辅助翻转磁隧道结模型构建方法

本技术涉及数据处理，具体而言，涉及一种辅助翻转磁隧道结模型构建方法。

背景技术：

1、磁隧道结器件(magnetic tunnel junction,mtj)是自旋转移力矩磁随机存储器(spin-transfer torque magnetic random access memory,stt-mram)存储单元的核心器件。stt-mram具有非易失性、可无限擦写和快速写入等优点而有望成为下一代低功耗通用存储器.，磁隧道结作为mram首当其冲的核心器件，在mram中充当存储介质的角色，新型mtj器件方面的研究已经成为自旋电子学领域的研究热点内容之一。

2、磁隧道结是一种多层结构，由夹在两个铁磁层之间的超薄绝缘层(也称为阻挡层)组成。其中一个铁磁层的磁取向是固定的，称为固定/参考层(rl)，而另一个铁磁层具有磁取向，可以是与rl层平行或反平行，称为自由层fl,fl的磁取向可以通过施加外部磁场或在特定方向上施加合适的电流/电压来改变。将fl的相对磁化强度从p态切换到ap态或相反的过程称为mtj写入/切换。当fl和rl的磁向平行时，器件的电阻较小，用低阻(rp)表示。而如果fl的磁向与rl的磁向相反，器件处于高阻状态，用高阻(rap)表示。

3、磁隧道结模型可以表征磁隧道结器件的电学特性和物理行为，作为自旋磁随机存储器的核心部件存储单元，要完成mram电路的仿真验证必须要有磁隧道结的模型，而模型的准确性影响了电路设计的准确性，因此精确的磁隧道结模型是mram电路设计与仿真中必不可少的；并且，精确的磁隧道结模型不但能够用于研究磁隧道结的工作特性，也可以用于仿真其静态、瞬态特性乃至整个电路的工作状态。因此，对于电路设计者而言，如果能在设计电路之前用磁隧道结模型先行仿真分析，会使设计者节约大量的产品开发的成本和时间；对于生产厂家而言，一个精确的磁隧道结模型可以用于了解磁隧道结内部的工作机理并用于改进器件结构，从而达到降本增效的目的。

4、磁隧道结的模型主要有两种类型，分别是静态模型和动态模型。静态模型是一个趋于理想化的模型，建模简单，仿真速度也较快。但是静态模型考虑的物理效应较少，无法完全模拟stt-mram实际工作情况。比如磁隧道结磁化方向翻转的临界电流值，在静态模型的描述中，通过磁隧道结的电流大于状态翻转的临界电流值，磁隧道结状态就会立刻翻转，但是在实际情况下，磁隧道结状态受热扰动等因素的影响，写电流小于翻转的临界电流时也有可能会发生翻转，这部分涉及磁隧道结动态模型的研究。此外，现有模型大多基于普通的磁隧道结器件，而对于具有辅助翻转的磁隧道结器件无法做到准确显示其器件特性，mtj相关电路和系统仿真需要对应于辅助翻转的磁隧道结器件进行模拟的辅助翻转磁隧道结模型。

技术实现思路

1、本技术的实施例提供了一种辅助翻转磁隧道结模型构建方法，目的在于解决相关技术中存在的对于辅助翻转磁隧道结器件缺乏精确的建模的问题。

2、本技术的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本技术的实践而习得。

3、根据本技术实施例的一个方面，提供了一种辅助翻转磁隧道结模型构建方法，所述辅助翻转磁隧道结模型构建方法，包括：基于测试数据集构建磁隧道结器件模型；提供辅助模块模型，并根据所述辅助模块模型中每个初始参数的取值范围确定初始拟合参数；将所述初始拟合参数赋值给所述辅助模块模型得到辅助参数集，并将赋值后的所述辅助模块模型以传输辅助参数集的形式接入到所述磁隧道结器件模型中，得到辅助翻转磁隧道结初始模型；基于所述辅助翻转磁隧道结初始模型进行仿真，确定仿真误差；基于所述仿真误差确定所述辅助模块模型的目标拟合参数，并将所述目标拟合参数赋值给所述辅助翻转磁隧道结初始模型中包含的所述辅助模块模型，得到所述辅助翻转磁隧道结模型。

