T-CESA《磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法》

ICS31.200

CCSL56

团体标准

T/CESAXXXX—202X

磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法

Testmethodsofelectricalpropertiesforin-memory-computingdevicesbasedon

magnetoelectricspin–orbitlogic

征求意见稿

在提交反馈意见时，请将您知道的相关专利连同支持性文件一并附上。

已授权的专利证明材料为专利证书复印件或扉页，已公开但尚未授权的专利申

请证明材料为专利公开通知书复印件或扉页，未公开的专利申请的证明材料为专利

申请号和申请日期。

2024-XX-XX发布2024-XX-XX实施

中国电子工业标准化技术协会发布

T/CESAXXXX—202X

目次

前言..............................................................................III

1范围................................................................................1

2规范性引用文件......................................................................1

3术语和定义..........................................................................1

4缩略语..............................................................................2

5测试方法............................................................................3

5.1基本要求........................................................................3

5.2测试指标........................................................................3

附录A（规范性附录）..................................................................7

参考文献.............................................................................14

II

T/CESAXXXX—202X

磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法

1范围

本文件描述了磁旋逻辑存算一体器件的电性能参数的测试方法。

本文件适用于磁旋逻辑存算一体器件的磁电耦合系数、自旋霍尔角、转换输出电压等电性能参数的

测试。

2规范性引用文件

本文件没有规范性引用文件。

3术语和定义

下列术语和定义适用于本文件。

3.1

磁旋逻辑存算一体器件magnetoelectricspin–orbit

以自旋作为信息载体，利用磁电耦合机制完成电荷-自旋转化，利用逆自旋霍尔效应完成自旋-电荷

转化，从而实现全电学调控下的自旋电子器件。

3.2

多铁/铁磁异质结multiferroic/ferromagneticheterostructure

多铁材料与铁磁性材料通过垂直堆叠形成的多层膜结构。

3.3

磁电耦合系数magnetoelectriccouplingcoefficient

表征多铁材料磁电耦合效应强弱的参数。

3.4

参考层referencelayer

自旋阀中的一个磁层，它的磁化方向沿着易磁化轴方向保持不变。

3.5

自由层freelayer

自旋阀中的另一个磁层，其磁化有两个稳定的取向，分别与参考层的磁化方向平行或反平行。

3.6

铁电翻转阈值电压ferroelectricswitchingthresholdvoltage

实现多铁材料的电极化强度翻转的驱动电压。

3.7

电极化强度electricpolarization

电介质极化程度和极化方向的物理量，为单位体积内分子电偶极矩的矢量和。

3.8

电滞回线ferroelectrichysteresiscurve

铁电体的极化强度随外电场的变化有滞后现象，表现为铁电滞回曲线。

3.9

1

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自旋轨道耦合spin-orbitcoupling

在经典模型中，电子绕原子核转动产生的轨道磁矩与电子自身具有的电子自旋磁矩之间的相互作

用。

3.10

自旋霍尔角spinhallangle

自旋流与电荷流的比值，用于反映电荷流与自旋流之间的转化效率。自旋轨道作用越强，自旋霍尔

角越大。

3.11

面内各向异性in-planeanisotropy

某个平面或者界面内物质的磁性随方向而变的现象。

3.12

反常霍尔电阻anomaloushallresistance

由于破坏时间反演对称性，在垂直于电流方向的导体两端产生电压，所产生的横向电压与施加的电

流之比被称为反常霍尔电阻。

3.13

各向异性有效场anisotropiceffectivefield

一种等效场，当磁化强度偏离易磁化轴方向时受到沿易磁化轴方向的一个磁场作用，使其恢复到易

