T-CESA《磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法》编制说明

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。

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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。

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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

位的代表对调研的材料进行讨论、征求意见，最终形成该送审稿。

3、编制过程中解决的主要问题

在标准的编制过程中主要解决的问题如下：

确定多铁/铁磁异质结的磁电耦合系数和磁电耦合写入单元的铁电翻转阈值

电压的测试方法。磁电耦合系数以及阈值翻转电压是表征磁旋逻辑存算一体器件

中电荷到自旋转化效率的重要参数，磁电耦合系数越高、阈值翻转电压越低表明

器件的写入功耗越低，因此确定磁电耦合系数和转换输出电压的测试方法可以帮

助我们有效评估器件的写入功耗。

确定自旋-轨道耦合材料的自旋霍尔角和转换输出电压测试方法。自旋霍尔

角以及转换输出电压是表征磁旋逻辑存算一体器件中自旋到电荷转化效率的重

要参数，自旋霍尔角越高和转换输出电压高越表明器件的读取效率越高，因此确

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定自旋-轨道耦合材料的自旋霍尔角和铁电翻转阈值电压的测试方法可以帮助我

们有效评估器件的写入功耗。

确定脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法。通过脉冲电压驱动磁矩翻转所需

要的时间可以判断磁旋逻辑存算一体器件的写入时间，磁矩翻转速度越快表明器

件的写入时延越低，因此确定脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法以帮助我们有

效评估器件的写入时延。

4、标准未解决的问题

由于磁旋逻辑存算一体器件电性能测试方法的标准所涵盖的范围较广，因此

目前标准内容的相关技术讨论仍在进行中，还有一些问题尚未确定和解决，包括

但不限于如下内容：

磁旋逻辑存算一体器件的写入延迟包含铁电翻转时间和磁矩翻转时间两部

分，准确描述器件的写入延迟还需要进一步开发铁电翻转时间的测试方法。

随着未来新的高性能材料应用到磁旋逻辑存算一体器件当中，当前的测试方

法可能无法满足器件的电性能测试需求。

随着制备工艺的改进，磁旋逻辑存算一体器件的结构可能会随之变化，当前

的测试方法可能会随之改变。

三、主要验证情况分析

本标准中所选取的测试方法、测试设备与器件的光学与电学参数，均为业内

通用，认可度较高，因此主要讨论磁旋逻辑存算一体器件的电性能测试方法，为

准确测量磁旋逻辑存算一体器件的电学性能提供合理的测试方案。

本标准因涉及的各项内容的讨论与研究工作已经完成。针对标准中已经明确

的内容，如铁/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

压测试方法以及脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法，已经组织了多家单位正在

进行技术验证。

四、知识产权情况说明

本标准不涉及知识产权问题。

五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果

本标准用于磁旋逻辑存算一体器件的电学性能测试，确定了磁旋逻辑存算一

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体器件的铁/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

测试方法以及脉冲电压驱动磁矩翻转时间测试方法。可指导磁旋逻辑存算一体器

件的磁电耦合系数、写入电压、自旋霍尔角、输出电压以及磁矩翻转时间等电性

能参数的测试。

六、转化国际标准和国外先进标准情况

目前尚无相关国际标准。

七、与现行相关法律、法规、规章及相关标准的协调性

本标准编制文本格式遵循GB/T1.1-2020。与现行相关法律、法规、规章及

相关标准协调配套。

八、重大分歧意见的处理经过和依据

无重大分歧。

九、贯彻标准的要求和措施建议

建议列为推荐性标准。

十、替代或废止现行相关标准的建议

无需要替代或废止的现行相关标