نام و نام خانوادگی: نوید علی محمدی
عنوان پایان نامه: طراحی و بهینه سازی GSHE_STT RAM با استفاده از اتصالات سوئیچینگ نوری
رشته تحصیلی: کارشناسی ارشد مهندسی برق – مدارهای مجتمع الکترونیک
مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد ناپیوسته
استاد راهنما: دکتر زهرا اعلائی

چکیده:در زمینه های رایانش کوانتومی فناوری اسپینترونیک به دلیل استفاده همزمان از درجه اسپین و بار الکترون برای حمل و ذخیره اطلاعات، در صنعت حافظه ها بسیار مورد توجه قرار گرفته است. این فناوری برای انتقال و ذخیره ذرات اسپین از سلول تونل مغناطیسی که به اختصار MTJ نام دارد بهره می گیرد. با قرار گرفتن مجموعه ای از سلول های تونل مغناطیسی در یک مدار الکتریکی یک سلول حافظه به نام STT RAM و در حالت بهینه شده توسط سلول تونل مغناطیسی اثر هال بزرگ اسپین به نام GSHE STT RAM ساخته می شوند. حافظه اثر هال اسپین GSHE STT RAM با ویژگی دسترسی تصادفی به اطلاعات، به ‌عنوان یکی از جذاب‌ترین کاندیداها برای حافظه غیر فرار در آینده پدیدار شده است. مزیت این نوع حافظه ها عبارت  است از سرعت ‌بالا در عملیات خواندن (حافظه ایستا)، چگالی بالا (حافظه پویا) و غیر فرار بودن (حافظه فلش).  ازآنجاکه افزایش تعداد سلول های حافظه در GSHE STT RAM باعث جاری شدن جریان الکتریکی پنهانی در مسیرهای نقل و انتقال داده ها در یک سلول حافظه می گردد، در این پایان‌نامه یک سلول تونل مغناطیسی با اثر هال نوری OGSHE MTJ طراحی و ارائه ‌شده است. در مدار سلول پیشنهادی از جریان نوری استفاده شده است که توسط ماده توپولوژیک به اثر هال نوری تبدیل می شود و به جای جریان الکتریکی در جهت ذخیره و انتقال داده ها در یک سلول حافظه مورد استفاده قرار می گیرد. در این کار دو تحریک نوری در رنج ماکروویو با فرکانس (GHz) و مادون قرمز با فرکانس (THz) به کار رفته است که برای تقویت سوئیچ سلول تونل مغناطیسی از نوع PMTJ در فنّاوری nm60 و nm5 مورد استفاده قرار گرفته اند و توسط نرم‌افزار 2008_A- Hspice شبیه سازی شده است. با توجه به نتایج به دست‌ آمده میزان مصرف توان در سلول مغناطیسی اثر هال نوری پیشنهادی به‌اندازه‌ی 82 درصد میکرو وات نسبت به سلول حافظه ارائه شده در کارهای گذشته بهبود یافته است. همچنین مدت ‌زمان کل انجام عملیات نوشتن در سلول حافظه پیشنهادی به ‌اندازه 96 درصد نسبت به کارهای گذشته کاهش‌ یافته است. مدار حافظه GSHE STT RAM با دو تحریک نوری و اتصالات سوئیچینگ نوری طراحی شده است. سپس، بمنظور ذخیره دو بیت اولیه مورد تست و شبیه سازی قرار گرفته است. نتایج به ‌دست ‌آمده از سلول جدید حافظه نوری در مقایسه با مدارهای مختلف حافظه ای که با استفاده از فنّاوری CMOS و سلول تونل مغناطیسی ساده اثر هال با تحریک جریان الکتریکی و همچنین حافظه بر پایه سلول تونل مغناطیسی نوری جدید (HDS) طراحی ‌شده‌اند، دارای زمان نوشتن ps/bit 6/0و همچنین دارای انرژی نوشتن mj301 بر بیت است. استفاده از مدار و سلول مغناطیسی نوری می تواند به ‌عنوان یکی از راه‌های افزایش سرعت پردازش و کاهش مصرف توان در کاربردهای توان پایین مورد توجه تحقیقات آتی قرار گیرد.

کلیدواژه:سلول تونل مغناطیسی اثر هال نوری OGSHE MTJ ، حافظه ایستا، حافظه پویا، فنّاوری CMOS، حافظه GSHE STT RAM، ماده توپولوژیک، پالس ماکروویو، پالس مادون  قرمز.

تاریخ دفاع: زمستان 1398