulation at room temperature in an all-metal mesoscopic spin valve //Nature. - 2001. - T. 410. - №. 6826. - C. 345-348.

3. Dieny B. et al. Magnetotransport properties of magnetically soft spin-valve structures //Journal of Applied Physics. - 1991. - T. 69. - №. 8. - C. 4774-4779.

4. Dieny B. et al. Spin-valve effect in soft ferromagnetic sandwiches //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1991. - T. 93. - C. 101-104.

5. Parkin S. S. P. et al. Giant tunnelling magnetoresistance at room temperature with MgO (100) tunnel barriers //Nature materials. - 2004. - T. 3. - №. 12. - C. 862867.

6. Yuasa S. et al. Giant room-temperature magnetoresistance in single-crystal Fe/MgO/Fe magnetic tunnel junctions //Nature materials. - 2004. - T. 3. - №. 12. - C. 868-871.

7. Moodera J. S. et al. Large magnetoresistance at room temperature in ferromagnetic thin film tunnel junctions //Physical review letters. - 1995. - T. 74. - №. 16. - C. 3273.

8. O'handley R. C. Soft magnetic materials //Modern Magnetic Materials. - 2000. -T. 46.

9. Sidi El Valli A. et al. Size-dependent enhancement of passive microwave rectification in magnetic tunnel junctions with perpendicular magnetic anisotropy //Applied Physics Letters. - 2022. - T. 120. - №. 1.

10. Zeng Z. et al. Evolution of spin-wave modes in magnetic tunnel junction nanopillars //Physical Review B. - 2010. - T. 82. - №. 10. - C. 100410.

11. Ikeda S. et al. Tunnel magnetoresistance of 604% at 300K by suppression of Ta diffusion in CoFeB/MgO/ CoFeB pseudo-spin-valves annealed at high temperature //Applied Physics Letters. - 2008. - T. 93. - №. 8.

12. Ferreira R. et al. Large area and low aspect ratio linear magnetic tunnel junctions with a soft-pinned sensing layer //IEEE Transactions on Magnetics. - 2012. - T. 48.

- №. 11. - C. 3719-3722.

13. Leitao D. C. et al. Nanoscale magnetic tunnel junction sensing devices with soft pinned sensing layer and low aspect ratio //IEEE Transactions on Magnetics. -2014. - T. 50. - №. 11. - C. 1-8.

14. Valadeiro J. P. et al. Strategies for pTesla field detection using magnetoresistive sensors with a soft pinned sensing layer //IEEE transactions on magnetics. - 2015.

- T. 51. - №. 1. - C. 1-4.

15. Paz E., Ferreira R., Freitas P. P. Linearization of magnetic sensors with a weakly pinned free-layer MTJ stack using a three-step annealing process //IEEE Transactions on Magnetics. - 2016. - T. 52. - №. 7. - C. 1-4.

16. Slonczewski J. C. Current-driven excitation of magnetic multilayers //Journal of Magnetism and Magnetic Materials. - 1996. - T. 159. - №. 1-2. - C. L1-L7.

17. Berger L. Emission of spin waves by a magnetic multilayer traversed by a current //Physical Review B. - 1996. - T. 54. - №. 13. - C. 9353.

18. Tsoi M. et al. Excitation of a magnetic multilayer by an electric current //Physical Review Letters. - 1998. - T. 80. - №. 19. - C. 4281.

19. Huai Y. et al. Spin-transfer torque MRAM (STT-MRAM): Challenges and prospects //AAPPS bulletin. - 2008. - T. 18. - №. 6. - C. 33-40.

20. Tehrani S. et al. Progress and outlook for MRAM technology //IEEE Transactions on Magnetics. - 1999. - T. 35. - №. 5. - C. 2814-2819.

21. Locatelli N., Cros V., Grollier J. Spin-torque building blocks //Nature materials. -2014. - T. 13. - №. 1. - C. 11-20.

22. Grollier J. et al. Neuromorphic spintronics //Nature electronics. - 2020. - T. 3. - №. 7. - C. 360-370.

23. Kiselev S. I. et al. Microwave oscillations of a nanomagnet driven by a spin-polarized current //nature. - 2003. - T. 425. - №. 6956. - C. 380-383.