磁化轴方向。

3.14

转换输出电压conversionoutputvoltage

自旋极化的电流注入到强自旋轨道耦合材料内部会发生偏转，在强自旋轨道耦合材料的两侧积累

不同数目的电子而产生电势差。

3.15

自旋极化电流spin-polarizationcurrent

磁化的磁性材料中通电流时，电子发生自旋极化，自旋向上和自旋向下的电子数量不同而形成的自

旋极化电流。

3.16

逆自旋霍尔效应inversespinHalleffect

在自旋轨道耦合的作用下，描述在非磁性导体内自旋电流转换为电荷流的现象。

3.16

脉冲电压驱动磁矩翻转时延timeofvoltage-pulseinducedmagnetizationswitching

在电压驱动下磁矩实现180°翻转所需时间。

3.17

单比特操作能耗operationconsumptionperBit

磁旋逻辑存算一体器件由磁电写入单元和逆自旋霍尔读取单元组成，单比特操作能耗是写入单元

和读取单元功耗之和。

3.18

磁矩进动magnetizationprocession

磁性材料的磁矩在外部扰动下绕着平衡位置沿着某一方向旋转，在系统阻尼作用下趋于平衡位置

的运动过程。

4缩略语

2

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下列缩略语适用于本标准。

AHE—反常霍尔效应（anomaloushalleffect）

FM—铁磁（ferromagnet）

LIA—锁相放大器（lock-inamplifier）

ISHE—逆自旋霍尔效应（inversespinhalleffect）

ISOC—逆自旋轨道耦合（inversespinorbitcoupling）

MESO—磁旋逻辑存算一体器件（magnetoelectricspin–orbit）

NM—非磁（nonmagnet）

SOC—自旋轨道耦合（spinorbitcoupling）

5测试方法

5.1基本要求

除另有规定外，每种测试的电源电压或电流应在规定值±1%以内。

除另有规定外，被测器件的环境温度应在规定值±5℃以内。

5.2测试指标

5.2.1多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试方法

（1）测试目的

测量磁旋逻辑存算一体器件写入单元中多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数。

（2）测试原理

应符合A.1中的多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试原理。

（3）测试过程

a)利用电压在顶电极和底电极之间施加电压；

b)利用电流源在电极1与2之间通入电流，同时𝑉𝑉FE利用电压表测量电极3与4之间的电压，得

到自旋阀的电阻值=/；𝐼𝐼𝑉𝑉

c)在±10V的电压范围内，以𝑅𝑅𝑉𝑉𝐼𝐼0.5V为步长改变电压的值（电压范围和步长可根据实验情况

改变），重复步骤（b）可测得相应电压下自旋阀的电阻值𝑉𝑉FER，获取曲线；

d)沿着自旋阀的长轴方向施加磁场（~1000𝑉𝑉FEOe），令自旋阀的自由层和参考层的磁矩保持相同方𝑅𝑅−𝑉𝑉

向，重复步骤（b）测得自旋阀平行时的电阻；

e)根据公式=+，可以得到自旋阀反平时的电阻。其中，𝑅𝑅𝑃𝑃、分是别

曲线的低电组态和高电阻态，如图𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴𝑅𝑅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑅𝑅ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖ℎ−𝑅𝑅𝑃𝑃A.1（b）中红色虚线所示；𝑅𝑅𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑅𝑅ℎ𝑖𝑖𝑖𝑖ℎ

f)求𝑅𝑅−(𝑉𝑉)的导数并代入等式（A.4）得到磁电耦合系数。

𝑅𝑅𝑉𝑉

3

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（4）测试设备

脉冲电压源，电流源，电压表。

5.2.2磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值电压测试方法

（1）测试目的

测量磁旋逻辑存算一体器件写入单元的铁电翻转阈值电压。

（2）测试原理

应符合A.2要求

（3）测试过程

a)在器件的顶电极和底电极分别接铁电分析仪的两个通道，通过这两个通道扫描电压并同时测

量多铁材料的电极化强度，得到铁电滞回曲线；

b)取电滞回线上电极化强度为零时的电压，该电压即为铁电翻转阈值电压。

（4）测试设备

铁电分析仪。

5.2.3自旋-轨道耦合材料自旋霍尔角测试方法

（1）测试目的

测试磁旋逻辑存算一体器件中强自旋轨道耦合材料的自旋霍尔角。

（2）测试原理

应符合A.3要求

（4）测试过程

a)利用电流源，在被测器件长轴（x方向）加直流电流Ix；在z轴方向施加变化的磁场Hz，利用

电压表测量被测器件短轴（y方向）电压VAHE，做=VAHE/Ix随外磁场Hz的变化曲线，

𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴

最大值与最小值之差的一半为的值，最小值的𝑅𝑅95%处对应的横坐标值为,的值𝑅𝑅；

𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝑘𝑘𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

