Download pdf - macro model.pdf

7/27/2019 macro model.pdf

1/4

M a c r o - m o d e l o f S p i n - T r a n s f e r T o r q u e b a s e d M a g n e t i cT u n n e l J u n c t i o n d e v i c e f o r h y b r i d Magnetic-CMOS d e s i g nW . Z h a o , E . B e l h a i r e , Q . M i s t r a l ,

C . C h a p p e r tI n s t i t u t d ' E l e c t r o n i q u e F o n d a m e n t a l e ,U n i v e r s i t y o f P a r i s 1 1 / C N R S , F r a n c eL a s t n a m e @ i e f . u - p s u d . f r

V . J a v e r l i a c , B . D i e n yS P I N T E C , C EA ( C o m m i s s a r i a t al ' E n e r g i e A t o m i q u e ) , F r a n c e

L a s t n a m e @ c e a . f r

E . N i c o l l eA l l i a n c e C r o l l e s 2 , F r e e s c a l e - P h i l i p s -S T m i c r o e l e c t r o n i c s , F r a n c e

L a s t [email protected]

ABSTRACTT h e d e v e l o p m e n t o f h y b r i d M a g n e t i c - C M O S c i r c u i t s s u c h a sMRAM ( M a g n e t i c RAM) a n d M ag n e ti c l o g i c c i r c u i t r e q u i r e se f f i c i e n t s i m u l a t i o n m o d e l s f o r t h e m a g n e t i c d e v i c e s . A m a c r o -m o d e l o f M a g n e t i c T u n n e l J u n c t i o n ( M T J ) i s p r e s e n t e d i n t h i sp a p e r . T h i s d e v i c e i s t h e m o s t c o m m o n l y u s e d m a g n e t i cc o m p o n e n t s i n CMOS c i r c u i t s . T h i s m o d e l i s b a s e d o n S p i n -T r a n s f e r T o r qu e ( S T T ) w r i t i n g a p p r o a c h . T h i s v e r y p r o m i s i n ga p p r o a c h s h o u l d c o n s t i t u t e t h e s e c o n d g e n e r a t i o n o f MRAMs w i t c h i n g t e c h n o l o g y ; i t f e a t u r e s s m a l l s w i t c h i n g c u r r e n t( - 1 2 0 u A ) a n d h i g h p r o g r a m m i n g s p e e d ( < I n s ) . T h e m a c r o - m o d e lh a s b e e n d e v e l o p e d i n V e r i l o g - A l a n g u a g e a n d i m p l em en t e d o nC a d e n c e V i r t u o s o p l a t f o r m w i t h S p e c t r e 5 . 0 . 3 2 s i m u l a t o r . M a n ye x p e r i m e n t a l p a r a m e t e r s a r e i n t e g r a t e d i n t h i s m o d e l t o i m p r o v et h e s i m u l a t i o n a c c u r a c y . S o , t h e m o d e l c a n e f f i c i e n t l y b e u s e d t od es i g n h y b ri d M a g n e t i c C M O S c i r c u i t s .1 . INTRODUCTIONM a g n e t i c RAM (MRAM) i s o n e o f t h e m o s t p r o m i s i n g memoryt e c h n o l o g i e s , w h i c h f e a t u r e s n o n - v o l a t i l i t y , h i g h r e a d i n g s p e e d ,l a r g e r e t e n t i o n t i m e u p t o 1 0 y e a r s a n d i t a l l o w s a l s o m o r e t h a n1 0 1 2 r e - p r o g r a m m i n g c y c l e s [ 1 ] . T h e e l e m e n t a r y s t o r a g e d e v i c e o fMRAM i s t h e M a g n e t i c T u n n e l J u n c t i o n ( M T J ) [ 2 ] . By u s i n gMgO b a r r i e r i n M T J s , t h e r ea di n g p e r f o r ma n c e o f MRAM h a sb e e n s i g n i f i c a n t l y i m p r o v e d ; h o w e v e r i t s w r i t i n g p e r f o r m a n c e s t i l ld o m i n a t e s t h e p o w e r c on s um p ti o n a n d t h e c i r c u i t s u r f a c e . I n t h ef i r s t g e n e r a t i o n o f M R A M , F i e l d I n d u c e d M a g n e t i c S w i t c h i n g( F I M S ) w r i t i n g a p p r o a c h h a s b e e n a d o p t e d . I t u s e s t w o h i g hc u r r e n t s t o p r o g r a m t h e M TJ a n d t h e n i t l e a d s t o a h i g h p o w e rd i s s i p a t i o n a n d r e q u i r e s l a r g e s u r f a c e t r a n s i s t o r s [ 1 ] . I n t h e l a s t 2y e a r s , S p i n - T r a n s f e r T or q u e ( S T T ) h a s b e e n i n t r o d u c e d a n dr a p i d l y d e v e l o p e d b y d i f f e r e n t c o m p a n i e s [ 3 - 6 ] . S p i n T r a n s f e rT o r q u e r e v e r s i n g p h e n o m e n a i n M TJ w a s o b s e r v e d i n MTJs o fl e s s t h a n 100nm i n w i d t h [ 7 ] . I n a d d i t i o n t o i t s s m a l l d i m e n s i o n( e . g . 2 4 0 n m * 8 0 n m ) , i t f e a t u r e s h i g h s p e e d , l o w p r o g r a m m i n gc u r r e n t a n d t h e r e f o r e l o w p o w e r d i s s i p a t i o n . S i m u l t a n e o u s l y , i tk e e p s a l l t h e g o o d p e r f o r m a n c e s o f t h e f i r s t g e n e r a t i o n o f M R A M .I n t h e s e c o n d s e c t i o n , we w i l l i n t r o d u c e t h e STT b a s e d M g Ob a r r i e r M TJ c o m p o n e n t a n d i t s p h y s i c a l m o d e l s . T h e e l e c t r i c a lm ac ro -m od el a n d s o m e D C / T r a n s i e n t s i m u l a t i o n r e s u l t s w i l l b es h o w n i n t h e t h i r d s e c t i o n . T h i s m o d e l h a s b e e n d e v e l o p e d i nV e r i l o g - A a n d i m p l e m e n t e d o n C a d e n c e V i r t u o s o p l a t f o r m w i t hS p e c t r e 5 . 0 . 3 2 s i m u l a t o r . F o r t h e h y b r i d M a g n e t i c - C M O S