24. Kaka S. et al. Mutual phase-locking of microwave spin torque nano-oscillators //Nature. - 2005. - T. 437. - №. 7057. - C. 389-392.

25. Kim J. V., Tiberkevich V., Slavin A. N. Generation linewidth of an auto-oscillator with a nonlinear frequency shift: Spin-torque nano-oscillator //Physical review letters. - 2008. - T. 100. - №. 1. - C. 017207.

26. Tulapurkar A. A. et al. Spin-torque diode effect in magnetic tunnel junctions //Nature. - 2005. - T. 438. - №. 7066. - C. 339-342.

27. Miwa S. et al. Highly sensitive nanoscale spin-torque diode //Nature materials. -2014. - T. 13. - №. 1. - C. 50-56.

28. Fang B. et al. Giant spin-torque diode sensitivity in the absence of bias magnetic field //Nature communications. - 2016. - T. 7. - №. 1. - C. 11259.

29. Wang C. et al. Sensitivity of spin-torque diodes for frequency-tunable resonant microwave detection //Journal of Applied Physics. - 2009. - T. 106. - №. 5.

30. Park J. Y. et al. Effects of proton and ion beam radiation on magnetic tunnel junctions //Thin Solid Films. - 2019. - T. 686. - C. 137432.

31. He Q. et al. High-dose X-ray radiation induced MgO degradation and breakdown in spin transfer torque magnetic tunnel junctions //Scientific Reports. - 2022. - T. 12.

- №. 1. - C. 18620.

32. Wang B. et al. Radiation impact of swift heavy ion beams on double-interface CoFeB/MgO magnetic tunnel junctions //Applied Physics Letters. - 2020. - T. 116.

- №. 17.

33. Tehrani S. et al. Progress and outlook for MRAM technology //IEEE Transactions on Magnetics. - 1999. - T. 35. - №. 5. - C. 2814-2819.

34. Slaughter J. M. et al. Fundamentals of MRAM technology //Journal of superconductivity. - 2002. - T. 15. - №. 1. - C. 19-25.

35. Tehrani S. et al. Recent developments in magnetic tunnel junction MRAM //IEEE Transactions on magnetics. - 2000. - T. 36. - №. 5. - C. 2752-2757.

36. Sugimura T. et al. Low-power and high-sensitivity magnetoresistive random access memory sensing scheme with body-biased preamplifier //Japanese journal of applied physics. - 2006. - T. 45. - №. 4S. - C. 3321.

37. Au E. K. S. et al. A switched-current sensing architecture for a four-state per cell magnetic tunnel junction MRAM //IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers. - 2004. - T. 51. - №. 11. - C. 2113-2122.

38. Engelbrecht L. M. et al. A toggle MRAM bit modeled in Verilog-A //Solid-State Electronics. - 2010. - T. 54. - №. 10. - C. 1135-1142.

39. Huai Y. et al. Spin-transfer torque MRAM (STT-MRAM): Challenges and prospects //AAPPS bulletin. - 2008. - T. 18. - №. 6. - C. 33-40.

40. Zhao W. et al. Macro-model of spin-transfer torque based magnetic tunnel junction device for hybrid magnetic-CMOS design //2006 IEEE International Behavioral Modeling and Simulation Workshop. - IEEE, 2006. - C. 40-43.

41. De Rose R. et al. Variability-aware analysis of hybrid MTJ/CMOS circuits by a micromagnetic-based simulation framework //IEEE Transactions on Nanotechnology. - 2016. - T. 16. - №. 2. - C. 160-168.

42. Morris D. et al. mLogic: Ultra-low voltage non-volatile logic circuits using STT-MTJ devices //Proceedings of the 49th Annual Design Automation Conference. -2012. - C. 486-491.

43. Garcia-Redondo F. et al. A Compact Model for Scalable MTJ Simulation //SMACD/PRIME 2021; International Conference on SMACD and 16th Conference on PRIME. - VDE, 2021. - C. 1-4.