b)在被测器件长轴（x方向）使用∆电流源加频率为𝑅𝑅𝑅𝑅ω的交流电流IAC，通过分流公式可得𝐻𝐻NM（强

自旋轨道耦合材料）的电流密度0。沿面内x轴方向施加变化的磁场Hext，利用锁相放大器测

量短轴（y方向）频率为2ω的电压𝐽𝐽V2()；

𝜔𝜔𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

根据公式（），对第二步中随𝐻𝐻变化曲线做线性拟合，斜率即为·；

c)A.6R2(||)0

01,

𝜔𝜔𝜇𝜇𝐻𝐻𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒−𝐻𝐻𝑘𝑘𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒∆𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝜇𝜇𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷

d)由步骤（a）中得到的值，得到电流密度J0对应的0值；

4∆𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝜇𝜇𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷

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e)重复步骤（a）到步骤（d），得到不同电流密度下的0；

𝜇𝜇𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷

f)做0随J0的变化曲线，作线性拟合（拟合时设置截距为0），斜率即为，代入相关常

𝜃𝜃𝑆𝑆𝑆𝑆ℏ

𝜇𝜇𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷2𝑒𝑒𝑡𝑡𝐹𝐹𝑀𝑀𝑀𝑀𝑠𝑠

数，即可得到自旋霍尔角。

𝑆𝑆𝑆𝑆

（3）测试设备𝜃𝜃

磁场发生器，电流源，锁相放大器。

5.2.4转换输出电压测试方法

（1）测试目的

测试磁旋逻辑存算一体器件转换输出电压。

（2）测试原理

应符合A.3要求

（3）测试过程

a)利用电流源，在电极12之间加电流I12，同时在电极34之间测量电压V34；

b)沿着电极12方向施加变化的磁场H，测电压V34随磁场H的变化曲线。分别在正磁场范围和

负磁场范围，取V34的所有数据点，计算算数平均值；

c)在正磁场范围和负磁场范围求得V34变化量的算数平均值的差值，即为被测样品的转换输出电

压值。

（4）测试设备

磁场发生器，电流源，电压表。

5.2.5脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法

（1）测试目的

测试磁旋逻辑存算一体器件中铁磁层的磁矩翻转时延。

（2）测试原理

应符合A.4要求

（3）测试过程

a)固定样品，通过电泵浦系统对磁旋逻辑存算一体器件施加电脉冲；

b)将任意波形发生器的参考信号引入激光器，控制激光器的脉冲输出频率，实现电光同步；

5

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c)校准探测光程，找到电脉冲与光脉冲同时到达样品的光程位置；

d)调整探测光，使其聚焦到施加电脉冲的位置，并确保经样品反射后的探测光进入平衡探测器；

e)基于校准后的光程，控制延迟线移动，扫描磁矩翻转过程的完整信号；

f)根据锁相放大器分析探测信号，得到磁矩翻转时延。

（4）测试设备

任意波形发生器，电压放大器，示波器，锁相放大器，钛蓝宝石激光器，半波片，偏振镜，反光镜，

延迟线，透镜，永磁体，平衡检波器。

5.2.6器件的单比特操作能耗测试方法

（1）测试目的

测量磁旋逻辑存算一体器件的单比特操作能耗。

（2）测试原理

应符合A.5要求

（3）测试过程

a)在如图A.6所示，在多铁材料两端施加单个写入电压脉冲，然后沿着铁磁层用电流源注入电流

，同时用电压表在自旋轨道耦合材料两端测电压，得到输出电阻=/；

b)𝐼𝐼和步骤（𝑖𝑖𝑖𝑖a）一样施加单个写入电压脉冲，但与（a）的电压极性相反，也得到输出电阻𝑉𝑉𝑆𝑆𝑆𝑆𝑅𝑅𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝑉𝑉𝑆𝑆𝑆𝑆𝐼𝐼𝑖𝑖𝑖𝑖。

