Спиновые вентили в микроэлектронике. Обзор

Базовым элементом микромагнитных устройств являются слоистые спин-вентильные структуры. Малые размеры, совместимость с КМОП-технологией, хорошая масштабируемость и разнообразные режимы работы делают спин-вентильные структуры универсальным компонентом современной микроэлектроники. Цель настоящей работы - анализ, систематизация и обобщение сведений по теоретическим основам функционирования, экспериментальным данным и применению спиновых вентилей. В работе рассмотрены накопители на жестких магнитных дисках, магниторезистивная память с произвольным доступом, спин-трансферные наноосцилляторы, магнитные биосенсоры, а также различные вычислительные системы, работающие по принципам стохастической и детерминированной логики. Использованы ключевые теоретические работы, посвященные гигантскому магнетосопротивлению и спиновому переносу. Систематизированы данные о различных типах считывающих головок жестких дисков, проведено сравнение их архитектуры и параметров. Показано, как современные научные исследования наномагнитных явлений ускоряют темпы роста плотности записи. Проведен анализ современных исследований, посвященных магниторезистивной памяти с произвольным доступом. Обсуждены проблемы энергоэффективности и увеличения степени интеграции для данных устройств. Рассмотрены последние достижения в области материалов, геометрии и свойств спин-трансферных наноосцилляторов, а также проблемы и перспективы развития данной технологии. Проведен анализ теоретических и экспериментальных работ, в которых спин-вентильные структуры задействованы для выполнения логических операций булевой и небулевой логик. Показано, как вероятностный характер неустойчивого переключения спиновых вентилей используется в работе нетрадиционных вычислительных систем, а именно нейроморфных или байесовских сетей. Рассмотрены принципы работы спиновых вентилей в качестве магнитных биосенсоров и обсуждены преимущества их применения.
Юлия Александровна Юсипова
Институт проблем проектирования в микроэлектронике Российской академии наук, г. Москва, Россия
Александр Иванович Попов
Национальный исследовательский университет «МИЭТ», г. Москва, Россия
Поделиться