s i m u l a t i o n , S T m i c r o e l e c t r o n i c s CMOS 90nm t e c h n o l o g y h a s b e e nu s e d .2 . STT ( S p i n - T r a n s f e r T o r q u e ) b a s e d MRAM2 . 1 STT b a s e d M TJ i n t r o d u c t i o nSTT b a s e d M TJ i s m a i n l y c om p os e d b y t h r e e l a y e r s ( F i g . 2 . 1 ) , 2f e r r o m a g n e t i c l a y e r s a n d o n e o x id e b a r r i e r , h e r e MgO. MTJb e h a v e s a s a r e s i s t o r w i t h t w o r e s i s t a n c e c h a r a c t e r i s t i c s ( h i g h a n dl o w ) d e p e n d i n g o f t h e d i r e c t i o n o f m ag n et i z at i on i n t h e t w of e r r o m a g n e t i c l a y e r s , i t p r e s e n t s l o w ( r e s p e c t i v e l y h i g h ) r e s i s t a n c ew h e n t h e s p i n t r a n s p o r t i s i n t h e s a m e ( r e s p . o p p o s i t e ) d i r e c t i o n i nt h e t w o f e r r o m a g n e t i c l a y e r s . T h i s r e s i s t a n c e v a r i a t i o n b e h a v i o rw a s o b s e r v e d f i r s t l y b y J u l l i e r e i n 1 9 7 5 [ 8 ] . T h e r a t i o b e t w e e n t h et w o r e s i s t a n c e v a l u e s i s n a m e d T u n n e l i n g M a g n e t o r e s i s t a n c eR a t i o (TMR) a n d d e f i n e d i n E q u . ( 2 . 1 ) . T h e TMR i s c u r r e n t l y u pt o 70 % i n a n A l X O b a r r i e r M TJ a n d 230% i n a n M g O b a r r i e r MTJ[ 2 ] .