44. Prashanth B. U. V., Ahmed M. R. VLSI Implementation of Spin Transfer Torque-Magnetic Tunnel Junction-Perpendicular Magnetic Anisotropy (STT-MTJ-PMA) Structure. - 2020., Prajapati S. et al. Modeling of a magnetic tunnel junction for a multilevel STT-MRAM cell //IEEE Transactions on Nanotechnology. - 2018. - T. 18. - C. 1005-1014.

45. Kang W. et al. Reconfigurable codesign of STT-MRAM under process variations in deeply scaled technology //IEEE Transactions on Electron Devices. - 2015. - T. 62. - №. 6. - C. 1769-1777.

46. Harms J. D. et al. SPICE macromodel of spin-torque-transfer-operated magnetic tunnel junctions //IEEE transactions on electron devices. - 2010. - T. 57. - №. 6. -C. 1425-1430.

47. Panagopoulos G. D., Augustine C., Roy K. Physics-based SPICE-compatible compact model for simulating hybrid MTJ/CMOS circuits //IEEE Transactions on Electron Devices. - 2013. - T. 60. - №. 9. - C. 2808-2814.

48. Guo W. et al. SPICE modelling of magnetic tunnel junctions written by spin-transfer torque //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2010. - T. 43. - №. 21. - C. 215001.

49. Jabeur K. et al. Comparison of Verilog-A compact modelling strategies for spintronic devices //Electronics letters. - 2014. - T. 50. - №. 19. - C. 1353-1355.

50. Liu L. et al. Spin-torque switching with the giant spin Hall effect of tantalum //Science. - 2012. - T. 336. - №. 6081. - C. 555-558.

51. Rashba E. I. Spin-orbit coupling in condensed matter physics //Sov Phys Solid State.

- 1960. - T. 2. - C. 1109.

52. Oboril F. et al. Evaluation of hybrid memory technologies using SOT-MRAM for on-chip cache hierarchy //IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems. - 2015. - T. 34. - №. 3. - C. 367-380.

53. Jabeur K. et al. Compact model of a three-terminal MRAM device based on spin orbit torque switching //2013 International Semiconductor Conference Dresden-Grenoble (ISCDG). - IEEE, 2013. - C. 1-4.

54. Prenat G. et al. Beyond STT-MRAM, spin orbit torque RAM SOT-MRAM for high speed and high reliability applications //Spintronics-based Computing. - 2015. - C. 145-157.

55. Back C. H. et al. Minimum field strength in precessional magnetization reversal //Science. - 1999. - T. 285. - №. 5429. - C. 864-867.

56. Liu L. et al. Reduction of the spin-torque critical current by partially canceling the free layer demagnetization field //Applied Physics Letters. - 2009. - T. 94. - №. 12.

- C. 122508.

57. Prenat G. et al. Ultra-fast and high-reliability SOT-MRAM: From cache replacement to normally-off computing //IEEE Transactions on Multi-Scale Computing Systems. - 2015. - T. 2. - №. 1. - C. 49-60.

58. Seo Y., Kwon K. W., Roy K. Area-efficient SOT-MRAM with a Schottky diode //IEEE Electron Device Letters. - 2016. - T. 37. - №. 8. - C. 982-985.

59. Caruso M. J., Withanawasam L. S. Vehicle detection and compass applications using AMR magnetic sensors //Sensors Expo Proceedings. - 1999. - T. 477. - C. 39.

60. Ripka P., Janosek M. Advances in magnetic field sensors //IEEE Sensors journal. -2010. - T. 10. - №. 6. - C. 1108-1116.

61. Reig C., Cardoso S., Mukhopadhyay S. C. Giant magnetoresistance (GMR) sensors //Smart Sensors, Measurement and Instrumentation. - 2013. - T. 6. - №. 1. - C. 1301.

62. Cubells-Beltrán M. D. et al. Integration of GMR sensors with different technologies //Sensors. - 2016. - T. 16. - №. 6. - C. 939., Reig C., Cubells-Beltrán M. D.