若此次输出电阻的值与（a）步骤所得值符号相反，则说明写入成功；𝑅𝑅𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼

c)改变写入脉冲电压的大小，重复步骤（𝑅𝑅𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼𝐼a）和（b），找到最小的写入电压，并利用等式（8）

计算写入功耗，取1F；

d)改变写入脉冲电压的脉宽，重复步骤（𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓𝑓a）和（b），找到最小的写入电压脉宽；

e)沿着铁磁层两端注入电流并测量两端的电压，得到电阻值+；

f)沿着铁磁层用电流源注入电流，并保证测到的电压值大于或等于写入电压值，记录此时的电流𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝑅𝑅𝑠𝑠𝑠𝑠

大小，根据等式（A.9）计算输出单元的功耗，t的值取是最小的写入电压脉冲的宽度；

g)将写入功耗和输出功耗相加得到器件单比特操作功耗。

（4）测试设备

脉冲电压源，电流源，电压表。

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附录A

（规范性）

测试原理说明

A.1多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试原理

多铁/铁磁异质结存在磁电耦合效应，即施加电场改变多铁内部电极化的同时也改变铁磁材料本身

的磁性。磁电耦合效应越强，在相同电场作用下铁磁磁性的改变量越大。磁电耦合系数是衡量磁电耦

合效应强弱的一个物理量，由如下等式定义：

=…………………（A.1）

𝑑𝑑𝑑𝑑

𝑑𝑑𝑑𝑑

其中，M是铁磁在初始磁化方向上的磁化强度、𝛼𝛼E是电场强度。

磁电耦合系数可以通过图A.1（a）所示的器件测得。通过该器件可直接测得自旋阀的R-V曲线，

如图A.1（b）所示，该曲线反应自旋阀的电阻值R随多铁两端电压的变化关系。自旋阀的电阻值满足

以下关系：

()()

=+)………………（A.2）

𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴−𝑅𝑅𝑃𝑃1−cos𝛽𝛽

𝑝𝑝

其中，、分别是自旋阀自由层和参考层平行和反平行时的电阻值，𝑅𝑅𝑅𝑅2是自由层的磁化方向和参考

层磁化方向的夹角。根据等式𝑅𝑅𝑝𝑝𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴(2)自旋阀自由层在参考层磁化方向上的磁化强度𝛽𝛽=可由以下

等式表示：𝑀𝑀𝑀𝑀𝑠𝑠𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐

=12………（A.3）

𝑅𝑅−𝑅𝑅𝑝𝑝

𝑠𝑠𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴−𝑅𝑅𝑃𝑃�

因为=/，=/（是多铁的厚度），所以磁电耦合系数满足以下关系：𝑀𝑀𝑀𝑀�−��

𝛼𝛼𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝑑𝐸𝐸𝑉𝑉𝑡𝑡𝑡𝑡=………………（A.4）

2𝜇𝜇0𝑀𝑀𝑠𝑠𝑡𝑡𝑑𝑑𝑑𝑑

综上所述，我们可以通过自旋阀的𝛼𝛼曲线计算得出多铁𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴−𝑅𝑅𝑃𝑃𝑑𝑑𝑑𝑑/铁磁异质结的磁电耦合系数。

𝑅𝑅−𝑉𝑉

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图A.1（a）磁电耦合调控器件示意图;（b）自旋阀结构的曲线

𝑅𝑅−𝑉𝑉

A.2磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值电压测试原理

磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值电压指多铁材料的电极化强度翻转所需电压，可利用铁电分析

仪测量电滞回线获得。图A.2（a）是铁电分析测量电滞回线的等效电路图，其中是多铁材料等效的

电容，是探测电容，是寄生电容，是驱动电压，和是示波器的两个通道。因为电路中𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓和

串联，所以𝐶𝐶0和带有同量的电荷𝐶𝐶𝑃𝑃。电荷𝐸𝐸满足以下等式：𝑋𝑋𝑌𝑌𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝐶𝐶0

𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝐶𝐶0𝑄𝑄=𝑄𝑄=…………（A.5）

和分别是是和两端的电压。从等式（𝑄𝑄𝐶𝐶0𝑈𝑈05）可知多铁材料所带电荷𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝑈𝑈𝑓𝑓𝑓𝑓与成正比，又由于多铁

𝑈𝑈材料中的电极化强度0𝑈𝑈𝑓𝑓𝑓𝑓𝐶𝐶0𝐶𝐶与𝑥𝑥成正比，因此可以通过探测电容两端的电压𝑄𝑄来表𝑈𝑈0征被测多铁材料的电极

化强度。𝑃𝑃𝑄𝑄𝐶𝐶0𝑈𝑈0

因为𝑃𝑃，根据等式（5）可知，所以磁电材料两端的电压可视为驱动电压。进行电压

扫描，示波器𝐶𝐶0≫𝐶𝐶通道探测驱动电压𝑓𝑓𝑓𝑓，通道探测电压𝑈𝑈𝑓𝑓𝑓𝑓≫𝐶𝐶0，可得到被测多铁材料的极化强度和电压之间的

铁电滞回曲线。铁电滞回曲线的矫顽电压就是多铁材料的铁电翻转阈值电压。𝑋𝑋𝐸𝐸𝑌𝑌𝑈𝑈0

𝑃𝑃−𝐸𝐸

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图A.2（a）铁电分析测量电滞回线的等效电路图;（b）器件测试示意图

A.3自旋-轨道耦合材料自旋霍尔角测试原理

如图A.3所示，表示磁矩，是和z轴的夹角，对于面内各向异性的材料，恒等于90°，且=0。

在测试中，固定外磁场方向与电流方向平行，都沿着轴。表示覆盖层，表示铁磁层，

𝒎𝒎0Hext𝜃𝜃𝒎𝒎xCL𝜃𝜃FM𝜑𝜑

NM表示非铁磁的强自旋轨道耦合材料。当电荷流流经强自旋轨道耦合材料（例如，𝜇𝜇𝐼𝐼Bi2Te3）被转换成

自旋流，自旋流可以对临近磁矩产生扭矩作用，扭矩中的类场项TFL可以引起磁矩进动，类阻尼项TDL引

起磁矩翻转。以类场项等效的磁场是真空磁导率，=4×10/和类阻尼项

TFL0HFL(00)TDL

−7

的等效场来表示自旋流产生扭矩的效率。利用公式：

0HDL𝜇𝜇𝜇𝜇𝜇𝜇𝜋𝜋𝑇𝑇∙𝑚𝑚𝐴𝐴

𝜇𝜇

()=0………（）

(||)A.6

0𝜇𝜇𝐻𝐻𝐷𝐷𝐷𝐷,

2𝑤𝑤𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑘𝑘𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

可以计算，并进一步计算𝑅𝑅自旋霍尔角𝐻𝐻∆𝑅𝑅。公式（𝜇𝜇𝐻𝐻−𝐻𝐻）中，表示反常霍尔电阻，是各向

0HDL6,

异性有效场。𝜇𝜇𝜃𝜃𝑆𝑆𝑆𝑆∆𝑅𝑅𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐻𝐻𝑘𝑘𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒

图A.3测试示意图

A.4转换输出电压测试原理

当自旋极化的电流注入到强自旋轨道耦合材料内部会发生偏转，因此会在强自旋轨道耦合材料的

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两侧积累不同数目的电子，因而产生电势差，完成自旋-电荷的转换。

如图A.4所示，端口12施加电荷流I12，I12经过面内磁化的铁磁层后，形成自旋极化电流，并注入

到强自旋轨道耦合材料（如Pt）中，利用逆自旋轨道耦合效应实现自旋到电荷的转换，在端口34实现

电压信号的探测，即V34。该电压信号可用如下公式表示：

=(/2)………………（A.7）

𝜃𝜃𝑆𝑆𝑆𝑆𝑃𝑃𝑃𝑃𝜆𝜆𝑠𝑠𝑠𝑠

3412𝑠𝑠𝑠𝑠

其中，ρ和θSH分别是强自旋轨道耦合材料的电阻率和电荷𝑉𝑉𝐼𝐼∙𝑤𝑤∙𝑡𝑡∙𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡-ℎ自旋转换效率，𝑡𝑡𝜆𝜆P是自旋极化率，λsf是自旋弛