TM R A P PR A P ( 2 . 1 )

A l OA x M g

( a ) ( b )F i g u r e . 2 . 1 ( a ) : Low r e s i s t a n c e MTJ - ( b ) H i g h r e s i s t a n c e MTJT h i s i m p r o v e m e n t o f TMR a l l o w s a s i m p l e CMOS s e n s i n g c i r c u i tt o read t h e i n f o r m a t i o n i n MTJs m o r e e a s i l y w h e n t h e l o w a n dh i g h r e s i s t a n c e r e p r e s e n t d i f f e r e n t b i t o f i n f o r m a t i o n .T h e r e a r e c u r r e n t l y t h r e e M TJ w r i t i n g a p p r o a c h e s , FIMS [ 1 ] , TA S( T h e r m a l l y a s s i s t e d s w i t c h i n g ) [ 9 J a n d S T T . T h e h i g h s w i t c h i n gc u r r e n t ( > m A ) r e q u i r e m e n t o f t h e f i r s t w r i t i n g a p p r o a c h l i m i t s i t sa p p l i c a t i o n s t o n o n v o l a t i l e m em o ri e s a n d f o r b i d s i t s m o r e g e n e r a lu s e i n S t a n d a r d CMOS c i r c u i t s . I n 1 9 9 6 , S l o n c z e w s k i s h o w e dt h a t a t h r e s h o l d c u r r e n t d e n s i t y e x i t s i n M TJ a n d n a m e d i t c r i t i c a lc u r r e n t d e n s i t y [ 1 0 ] . I f t h e c u r r e n t d e n s i t y i n t h e M TJ i s s u p e r i o rt o t h e c r i t i c a l c ur r e n t d e n s i t y , t h e M TJ r e s i s t a n c e s t a t e c h a n g e s( F i g . 2 . 2 ) . T h e p o s i t i v e o r n e g a t i v e d i r e c t i o n o f c u r r e n t d e t e r m i n e st h e M T J ' s s t a t e c h a n g i n g f r o m p a r a l l e l ( P ) t o a n t i - p a r a l l e l ( A P ) o rAP t o P . T h i s c r i t i c a l c u r r e n t d e n s i t y h a s b ee n f o u n d a s l o w a s

0 - 7 8 0 3 - 9 7 4 2 - 8 / 0 6 / $ 2 0 . 0 0 2 0 0 6 I E E E . 4 0


2/4

8 * 1 0 5 A / c m 2 [ 6 ] . A s t h e d i m e n s i o n o f M TJ i s v e r y s m a l l , t h ec r i t i c a l c u r r e n t i s a b o u t 1 2 0 u A a n d i t c a n b e e a s i l y g e n e r a t e d b ys o m e s m a l l s u r f a c e t r a n s i s t o r s o n s t a n d a r d C M O S t e c h n o l o g i e s .p I I c

( 2 . 6 )R ( V ) = 2 R ( O )1 + ( - 2 _)xV24xh x ( oAP

P AP

2 . 3 S p i n - T r a n s f e r T o r q u e s w i t c h i n g M o d e lT h e S p i n - T r a n s f e r T o r q u e p h y s i c a l m o d e l p r o p o s e d b yS l o n c z e w s k i [ 1 0 , 1 2 ] h a s b e e n u s e d i n o u r m a c r o - m o d e l t os i m u l a t e t h e s w i t c h i n g b e h a v i o r o f t h e M TJ ( E . 2 . 7 - 1 1 ) . T h e m o s ti m p o r t a n t c o n t r i b u t i o n o f t h i s m o d e l i s t o e x p l a i n how we c a n g e tt h e c r i t i c a l c u r r e n t .J c o =axr X e x M s x t x ( H e x t H a n i H d 1 2 ) I U B X g ( 2 . 7 )