63. Muñoz D. R. Magnetic field sensors based on giant magnetoresistance (GMR) technology: Applications in electrical current sensing //Sensors. - 2009. - T. 9. -№. 10. - C. 7919-7942.

64. Ye C., Wang Y., Tao Y. High-density large-scale TMR sensor array for magnetic field imaging //IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. - 2018. -T. 68. - №. 7. - C. 2594-2601.

65. Wu B. et al. A novel TMR-based MFL sensor for steel wire rope inspection using the orthogonal test method //Smart Materials and Structures. - 2015. - T. 24. - №. 7. - C. 075007.

66. Cardoso F. A. et al. Improved magnetic tunnel junctions design for the detection of superficial defects by eddy currents testing //IEEE Transactions on Magnetics. -2014. - T. 50. - №. 11. - C. 1-4.

67. Liu X. et al. Design and implementation of a multi-purpose TMR sensor matrix for wireless electric vehicle charging //IEEE Sensors Journal. - 2018. - T. 19. - №. 5. - C. 1683-1692.

68. So M. H. et al. Magnetic domain imaging in coated silicon-iron using magnetoresistive sensors //IEEE transactions on magnetics. - 1995. - T. 31. - №. 6. - C. 3370-3372.

69. Nicholson P. I. et al. Non-destructive surface inspection system for steel and other ferromagnetic materials using magneto-resistive sensors //Journal of Magnetism and magnetic Materials. - 1996. - T. 160. - C. 162-164.

70. Lei Z. Q. et al. Review of noise sources in magnetic tunnel junction sensors //IEEE Transactions on Magnetics. - 2011. - T. 47. - №. 3. - C. 602-612.

71. Lim H. et al. A new circuit model for spin-torque oscillator including perpendicular torque of magnetic tunnel junction //Advances in Condensed Matter Physics. -2013. - T. 2013.

72. Kim M. et al. Advanced circuit-level model of magnetic tunnel junction-based spin-torque oscillator with perpendicular anisotropy field //JSTS: Journal of Semiconductor Technology and Science. - 2013. - T. 13. - №. 6. - C. 556-561.

73. Chen T. et al. Comprehensive and macrospin-based magnetic tunnel junction spin torque oscillator model-part I: Analytical model of the MTJ STO //IEEE Transactions on Electron Devices. - 2015. - T. 62. - №. 3. - C. 1037-1044.

74. Talatchian P. et al. Designing large arrays of interacting spin-torque nano-oscillators for microwave information processing //Physical Review Applied. - 2020. - T. 13.

- №. 2. - C. 024073.

75. Locatelli N. et al. Vortex-based spin transfer oscillator compact model for IC design //2015 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS). - IEEE, 2015. - C. 589-592.

76. Shreya S. et al. Verilog-A-based analytical modeling of vortex spin-torque nano oscillator //IEEE Transactions on Electron Devices. - 2022. - T. 69. - №. 8. - C. 4651-4658.

77. Thiele A. A. Steady-state motion of magnetic domains //Physical Review Letters. -1973. - T. 30. - №. 6. - C. 230.

78. Sapriel J. Domain-wall orientations in ferroelastics //Physical Review B. - 1975. -T. 12. - №. 11. - C. 5128.

79. Bogdanov A., Hubert A. Thermodynamically stable magnetic vortex states in magnetic crystals //Journal of magnetism and magnetic materials. - 1994. - T. 138.

- №. 3. - C. 255-269.

80. Aron C. et al. Magnetization dynamics: path-integral formalism for the stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert equation //Journal of Statistical Mechanics: Theory and Experiment. - 2014. - T. 9. - C. P09008.

81. Wiener N. Collected works. - 1976. - T. 1.

82. Sun J. Z. Spin angular momentum transfer in current-perpendicular nanomagnetic junctions //IBM journal of research and development. - 2006. - T. 50. - №. 1. - C. 81-100.

83. Manipatruni S., Nikonov D. E., Young I. A. Modeling and design of spintronic integrated circuits //IEEE Transactions on Circuits and Systems I: Regular Papers.

- 2012. - Т. 59. - №. 12. - С. 2801-2814.