豫长度。

图A.4测试示意图

A.5脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试原理

电泵浦激光探测技术是一种具有超快时间分辨的测量技术。激光器产生的光路通过分束镜分为泵

浦光和探测光，泵浦光作用在材料的区域，激发材料的光学非线性效应，导致材料的物理性质发生改变，

后续的探测光脉冲作用于材料时会被调制。通过调节泵浦光和探测光的光程差，可研究材料的非线性动

力学过程。如图A.5所示，在泵浦过程中，电泵浦系统通过任意波形发生器输出皮秒脉冲，经过电压放

大器放大脉冲信号，驱动样品磁矩进动。探测过程利用延迟线改变探测光光程，实现对样品磁矩变化的

完整扫描。测试样品通过电泵浦激光探测过程可以得到完整泵浦信号随时间的变化，对磁矩变化的分析

可以得出样品的磁矩翻转时延。

1

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图A.5测试原理示意图

A,6器件的单比特操作能耗测试原理

磁旋逻辑存算一体器件由磁电输入单元和逆自旋霍尔读取单元组成，其操作能耗是两个单元的写

入和读取功耗之和。磁电写入功耗主要是铁电电容充电过程中的热耗散，由如下公式给出：

=…………（A.8）

2

其中，是磁电写入单元的多铁材料等效的铁电电容，𝐸𝐸𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝑤𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝑉𝑉𝑔𝑔是写入电压。逆自旋霍尔读取单元的功耗是电

流经过铁磁层和自旋轨道耦合层时产生的焦耳热，由如下公式给出：𝐶𝐶𝑓𝑓𝑓𝑓𝑉𝑉𝑔𝑔

=(+)……（A.9）

2

其中是注入电流，和分别是铁磁层和自旋轨道耦合层的电阻值，𝐸𝐸𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝑜𝐼𝐼𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝑅𝑅𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡是通电流的时间，取决于给下

一级器件的磁电写入单元充电所需时间。𝐼𝐼𝑅𝑅𝐹𝐹𝐹𝐹𝑅𝑅𝑠𝑠𝑠𝑠𝑡𝑡

图A.6（a）磁旋逻辑存算一体器件测试示意图

器件原理图说明

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图A.6（b）磁旋逻辑存算一体器件原理示意图

A.7磁旋逻辑存算一体器件电学模型说明(无引用)

图A.7（a）磁旋逻辑存算一体器件电学模型

基于磁旋逻辑存算一体器件构建多数逻辑门的结构图说明

1

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图A.7（b）磁旋逻辑存算一体器件的多数逻辑门结构示意图