I > I CF i g u r e . 2 . 2 T h e MTJ s t a t e c h a n g e s f r o m P a r a l l e l ( P ) t o A n t i -p a r a l l e l ( A P ) i f t h e p o s i t i v e d i r e c t i o n c u r r e n t d e n s i t y I > I c , o nt h e c o n t r a s t , i t s s t a t e w i l l r e t u r n i f t h e n e g a t i v e d i r e c t i o nc u r r en t d e ns i t y I > I c .2 . 2 M g O b a r r i e r M TJ R e s i s t a n c e M o d e lT h e M TJ C o n d u c t a n c e p h y s i c a l M o d e l h a s b e e n i n t r o d u c e d b yB r i n k m a n i n 1 9 7 0 [ 1 1 ] ( s e e E q u . 2 . 2 t o 2 . 4 ) . I t f e a t u r e s t h ev o l t a g e b i a s d e p e n d e n c e a n d i s d e e p l y i n f l u e n c e d b y t h e h e i g h t o fb a r r i e r .

- 1 / 2G ( O ) = 3 . 1 6 X 1 l o 0 X - 1 / 2 e x p ( - 1 . 0 2 5 x t o x x ( ) ( 2 . 2 )t o xG ( V ) 1 ( k I ) e V + ( 9 A F ) ( e V ) ( 2 . 3 )G ( O ) - 32 1 2 8 yA O 4 x ( 2 m ) = - x t o x ( 2 . 4 )3xhC o n s t a n t s :m : t h e e l e c t r o n m a s s 9 . 1 * e - 3 1Aq : 0 ( T h e b a r r i e r i s s y m m e t r i c )h P l a n c k ' s c o n s t a n t : 1 . 0 5 4 5 * e - 3 4q: T h e p o t e n t i a l b a r r i e r h e i g h t 0 . 4 ( f o r M g O [ 2 ] ) , 2 ( f o r A l x O )P a r a m e t e r s :t o x : h e i g h t o f b a r r i e r i n MTJs u r f a c e : s u r f a c e o f t h e MTJ ( r e c t a n g l e o r e l l i p s e )T h e s i m p l i f i e d r e s i s t a n c e e q u a t i o n s s h o w n i n E q u . ( 2 . 5 , 2 . 6 ) a r eu s e d i n t h e e l e c t r i c a l m a c r o - m o d e l t o e x p r e s s t h e r e s i s t a n c ep e r f o r m a n c e o f M T J s .R ( O ) = t o X x e x p ( 1 . 0 2 5 x t o X X y 2 ) ( 2 . 5 )2 2 3 . 7 6 x y x s u r f a c e

E M s x V x H c2g = [ - 4 + ( p - 1 / 2 + p l p 2 ) x ( 3 + c o s 0 ) / 4 'J c =Jco{1(E)l(TmXfO)}I c = J c x s u r f a c e

( 2 . 8 )

( 2 . 9 )( 2 . 1 0 )( 2 . 1 1 )

C o n s t a n t s :H e x t : t h e e x t e r n a l f i e l d : - 1 9 0 eH a n i : t h e i n - p l a n e u n i a x i a l m a g n e t i c a n i s o t r o p y f i e l d 1 0 0 OeH d : t h e o u t - o f - p l a n e m a g n e t i c a n i s o t r o p y i n d u c e d b y t h ed e m a g n e t i z a t i o n f i e l d 1 3 0 0 0 O eX m : t h e m e a s u r e m e n t t i m e I sf O : t h e a t t e m p t f r e q u e n c y 1 0 9 H zk B : B o l t z m a n n c o n s t a n t , 1 . 3 8 x 1 0 - 2 3 J / Ku B : B o h r m a g n e t o n c o n s t a n t , 9 . 2 7 x 1 0 - 2 8 J / O eM s : 1 . 3 T ( C o F e ) = 1 3 0 0 0 O eH c : c o e r c i v e f i e l du : G i l b e r t d a m p i n g c o e f f i c i e n t 0 , 0 1y : g y r o m a g n e t i c c o n s t a n t = 2 2 1 0 0 0 / 2 * p ie : An e l e m e n t a r y c h a r g e 1 . 6 0 x 1 0 - 1 9 CP a r a m e t e r s :t : h e i g h t o f t h e f r e e l a y e r ( I - 3 n m )0 : p a r a l l e l : 0 a n d a n t i - p a r a l l e l : 7 tV : v o l u m e o f t h e f r e e l a y e r ( 8 0 x 2 4 0 n m 2 x t )2 . 4 TMR e f f e c t b i a s - v o l t a g e d e p e n d e n c em o d e lTMR e f f e c t d e p e n d s o n t h e b i a s - v o l t a g e b e t w e e n t h e t w oe l e c t r o d e s [ 2 ] a n d i t i s d e f i n e d a s a f u n c t i o n o f V a n d TMR ( 0 )

