用于存内计算的畴壁-磁隧道结自旋轨道转矩器件与电路
介观与纳米尺度物理
2021-03-31 v1
摘要
传统计算存在紧迫问题，尤其在完成数据密集型和实时任务方面，这促使了存内计算器件的发展，以同时存储信息并执行计算。磁隧道结（MTJ）存储元件可通过操控畴壁（DW，即磁畴间的过渡区）用于计算。但这些器件面临挑战：自旋转移转矩（STT）切换 DW 需要高电流，且在 DW 轨道顶部制作 MTJ 柱所需的多次刻蚀步骤导致隧穿磁阻（TMR）降低。这些问题限制了器件与电路的实验研究。在此，我们研究三端畴壁-磁隧道结（DW-MTJ）存内计算器件原型，其可通过垂直磁各向异性（PMA）、自旋轨道转矩（SOT）切换以及优化光刻工艺来解决数据处理瓶颈并克服这些挑战，实现平均器件隧穿磁阻 TMR = 164%、电阻-面积积 RA = 31 {\Omega}-{\mu}m^2（接近未图形化薄膜的 RA），且相较使用自旋转移转矩具有更低的切换电流密度。一个双器件电路展示了器件间的比特传播。器件初始化切换电压的变化通过控制 DW 初始位置被抑制至 7%，我们表明这对应于 DW-MTJ 全加器仿真中 96% 的准确率。这些结果在推进 MTJ 与 DW 用于存内及神经形态计算应用方面取得了进展。
引用
@article{arxiv.2010.13879,
title = {Domain Wall-Magnetic Tunnel Junction Spin Orbit Torque Devices and Circuits for In-Memory Computing},
author = {Mahshid Alamdar and Thomas Leonard and Can Cui and Bishweshwor P. Rimal and Lin Xue and Otitoaleke G. Akinola and T. Patrick Xiao and Joseph S. Friedman and Christopher H. Bennett and Matthew J. Marinella and Jean Anne C. Incorvia},
journal= {arXiv preprint arXiv:2010.13879},
year = {2021}
}
备注
15 pages, 4 figures, 1 table. Mahshid Alamdar and Thomas Leonard are co-first authors