84. Buzdakov A. G., Skirdkov P. N., Zvezdin K. A. Magnetostatically Induced Easy-Cone Magnetic State Tuning by Perpendicular Magnetic Anisotropy in an Unbiased Spin-Torque Diode //Physical Review Applied. - 2021. - Т. 15. - №. 5. - С. 054047.

85. Negulescu B. et al. Wide range and tunable linear magnetic tunnel junction sensor using two exchange pinned electrodes //Applied Physics Letters. - 2009. - Т. 95. -№. 11.

86. Ландау Л. Д., Лифшиц Е. М. Электродинамика сплошных сред. - Гостехиздат, 1957. - Т. 68.

87. Johnson M. T. et al. Magnetic anisotropy in metallic multilayers //Reports on Progress in Physics. - 1996. - Т. 59. - №. 11. - С. 1409.

88. Timopheev A. A. et al. Second order anisotropy contribution in perpendicular magnetic tunnel junctions //Scientific reports. - 2016. - Т. 6. - №. 1. - С. 26877.

89. Fang B. et al. Experimental demonstration of spintronic broadband microwave detectors and their capability for powering nanodevices //Physical Review Applied.

- 2019. - Т. 11. - №. 1. - С. 014022.

90. Endo M. et al. Electric-field effects on thickness dependent magnetic anisotropy of sputtered Mg0/Co40Fe40B20/Ta structures //Applied Physics Letters. - 2010. - Т. 96. - №. 21.

91. J. M. D. Coey. Magnetism and magnetic materials. Cambridge University Press, 2009.

92. Aharoni A. Demagnetizing factors for rectangular ferromagnetic prisms //Journal of applied physics. - 1998. - Т. 83. - №. 6. - С. 3432-3434.

93. Beleggia M. et al. Demagnetization factors for elliptic cylinders //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2005. - Т. 38. - №. 18. - С. 3333.

94. Ельяшевич М. А. Зеемана эффект // Физическая энциклопедия: [в 5 т.] / Гл. ред. А. М. Прохоров. - М.: Советская энциклопедия, 1990. - Т. 2. - С. 77-78.

95. Vansteenkiste A. et al. The design and verification of MuMax3 //AIP advances. -2014. - Т. 4. - №. 10.

96. Matsumoto R. et al. Spin-torque diode measurements of MgO-based magnetic tunnel junctions with asymmetric electrodes //Applied physics express. - 2011. - Т. 4. - №. 6. - С. 063001.

97. Manchon A. et al. Current-induced spin-orbit torques in ferromagnetic and antiferromagnetic systems //Reviews of Modern Physics. - 2019. - Т. 91. - №. 3. -С. 035004.

98. Sagasta E. et al. Unveiling the mechanisms of the spin Hall effect in Ta //Physical Review B. - 2018. - Т. 98. - №. 6. - С. 060410.

99. Wu K. et al. Deterministic field-free switching of a perpendicularly magnetized ferromagnetic layer via the joint effects of the Dzyaloshinskii-Moriya interaction and damping-and field-like spin-orbit torques: an appraisal //Journal of Physics D: Applied Physics. - 2020. - Т. 53. - №. 20. - С. 205002.

100. Verilog-A / AMS Reference Manual: https://edadownload.software.keysight.com/eedl/ads/2011_01/pdf/verilogaref.pdf.

101. Ament S. et al. Solving the stochastic Landau-Lifshitz-Gilbert-Slonczewski equation for monodomain nanomagnets: A survey and analysis of numerical techniques //arXiv preprint arXiv:1607.04596. - 2016.

102. Лобкова М. Д., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Модель магнитного туннельного перехода на Verilog-A для использования в средах автоматизированного проектирования интегральных схем. Физика твердого тела. - 2023. - Т. 65. - № 6. - С. 951-954.

103. Лобкова М. Д., Скирдков П. Н., Путря М.Г., Звездин К. А. Модель магнитного туннельного перехода на Verilog-A для использования в средах автоматизированного проектирования интегральных схем. Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVII Международного симпозиума. - 2023. - Т. 1. - С. 237-238.