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参考文献

1

中国电子工业标准化技术协会

团体标准《磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法》

编制说明

一、工作简况

1、项目来源和工作单位

2023年5月9日，根据中国电子工业标准化协会下达《关于公布2023年第四批

团体标准制修订项目的通知》(中电标通[2023]013号)，团体标准《磁旋逻辑存

算一体器件电性能测试方法》制定项目正式立项，该项目计划号为CESA-2023-045。

该标准由北京航空航天大学和中国电子技术标准化研究院牵头，由北京航空航天

大学、中国电子技术标准化研究院、致真存储（北京）科技有限公司、北京芯可

鉴科技有限公司等公司联合起草，归口于中国电子工业标准化技术协会、北京航

空航天大学和中国电子技术标准化研究院。

2、主要工作过程：

（一）标准预研

随着摩尔定律的逐渐失效，磁旋逻辑存算一体器件由于具有非易失、高密度

以及超低功耗等优势而备受科研界和产业界的关注，国内外众多科研机构纷纷投

入研究。2023年6月由北京航空航天大学、中国电子技术标准化研究院牵头，联

合参与单位致真存储（北京）科技有限公司、北京芯可鉴科技有限公司等公司对

磁旋逻辑存算一体器件的物理机制、工艺制备和电学性能测试进行了调研和分析，

初步确定了磁旋逻辑存算一体器件的电学性能测试标准方案。

（二）标准立项

2023年5月，北京航空航天大学联合中国电子技术标准化研究院、致真存储

（北京）科技有限公司、北京芯可鉴科技有限公司等多家单位，向中国电子工业

标准化技术协会申请立项，经协会评审，同年5月正式下达计划。

（三）标准编制过程

2023年6月，标准编制工作组组织参编单位启动第一轮标准编制工作。具体

工作包括确定研讨方向，制定标准框架，邀请相关单位和参会人员，确定研讨会

召开方式，线上或线下会议时间和频次，根据参会人员背景分组以便进行细化讨

论。

中国电子工业标准化技术协会

2023年6月-2023年12月，标准编制工作组组织开展了多次磁旋逻辑存算一体

器件电性能测试方法的方案讨论。具体讨论内容包括：

1.多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试方法；

2.磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值电压测试方法；

3.自旋-轨道耦合材料自旋霍尔角测试方法；

4.转换输出电压测试方法；

5.脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法。

3、主要起草人及其所做的工作

本标准由北京航空航天大学和中国电子技术标准化研究院牵头组织编制，参

与标准编制的成员单位有致真存储（北京）科技有限公司、北京芯可鉴科技有限

公司。中国电子技术标准化研究院牵头负责标准化工作的组织、协调和标准文本

的编制工作，北京航空航天大学提供了多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试方

法、磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值电压测试方法、自旋-轨道耦合材料自旋

霍尔角测试方法、转换输出电压测试方法和脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法，

致真存储（北京）科技有限公司负责薄膜的生长以及磁旋逻辑存算一体器件的制

备，北京芯可鉴科技有限公司负责测试设备的搭建以及器件电学性能的测试。

二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

在编制标准过程中，遵循了以下三项原则。

一是遵循国家法律、法规等相关规定，制定过程严格按照程序执行。本标准

的编制过程经历了标准编制筹备阶段、标准草案编制阶段（草案讨论、编制、内

部征求意见、修改、再征求意见等环节），制定过程严格按照国家标准制定程序

要求。目前是到审定稿的意见征求。本标准的编制严格遵循GB/T1.1-2020《标

准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草，并使用中

国标准编辑器进行文本的编辑。

二是充分借鉴和吸收国外相关文献和经验。本标准编制过程中，吸收借鉴了

一些国外的技术文献和经验，这些内容虽然没有正式成为国际标准，但已经成为

了业内广泛使用的方法、规范。

中国电子工业标准化技术协会

三是本标准本着立足于通过制定磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法标

准，统一各研究机构对于磁旋逻辑存算一体器件的电性能测试方法，使得各单位

的研究成果更易受到同行的认可，有助于磁旋逻辑存算一体器件的进一步研究和

基于该器件的芯片发展，助力“后摩尔时代”我国半导体产业发展，使标准发挥

最大的作用。在标准的技术内容编写上充分考虑了业界对于可靠、有效、全面的

电性能测试方法诉求，从多个方面进行了详细的研究与论证，以便于标准能够在

实际的应用中得到贯彻实施。

2、确定主要内容的依据

本标准规定了多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数测试方法、磁电耦合写入单

元的铁电翻转阈值电压测试方法、自旋-轨道耦合材料自旋霍尔角测试方法、转

换输出电压测试方法和脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法等磁旋逻辑存算一

体器件的电性能测试方法。本标准适用于磁旋逻辑存算一体器件的电学性能测试。

编制过程中，工作组参考了国内外相关的文献，包括S.Manipatruni,etal.,

Nature565,35-42(2019)、M.DC,etal.,Nat.Mater.17,800-807(2018)、

S.-h.C.Baek,etal.,Nat.Electron.1,398-403(2018)、J.T.Heron,

etal.,Nature516,370-373(2014)以及B.Behin-Aein,etal.,Nat.

Nanotechnol.5,266-270(2010)等。在标准内容确定过程中，组织标准编制单

位的代表