4、在一些示例中，所述测试数据集中的参数包括：结构参数、电学参数、磁学参数以及过程参数中的至少一种；所述基于测试数据集构建磁隧道结器件模型，包括：通过磁隧道结器件初始模型表征的电学特性及翻转行为，将所述测试数据集分别在所述磁隧道结器件初始模型的电阻模型、温度模型以及翻转概率模型中的参数替换为所述测试数据集的参数，得到所述磁隧道结器件模型。

5、在一些示例中，采用同一种的电路分析工具或硬件描述语言描述所述磁隧道结器件模型和辅助模块模型和辅助翻转磁隧道结模型。

6、在一些示例中，根据所述辅助模块模型中每个初始参数的取值范围确定初始拟合参数，包括：获取所述辅助模块模型中每个初始参数的取值范围；从每个初始参数的取值范围中随机选择具体值作为所述初始拟合参数。

7、在一些示例中，基于所述辅助翻转磁隧道结初始模型进行仿真，通过数值方法确定仿真误差，包括：基于所述辅助翻转磁隧道结初始模型进行仿真，得到仿真数据；将所述仿真数据与实际数据进行比较，得到拟合点；根据数值方法对所述拟合点进行拟合得到拟合函数；根据所述拟合函数计算所述仿真误差。

8、在一些示例中，基于所述仿真误差确定所述辅助模块模型的目标拟合参数，包括：将所述仿真误差与置信度阈值进行比较；若所述仿真误差低于所述置信度阈值，将所述初始拟合参数作为所述目标拟合参数。

9、在一些示例中，若所述仿真误差高于所述置信度阈值，重新根据所述辅助模块模型中每个初始参数的取值范围通过数值方法确定所述初始拟合参数；并根据重新确定的所述初始拟合参数重新确定所述仿真误差。

10、在一些示例中，得到所述辅助翻转磁隧道结模型之后，所述方法还包括：基于所述辅助翻转磁隧道结模型进行建模测试。

11、在本技术的实施例所提供的技术方案中，辅助翻转磁隧道结模型构建方法，包括：基于测试数据集构建磁隧道结器件模型；提供辅助模块模型，并根据所述辅助模块模型中每个初始参数的取值范围确定初始拟合参数；将所述初始拟合参数赋值给所述辅助模块模型得到辅助参数集，并将赋值后的所述辅助模块模型以传输辅助参数集的形式接入到所述磁隧道结器件模型中，得到辅助翻转磁隧道结初始模型；基于所述辅助翻转磁隧道结初始模型进行仿真，通过数值方法确定仿真误差；基于所述仿真误差确定所述辅助模块模型的目标拟合参数，并将所述目标拟合参数赋值给所述辅助翻转磁隧道结初始模型中包含的所述辅助模块模型，得到所述辅助翻转磁隧道结模型，根据辅助翻转磁隧道结模型对所述磁隧道结器件受到所述辅助物理场施加的辅助翻转物理作用导致所述磁隧道结器件翻转过程加快的特性进行模拟，通过辅助翻转磁隧道结器件模型的仿真结果与测试数据集之间的误差进行参数校准得到用于辅助翻转磁隧道结器件模型的目标参数，有效降低了模型参数不准确带来的建模偏差，降低了对辅助翻转物理过程进行仿真的复杂度，提高了辅助翻转磁隧道结模型的可靠性、收敛性和准确性。对磁隧道结器件的开发和混合mtj/cmos电路仿真具有应用价值，通过部分参数近似处理以及通过仿真误差进行参数校准，辅助翻转磁隧道结器件的建模精确度得到了极大提高，从而根据本技术的方法，解决了辅助翻转磁隧道结器件缺乏用于瞬时特性仿真的精确模型的问题，实现了对辅助翻转磁隧道结进行精确建模和快速电路时域仿真的目的。

12、应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本技术。