104. Лобкова М. Д., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Универсальная модель магнитного туннельного перехода на Verilog-A для проектирования интегральных схем. Труды школы-семинара "Волны-2023". Магноника и спинтроника. - 2023. - С. 17-18.

105. Sankey J. C. et al. Measurement of the spin-transfer-torque vector in magnetic tunnel junctions //Nature Physics. - 2008. - Т. 4. - №. 1. - С. 67-71.

106. Kubota H. et al. Quantitative measurement of voltage dependence of spintransfer torque in MgO-based magnetic tunnel junctions //Nature Physics. - 2008. - Т. 4. - №. 1. - С. 37-41.

107. Wang C. et al. Bias and angular dependence of spin-transfer torque in magnetic tunnel junctions //Physical Review B. - 2009. - Т. 79. - №. 22. - С. 224416.

108. Shkanakina M. D., Skirdkov P. N., Kichin G. A., Zvezdin K. A. Angular dependence of the spin-torque diode effect on the external magnetic field. Сборник трудов конференции «Non-Linear Magnetism. 757. WE-Heraeus-Seminar at the Physikzentrum Bad Honnef, Germany». - 2022. - С. 100.

109. Шканакина М. Д., Кичин Г. А., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Влияние взаимодействия магнонных мод магнитного туннельного перехода на его микроволновую чувствительность. Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVI Международного симпозиума. - 2022. - Т. 1. - С. 400-401.

110. Шканакина М. Д., Кичин Г. А., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Эволюция мод магнитного туннельного перехода при изменении направления внешнего магнитного поля. Труды школы-семинара "Волны-2022". Магноника и спинтроника. - 2022. - С. 29-32.

111. Shkanakina M. D., Skirdkov P. N., Kichin G. A., Zvezdin K. A. Evolution of magnetic tunnel junction's modes for different directions of an external magnetic field. VIII Euro-Asian Symposium «Trends in MAGnetism». Сборник тезисов. -Т. 1. - С. 66-68.

112. Shkanakina M. D., Skirdkov P. N., Kichin G. A., Putrya M. G., Zvezdin K. A. Evolution of the modes of a magnetic tunnel junction upon a change in the direction of the external magnetic field. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics. - 2023. - Т. 87. - №. 1. - С. 92-96.

113. Helmer A. et al. Quantized spin-wave modes in magnetic tunnel junction nanopillars //Physical Review B. - 2010. - Т. 81. - №. 9. - С. 094416.

114. Lobkova M. D., Skirdkov P. N., Kichin G. A., Zvezdin K. A. Predicted Modeling of Hybrid Spintronic-electronic Devices Based on the Verilog-A Compact Model of Magnetic Heterostructure. Proceedings of the 2024 Conference

of Young Researchers in Electrical and Electronic Engineering (ElCon). IEEE. -2024. - С. 552-555.

115. Лобкова М. Д., Кичин Г. А., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Разработка и верификация модели магнитного туннельного перехода. Наноиндустрия. -2024. - Т. 16. - № S9 (119). - С. 243-245.

116. Lobkova M. D., Skirdkov P. N., Zvezdin K. A. Development and testing of a magnetic tunnel junction compact model in Verilog-a to use in CAD system. Book of abstracts of Samarkand International Symposium on Magnetism SISM-2023. -2023. - C. 53.

117. Лобкова М. Д., Кичин Г. А., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Разработка и верификация модели магнитного туннельного перехода. 9-я научная конференция «Доверенная и экстремальная электроника». - 2023. С. - 302.

118. Tan X. et al. Contactless AC/DC Wide-Bandwidth Current Sensor Based on Composite Measurement Principle //Sensors. - 2022. - Т. 22. - №. 20. - С. 7979.

119. Лобкова М. Д., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Исследование характеристик ТМР-сенсора на основе магнитных туннельных переходов с одноосной кристаллической анизотропией в свободном слоем. Физика твердого тела. - 2024. - Т. 65. - № 6. - С. 877-880.