T M R ( O )T M R r e a i ( 2 . 1 2 )V h 2

4 1


3/4

P a r a m e t e r s :TMR ( 0 ) : R e s i s ta n ce R a t i o b e t w e e n l o w a n d h i g h r e s i s t a n c e w i t hOV b i a s - v o l t a g e .V h : t h e b i a s v o l t a g e w h e r e T M R r e a i = 0 . 5 TMR ( 0 )

3 . E l e c t r i c a l Macro m o d e l d e v e l o p p e n t a n dS i m u l a t i o n s3 . 1 Macro S i m u l a t i o n M o d e lB as e d o n t h e a b o v e t h r e e p h y s i c a l m o d e l s a n d b y u s i n g V e r i l o g - Aa n a l o g d i g i t a l m i x e d l a n g u a g e [ 1 3 ] , we d e v e l o p e d t h e s i m u l a t i o nm a c r o - m o d e l f o r t h e S p e c t r e s i m u l a t o r ( F i g . 3 . 1 ) . I n o r d e r t or e d u c e t h e s i m u l a t i o n t i m e , a n d a s t h e s w i t c h i n g s p e e d o f STTs w i t c h i n g a p p r o a c h i s h i g h ( l e s s t h a n I n s [ 1 4 ] ) , t h e M TJ b e h a v i o rh a s b e e n c o n s i d e r e d s t a t i c i n t h e m o d e l . T h e d y n a m i c m o d e lb e h a v i o r w h i c h c o u l d b e u s e d f o r t h e d e s i g n o f RF c i r c u i t s i su n d e r d e v e l o p m e n t .

T l T I

R 2 ( V = R I ( V ) T M R ( V )

T 2( a ) ( b )

F i g u r e . 3 . 1 ( a ) S i m u l a t i o n m o d e l s y m b o l i n t h e s pe c t r es i m u l a t o r ( b ) R e s i s t a n c e e q u i v a l e n t c i r c u i t

3 . 2 DC S i m u l a t i o n s a n d T r a n s i e n tS i m u l a t i o n sDC a n d t r a n s i e n t s i m u l a t i o n s h a v e b e e n p e r f o r m e d t o v e r i f y t h eb i a s - v o l t a g e d e p e n d e n t r e s i s t a n c e , TMR e f f e c t , t h e s w i t c h i n gc ur r e n t a n d p e r f o r m a n c e f r o m p a r a l l e l c o n f i g u r a t i o n ( P ) t o a n t i -p a r a l l e l c o n f i g u r a t i o n ( A P ) a n d AP t o P ( s e e F i g . 3 . 2 t o 3 . 4 )

F i g u r e . 3 . 2 DC a n d t r a n s i e n t s i m u l a t i o n

4 . C O N C L U SI ONWe h a v e d e v e l o p e d t h e e l e c t r i c a l STT b a s e d MTJ m a c r o - m o d e l ,w h i c h a l l o w s us t o s i m u l a t e h y b r i d STT b a s e d M TJ a n d CMOSa r c h i t e c t u r e s , i n c l u d i n g c i r c u i t s s u c h as l o o k up t a b l e a n d F l i p -F l o p s [ 1 5 ] . T h e DC a n d t r a n s i e n t s i m u l a t i o n s v e r i f y t h ef u n c t i o n a l i t y a n d b e h a v i o r o f t h i s M TJ m o d e l . T h e c u r r e n t m o d e li s i n t h e s t a t i c mode w h i c h i s s u i t a b l e f o r t h e l o g i c s i m u l a t i o n ,h o w e v e r t h e STT p h e n o m e n a h a s many p o t e n t i a l a p p l i c a t i o n s [ 1 6 ]s u c h as i n t h e f i e l d o f r a d i o f r e q u e n c y ; t h e r e f o r e t h e d y n a m i c a ls w i t c h i n g b e h a v i o r w i l l b e p r e s e n t e d i n t h e f u t u r e .5 . ACKNOWLEDGMENTT h e w or k a n d r e s u l t s r e p o r t e d w e r e o b ta in ed w i th r e s e a r c hf u n d i n g f r o m t h e E u r o p e a n C o m m u n i t y u n d e r t h e s i x t hF r a m e w o r k , C o n t r a c t Number 5 1 0 9 9 3 : MAGLOG. T h e v i e w se x p r e s s e d ar e s o l e l y t h o s e o f t h e a u t h o r s , a n d t h e o t h e rC o nt ra ct or s a nd / or t h e E u r o p e a n C o m m u n i t y c a n n o t b e h e l dl i a b l e f o r a n y us e t h a t may b e m a d e o f t h e i n f o r m at i o n c o n ta i n e dh e r e i n .REFERENCES[ 1 ] S t u a r t S . P . P a r k i n , " S p i n t r o ni c s M a te r i al s a n d D e v i c e s : P a s t ,

