Kintech Lab - Intagrated Tools for Inventive Solutions

Сведения о ходе выполнения проекта в рамках соглашения о предоставлении субсидии от «30» июня 2014 г. № 14.576.21.0023 с Минобрнауки России

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от «30» июня 2014 г. № 14.576.21.0023 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на тему «Предсказательное моделирование спинтронных наноустройств, основанных на магнитных туннельных переходах» в отчетные периоды были проведены соответствующие работы и получены следующие результаты:

 

За отчетный период 30.06-31.12.2014 (Этап №1) выполнен аналитический обзор современной литературы, затрагивающей научно-техническую проблему, исследуемую в рамках ПНИ за период 2009 – 2013 гг. Выполнены патентные исследования (по ГОСТ Р 15.011-96), которые показали отсутствие охраняемых интеллектуальных прав на соответствующие методы и алгоритмы; коммерческих программ с возможностью мультифизического и многомасштабного моделирования спинтронных приборов. Сформулированы направления решения задач и сравнительная оценка с прогнозными исследованиями. Выполнены теоретические исследования, расчеты зависимости магнитных свойств ферромагнетика (ФМ, соединений на основе сплава Co-Fe) и антиферромагнетика (АФ, соединения на основе сплавов Mn) от состава и кристаллической структуры. Коэффициенты магнитострикции сплава Co-Fe находятся в хорошем согласии с экспериментальными данными. Разработана эскизная конструкторская документация на макеты прототипов приборов на основе магнитных туннельных переходов (МТП). Изготовлены 5 макетов МТП для измерения и верификации разрабатываемых программ. Разработана методика испытаний в части измерения кривых магнетосопротивления; проведены испытания и анализ результатов.

 

За отчетный период 01.01-30.06.2015 (Этап №2) разработана модель МТП, позволяющая одновременно описывать распределение температуры, тока, механических напряжений, намагниченности. Разработана методика испытаний и проведены измерения механических напряжений в слоях. Показано, что для измеренных значений не должна нарушаться работоспособность спинтронного прибора. Результаты находятся в качественном согласии с литературными данными. Разработана модель функционирования МТП, из многослойных (таких как CoFe/MgO/CoFe/Ru/CoFe/IrMn) наноразмерных структур, расчета зависимости рабочих характеристик (кривые намагничивания, токи переключения) от геометрических параметров и материалов слоев ячейки, в составе: Микромагнитная модель намагниченности (по Ландау-Лифшицу-Гильберту) и обобщения для АФ-систем, с описанием температурной зависимости (по Блоху), влияния спин-поляризованного тока (по Слончевскому), обменных полей на интерфейсе ФМ/АФ (с учетом неоднородности); Модель распределения температуры, тока и механических напряжений во всем приборе, включая подводящие шины, с учетом температурной зависимости электро- и теплопроводности материалов; Способ сопряжения решений, отображения сеток и синхронизации данных. Разработана методика в части измерения механических напряжений и проведены испытания; обработаны и проанализированы результаты. Проведено сопоставление с литературными данными.

 

За отчетный период 01.07-31.12.2015 (Этап №3) по специфицированной модели разработаны программные компоненты, для численного моделирования магнитной динамики (ПКМД) и термомеханики (ПКТМ), с набором модулей для разных масштабов времени и размеров системы. Разработана методика испытаний в части измерения магнитной анизотропии и проведены испытания. Проведены обработка и анализ результатов испытаний: измеренные показатели магнитной анизотропии в диапазоне 2,2-2,6*10^3 эрг/см3 для всех образцов, что ниже предельного (не более 5*10^4 эрг/см3) для работоспособности значения. Сделано сопоставление результатов испытаний макетов прототипов приборов c литературными данными и показано, что измеренные значения не превышают предельных значений в литературе, лежащих в диапазоне 1-13*10^4 эрг/см3.

 

За отчетный период 01.01-30.06.2016 (Этап №4) разработана программа и методики исследовательских испытаний ПКМД и ПКТМ; проведены испытания программных компонентов; проведено моделирование зависимости рабочих характеристик спинтронных устройств от геометрических параметров устройств и свойств материалов ферромагнитного и антиферромагнитного слоев, показана возможность дальнейшего уменьшения размеров прибора. Разработана методика испытаний макетов прототипов приборов в части измерения токов переключения; Проведены испытания макетов (плотность токов переключения в диапазоне 0,38-0,42*10^7 А/см2, что удовлетворяет ТЗ - не более 10^7 А/см2); Проведены обработка и анализ результатов испытаний макетов для определения величины максимального разогрева в приборе; Сделано сопоставление результатов испытаний макетов с литературными данными по плотностям токов и удельной мощности для переключения. Проведен анализ надежности прибора на основе использования статистических методов распространения ошибок для оценки влияния погрешности изготовления спинтронных приборов на погрешность их рабочих характеристик и показано сильное влияние разброса величин магнетосопротивления на ток переключения.

 

За отчетный период 01.01-30.06.2016 (Этап №5) проведен анализ экспериментальных данных и сравнение с результатами моделирования.

Представлены обобщенные результаты исследований, показано их соответствие требованиям ТЗ, сделана оценка результативности исследований и показана эффективность в сравнении с современным научно-техническим уровнем. Разработан проект ТЗ на проведение ОКР по теме: Разработка спинтронных устройств на основе магнитных туннельных контактов» (14.576.21.0023-ТЗ-Э5). Разработана методика и проведены испытания макетов АМП-14 по измерению температур блокировки антиферромагнетика; температура блокировки в макетах спинтронных приборов составила 420К. Обработаны и проанализированы результаты испытаний; сделано сопоставление и показано согласование с литературными данными (350-550К). Разработаны рекомендации и показана возможность по масштабированию на технологии 65 нм и 45 нм. Проведено маркетинговое исследование и определены положительные перспективы коммерциализации РИД в течении 5 лет.

 

Сопоставление с результатами аналогичных работ, определяющими мировой уровень, подтвердило научную новизну выполняемых по проекту работ.

Разработанные модели и программные компоненты мультифизического и многомасштабного моделирования спинтронных приборов с одновременным учетом магнитных, тепловых, электрических и механических процессов являются новым подходом в научном плане и не имеют аналогов в литературе.

Поставленные в проекте цели были достигнуты, разработанные программные компоненты обладают большим потенциалом для создания инструментов для приборно-технологического моделирования (TCAD) спинтронных приборов, коммерциализации данных инструментов и сервисов на их основе.

 

В рамках проекта были опубликованы 8 научных статей в изданиях, индексируемых в Scopus и WoS; защищена 1 диссертация на соискание звания кандидата физико-математических наук; зарегистрировано 3 программы для ЭВМ.

 

Состав выполненных работ удовлетворяет условиям Соглашения о предоставлении субсидии, работы проведены в соответствии с требованиями Технического задания, Плана-графика исполнения обязательств и требованиями по достижению значений показателей результативности, отчетная документация оформлена в надлежащем порядке.