120. Лобкова М. Д., Скирдков П. Н., Звездин К. А. Подход к проектированию и оптимизации сенсора на основе магнитных туннельных переходов. Нанофизика и наноэлектроника. Труды XXVIII Международного симпозиума. - 2024. - Т. 1. - С. 284-285.

121. Guo D. W. et al. MgO-based magnetic tunnel junction sensors array for nondestructive testing applications //Journal of Applied Physics. - 2014. - Т. 115. - №. 17.

122. Freitas P. P., Ferreira R., Cardoso S. Spintronic sensors //Proceedings of the IEEE. - 2016. - Т. 104. - №. 10. - С. 1894-1918.

Акт о внедрении результатов

24 апреля 2D24 г

АКТ

об использовании результатов диссертационной работы Лобковой Марии Дмитриевны кИсследооание магнитного туннельного перехода и рагработка его универсальной компактной модели дли проектироеаний и- изготовления нанрра.э мерных гибридных

спинтронно-злектронных схем»

Диссертация посещена разработке универсальной компактной модели магнитного туннельного перевода дли проектирован и п гибридных спинтронкйэлектршнных устройств н современных системах автоматизировании™ проектирования {САЛР1. Полученная автором мйдрл^длп компактного моделирования была использован^ обществом с ограниченной ответственностью «Новые спинтронные технологии» при йыполнении-

- НИРчМикроволновая спинтроника* по соглашению № 19-12^00432 между Российским научным фондом, руководителем проекта гранта на нроыедеяие фундаментальных научных исследований и поисковых научны* исследований от 24 марта 2019 г.

МИР тМикрооолноьан спи нтроник^*- по соглашен и юн- 19-Т2-00432П между Российским научным фондом, руководителем проекта гранта на пропеление фундаментальны* научны* исследоэдний и поисковых научных исследоааний or ЗА марта 2022 г

- НИР «Mai нитоэлелтрическдя спин-орбитальная (МЬЗО) Л01 ика цлн вычислений со свел*низким потреблением« по соглашению о предоставление из федерального бюджета Грантов н форме субсидий Б соответствии С пунктом 1 статьи 7Н Бюджетного кодекса Российской Федерации №D75-11 -2022-ÎM& от 30 сентября 2022 г. Шифр отбора 7.2 D75-

61622-1-0D0? /

Генеральный директор ■ ^'Ь^у А. Ю. Иванов

ООО «Новые спинтронные технот>гиим ^ 24 апреля 2024 г.

V4\

■

ООО «Новые спинтронные технологии»

tï IÎ0S. Г, IVAjci: u :i. т-срркгорип

ШИППМртИИПГП центре CiuWiH)i>ng,

»T rôâ Ï&U- 12-91

inF^nst tech

ИНН M322091ü3 КПП 7731 Dl ÜD1 0ГГН n55D320D7]Q5

Большой йупьаар, д ли, стр. 1. пэпещение wwY.rqtni

1S6AT

Благодарности

Спинтроника - сравнительно новая область наноэлектроники, которую нелегко понять, поэтому в первую очередь автор выражает благодарность и глубокую признательность своему научному руководителю Путре Михаилу Георгиевичу и научному директору группы «Новые спинтронные технологии» Звездину Константину Анатольевичу за руководство и поддержку при выполнении

и и тт и и

исследовании и подготовке диссертационнои работы. Демонстрируя высочаишии уровень профессиональной компетентности и положительных человеческих качеств, Звездин Константин Анатольевич и Путря Михаил Георгиевич стали для меня эталонными примерами выдающихся ученых.

Автор хотел бы выразить благодарность коллегам, Скирдкову Петру Николаевичу, Шумихину Виталию Вячеславовичу и Кичину Георгию Андреевичу, за полезную критику и помощь в проведении экспериментальных и теоретических исследовании.

Огромная благодарность выражается Арсеньевой Елене Дмитриевне, Арсеньевой Надежде Федоровне, Арсеньеву Василию Алексеевичу, Лобкову Максиму Андреевичу и Лобковой Надежде Юрьевне за огромную поддержку и мотивацию во время подготовки диссертационной работы.

Вместе с тем автор выражает благодарность друзьям и родным, чья поддержка была очень важна для него.