P r e s e n t a n d f u t u r e " E l e c t r o n D e v i c e s M e et i n g , 2 0 0 4 . IEDMT e c h n i c a l D i g e s t . IEEE I n t e r n a t i o n a l V o l u m e , I s s u e , 1 3 - 1 5D e c . 2 0 0 4 pp : 9 0 3 - 9 0 6[ 2 ] S . Y u a s a e t a l , " G i a n t r o o m - t e m p e r a t u r e M a g n e t o r e s i s t a n c e i ns i g l e - c r y s t a l F e / M g O / F e m a g n e t i c t u n n e l j u n c t i o n s " N a t u r em a t e r i a l s O ct o be r p p : 8 6 8 - 8 7 1[ 3 ] A . F e r t e t a l , " M a g n e t i z a t i o n r e v e r s a l b y i n j e c t i o n a n dt r a n s f e r o f s p i n : e x p e r i m e n t s a n d t h e o r y " J o u r n a l - o f -M a g n e t i s m - a n d - M a g n e t i c - M a t e r i a l s . M a y 2 0 0 4 ; 2 7 2 - 2 7 6 p t .3 : 1 7 0 6 - 1 1

[ 4 ] W . C . J e o n g H i g h l y s c a l a bl e MRAM u s i n g f i e l d a s s i s t e dc u r r e n t i n d u c e d s w i t c h i n g S y m p o s i u m on VLSI T e c h n o l o g yD i g e s t o f T e ch n i c al P a p e r s .[ 5 ] M . H o s o m i e t a l , "A N o v e l n o n v o l a t i l e memory w i t h S p i nT o r q u e T r a n s f e r M a g n e t i z a t i o n S w i t c h i n g : S p i n - R a m " IEEEI n t e r n a t i o n a l E l e c t r o n D e v i c e s M e e t i n g T e c h n i c a l D i g e s t ,D e c . 5 , 2 0 0 5 , P a g e ( s ) : 4 5 9 - 4 6 2 .[ 6 ] J . H a y a k a w a e t a l . , " C u r r e n t - d r i v e n m a g n e t i z a t i o n s w i t c h i n gi n CoFeB/MgO/CoFeB m a g n e t i c t u n n e l j u n c t i o n s " J a p a n e s eJ o u r n a l o f A p p l i e d p h y s i c s , V o l . 4 4 , N o . 4 1 , 2 0 0 5 , pp . L 1 2 6 7 -L 1 2 7 0[ 7 ] J . A . K a t i n e , F . J . A l b e r t , R . A . B u h r m a n , E . B . M y e r s , a n dD . C . R a l p h , P h y s . R ew . L e t t er 8 4 , 3 1 4 9 ( 2 0 0 0 )[ 8 ] M . J u l l i e r e , P h y s L e t t . 5 4 A , 2 2 5 ( 1 9 7 5 )[ 9 ] 0. Redon e t a l . " T h e r m o A s s i s t e d MRAM f o r Low PowerA p p l i c a t i o n s " P r o c e e d i n g s o f t h e F i r s t I n t e r n a t i o n a lC o n f e r e n c e on Memory T e c h n o l o g y a n d D e s i g n (ICMTD-2 0 0 5 ) , G i e n s , F r a n c e , M a y 2 1 - 2 4 , 2 0 0 5 , pp . 1 1 3 - 1 1 4 .[ 1 0 ] J . C . S l o n c z e w s k i , J . M a g n . &Magn. M a t e r . 1 5 9 ( 1 9 9 6 ) L I .[ 1 1 ] W . F . B r i n k m a n e t a l , " T u n n e l i n g C o n d u c t a n c e o fA s y m m e t r i c a l B a r r i e r s " J o u r n a l o f A p p l i e d P h y s i c s A p r i l1 9 7 0 p p : 1 9 1 5 - 1 9 2 1[ 1 2 ] D . L a c o u r , J . A . K a t i n e , N . S m i t h , M . J . C a r e y , a n dJ . R . C h i l d r e s s : A p p l . P h y s . L e t t e r . 8 5 ( 2 0 0 4 ) 4 6 8 1 .[ 1 3 ] h t t p : / / w w w . d e s i g n e r s - g u i d e . o r g

