基于电压调控自旋轨道矩效应的新一代自旋电子电路研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61901017
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    21.5万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0118.电路与系统
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Recently, spintronics-based integrated circuits (SIC) have received extensive attention from the academia and industry, which is considered as one of the key technologies to break through the power consumption bottleneck of the traditional integrated circuits. So far, the research focus of the SIC is to employ the spin transfer torque based magnetic tunnel junction (STT-MTJ) for non-volatile memory and logic circuits design. However, according to our previous research investigation, the SIC with the STT-MTJ suffer from the severe speed and power consumption bottleneck. Fortunately, the voltage gated spin-orbit torque (VGSOT) effect that is discovered by the latest experiments have great potential to solve these issues. In this project, we will study the next-generation SIC with the VGSOT-MTJ from the three aspects of device physics, device modeling and circuit design, aiming to achieve ultra-high speed, ultra-low power consumption and ultra-high integration. Firstly, we will study the physical mechanism and behavior characteristics of the VGSOT-MTJ and then build its physical model. Secondly, we will develop an SPICE model of the VGSOT-MTJ for the following SIC design. Finally, we will explore the design, analysis and applications of the next-generation SIC with the VGSOT-MTJ. The research results of this project have important scientific significance and industrial application value for the development of integrated circuits in China.
近年来,自旋电子电路受到了学术界和工业界的广泛重视,被认为是可以突破当前传统集成电路功耗瓶颈的关键技术之一。目前,自旋电子电路研究主要是利用自旋转移矩磁隧道结(STT-MTJ)进行非易失存储与逻辑电路设计。但前期研究发现基于STT-MTJ的自旋电子电路面临着严重的速度和功耗瓶颈,而最新研究发现的电压调控自旋轨道矩(VGSOT)效应有望解决这些问题。因此,本项目将以VGSOT-MTJ为基元,从器件物理、器件建模、电路设计三个层面开展跨层联合研究,旨在实现新一代超快、超低功耗、超高集成度自旋电子电路。首先,研究VGSOT-MTJ的物理机制与行为特性,并进行理论建模;其次,构建一个准确且高效的VGSOT-MTJ SPICE模型,为后续电路设计提供基础;最后,开展基于VGSOT-MTJ的新一代自旋电子电路设计、分析与应用研究。本项目的研究成果将对我国集成电路发展具有重要的科学意义和产业应用价值。

结项摘要

近年来,自旋电子电路受到了学术界和工业界的广泛重视,被认为是可以突破当前传统集成电路功耗瓶颈的关键技术之一。本项目以新一代电压调控自旋轨道矩磁隧道结(VGSOT-MTJ)为基元,从器件物理、器件建模、电路设计三个层面开展跨层联合研究,取得的主要研究成果如下:. 1、阐明了电压调控自旋轨道矩效应驱动磁隧道结实现无外场辅助确定性磁化状态翻转的物理机制及行为特性;. 2、构建了一个准确且高效的VGSOT-MTJ SPICE模型,并将其开源发布在北航集成电路学院创建的SpinLib网站(http://spinlib.com),目前已被下载1000余次,为项目后续自旋存储与逻辑电路设计奠定了基础;. 3、设计了7类超快、超低功耗、超高集成度及高可靠自旋存储与逻辑电路原型,分别为自旋非易失性静态存储器单元电路、自旋非易失性触发器单元电路、自旋非易失性内容可寻址存储器单元电路、自旋强物理不可克隆函数电路、自旋真随机数发生器电路、高可靠抗单粒子翻转磁存储器读电路以及自旋神经形态电路。. 本项目研究成果对推导我国集成电路发展具有重要的科学意义和产业应用价值。

项目成果

期刊论文数量(5)
专著数量(1)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(2)
专利数量(6)
Time-Division Multiplexing Ising Computer Using Single Stochastic Magnetic Tunneling Junction
使用单随机磁隧道结的时分复用 Ising 计算机
  • DOI:
    10.1109/ted.2022.3184651
  • 发表时间:
    2022-08
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Yu Liu;Tianqi Gao;Bolin Zhang;Yijiao Wang;Deming Zhang;Lang Zeng
  • 通讯作者:
    Lang Zeng
Magnetic Nonvolatile SRAM Based on Voltage-Gated Spin-Orbit-Torque Magnetic Tunnel Junctions
基于电压门控自旋轨道扭矩磁隧道结的磁性非易失性 SRAM
  • DOI:
    10.1109/ted.2020.2982683
  • 发表时间:
    2020-05
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Electron Devices
  • 影响因子:
    3.1
  • 作者:
    Chengzhi Wang;Deming Zhang;Kaili Zhang;Lang Zeng;You Wang;Zhengyi Hou;Youguang Zhang;Weisheng Zhao
  • 通讯作者:
    Weisheng Zhao
Design of Ultra-Compact Content Addressable Memory Exploiting 1T-1MTJ Cell
利用 1T-1MTJ 单元的超紧凑内容可寻址存储器设计
  • DOI:
    10.1109/tcad.2022.3204515
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Cheng Zhuo;Zeyu Yang;Kai Ni;Mohsen Imani;Yuxuan Luo;Shaodi Wang;Deming Zhang;Xunzhao Yin
  • 通讯作者:
    Xunzhao Yin
A Machine Learning Attack-Resilient Strong PUF Leveraging the Process Variation of MRAM
利用 MRAM 工艺变化的机器学习攻击弹性强 PUF
  • DOI:
    10.1109/tcsii.2022.3144497
  • 发表时间:
    2022-06
  • 期刊:
    IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Rashid Ali;Deming Zhang;Hao Cai;Weisheng Zhao;You Wang
  • 通讯作者:
    You Wang
Compact Modeling and Analysis of Voltage-Gated Spin-Orbit Torque Magnetic Tunnel Junction
电压门控自旋轨道扭矩磁隧道结的紧凑建模与分析
  • DOI:
    10.1109/access.2020.2980073
  • 发表时间:
    2020-03
  • 期刊:
    IEEE Access
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Kaili Zhang;Deming Zhang;Chengzhi Wang;Lang Zeng;You Wang;Weisheng Zhao
  • 通讯作者:
    Weisheng Zhao

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其他文献

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  • 期刊:
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  • 作者:
    张德明;孙彧;孙敦陆;殷绍唐
  • 通讯作者:
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
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    张金川
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  • 发表时间:
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  • 期刊:
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  • 作者:
    张德明;曹秀英;郭荣
  • 通讯作者:
    郭荣
黔西罐子窑铅锌矿床Pb同位素研究及地质意义
  • DOI:
    10.16539/j.ddgzyckx.2017.02.007
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基于CSP和SFFS-SFBS的两级双向脑电导联特征选取方法
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  • 发表时间:
    2019
  • 期刊:
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    --
  • 作者:
    张德明;殷国栋;金贤建;庄伟超
  • 通讯作者:
    庄伟超

其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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