4 2


4/4

[ 1 4 ] D e v o l d e r e t a l , " U l t r a - f a s t m a g n e t i z a t i o n r e v e r s a l i n m a g n e t i cn a n o - p i l l a r s b y s p i n p o l a r i z e d c u r r e n t " J ou rn a l o f m a g n e t i s ma n d m a g n e t i c m a t e r i a l s , v o l . 2 8 6 , p p : 7 7 - 8 3 2 0 0 5[ 1 5 ] W . Z h a o e t a l , " E va lu at i on o f n o n - v o l a t i l e FPGA b a s ed o nMRAM t e c h n o l o g y " I n t e r n a t i o n a l c o n f e r e n c e o n c i r c u i t

d e s i g n a n d t e c h n o l o g y 2 0 0 6 p p : 1 7 - 2 1[ 1 6 ] J . Z . S u n " S p i n a n g u l a r momentum t r a n s f e r i n c u r r e n t -p e r p e n d i c u l a r n a n o m a g n e t i c j u n c t i o n s " IBM J o u r n a lRES.&DEV. V o l . 5 0 NO . 1 J a n u a r y 2 0 0 6

S p i c e S i r n u l a t i o n M o d e l b a s e d on S pn T o r q u e T r a n s f e r W r i n g A p p r o a c hDC R e s p o n s e ( B i a s V o l t a g e b e w t e e n - 2 0 O m V a n d 2 O 0 m V )

( 8 0 m 1 3 5 0 5 3 u )

P a r a l l e lLo w r e s i s t a n c e

A n t i - P a r a l l e lh i g h r e s i s t a n c e

F i g u r e . 3 . 3 DC s i m u l a t i o n o f M TJ ( P a r a l l e l ) , t h e c r i t i c a l c u r r e n t i s a b o u t 1 3 5 . 0 5 3 u A a n d t h e p o t e n t i a l i s a b o u t 8OmVS P n c e S - a m u a s t 1 i o M b d e I b a s e d o n S p i n T o r q u e T r a n s f e r W r a f i n A p p r o s a hT l r t s i u e t R e s p o n s e (2I n t s B i a s V o i a g e i h a n g e s F r o n - 2 D O 6 m V t o 2 0 0 r m v a n d r t u r n s l t - 2 0 O m V )

om, /

( 8 7 . 0 8 S m V 1 5 3 . 2 0 6 u A )

2 >i , . 1

( 8 7 O B m r V 9 0 - 7 0 0 u A )( 1 4 4 4 1 & V - 2 2 1 . 2 Q 2 u( 1 4 4 4 T 1 & V ~ 3 7 1 1 3 4 u A )

* (g os 1 6 3 3 2 e s o n 1 4 h 2 1

F i g u r e . 3 . 4 T r a n s i e n t s i m u l a t i o n o f M T J , t h e c r i t i c a l c u r r e n t i s a b o u t 1 5 3 . 2 0 6 u A f o r p a r a l l e l a n d - 2 2 1 . 2 0 2 u A f o r a n t i - p a r a l l e l

4 3