中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《磁旋邏輯存算一體器件電性能測(cè)試方法》

編制說(shuō)明

一、工作簡(jiǎn)況

1、項(xiàng)目來(lái)源和工作單位

2023年5月9日，根據(jù)中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)下達(dá)《關(guān)于公布2023年第四批

團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)制修訂項(xiàng)目的通知》(中電標(biāo)通[2023]013號(hào))，團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)《磁旋邏輯存

算一體器件電性能測(cè)試方法》制定項(xiàng)目正式立項(xiàng)，該項(xiàng)目計(jì)劃號(hào)為CESA-2023-045。

該標(biāo)準(zhǔn)由北京航空航天大學(xué)和中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭，由北京航空航天

大學(xué)、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、致真存儲(chǔ)（北京）科技有限公司、北京芯可

鑒科技有限公司等公司聯(lián)合起草，歸口于中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)、北京航

空航天大學(xué)和中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院。

2、主要工作過(guò)程：

（一）標(biāo)準(zhǔn)預(yù)研

隨著摩爾定律的逐漸失效，磁旋邏輯存算一體器件由于具有非易失、高密度

以及超低功耗等優(yōu)勢(shì)而備受科研界和產(chǎn)業(yè)界的關(guān)注，國(guó)內(nèi)外眾多科研機(jī)構(gòu)紛紛投

入研究。2023年6月由北京航空航天大學(xué)、中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭，聯(lián)

合參與單位致真存儲(chǔ)（北京）科技有限公司、北京芯可鑒科技有限公司等公司對(duì)

磁旋邏輯存算一體器件的物理機(jī)制、工藝制備和電學(xué)性能測(cè)試進(jìn)行了調(diào)研和分析，

初步確定了磁旋邏輯存算一體器件的電學(xué)性能測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)方案。

（二）標(biāo)準(zhǔn)立項(xiàng)

2023年5月，北京航空航天大學(xué)聯(lián)合中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院、致真存儲(chǔ)

（北京）科技有限公司、北京芯可鑒科技有限公司等多家單位，向中國(guó)電子工業(yè)

標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)申請(qǐng)立項(xiàng)，經(jīng)協(xié)會(huì)評(píng)審，同年5月正式下達(dá)計(jì)劃。

（三）標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程

2023年6月，標(biāo)準(zhǔn)編制工作組組織參編單位啟動(dòng)第一輪標(biāo)準(zhǔn)編制工作。具體

工作包括確定研討方向，制定標(biāo)準(zhǔn)框架，邀請(qǐng)相關(guān)單位和參會(huì)人員，確定研討會(huì)

召開(kāi)方式，線(xiàn)上或線(xiàn)下會(huì)議時(shí)間和頻次，根據(jù)參會(huì)人員背景分組以便進(jìn)行細(xì)化討

論。

中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)

2023年6月-2023年12月，標(biāo)準(zhǔn)編制工作組組織開(kāi)展了多次磁旋邏輯存算一體

器件電性能測(cè)試方法的方案討論。具體討論內(nèi)容包括：

1.多鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)測(cè)試方法；

2.磁電耦合寫(xiě)入單元的鐵電翻轉(zhuǎn)閾值電壓測(cè)試方法；

3.自旋-軌道耦合材料自旋霍爾角測(cè)試方法；

4.轉(zhuǎn)換輸出電壓測(cè)試方法；

5.脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法。

3、主要起草人及其所做的工作

本標(biāo)準(zhǔn)由北京航空航天大學(xué)和中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭組織編制，參

與標(biāo)準(zhǔn)編制的成員單位有致真存儲(chǔ)（北京）科技有限公司、北京芯可鑒科技有限

公司。中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院牽頭負(fù)責(zé)標(biāo)準(zhǔn)化工作的組織、協(xié)調(diào)和標(biāo)準(zhǔn)文本

的編制工作，北京航空航天大學(xué)提供了多鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)測(cè)試方

法、磁電耦合寫(xiě)入單元的鐵電翻轉(zhuǎn)閾值電壓測(cè)試方法、自旋-軌道耦合材料自旋

霍爾角測(cè)試方法、轉(zhuǎn)換輸出電壓測(cè)試方法和脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法，

致真存儲(chǔ)（北京）科技有限公司負(fù)責(zé)薄膜的生長(zhǎng)以及磁旋邏輯存算一體器件的制

備，北京芯可鑒科技有限公司負(fù)責(zé)測(cè)試設(shè)備的搭建以及器件電學(xué)性能的測(cè)試。

二、標(biāo)準(zhǔn)編制原則和確定主要內(nèi)容的論據(jù)及解決的主要問(wèn)題

1、編制原則

在編制標(biāo)準(zhǔn)過(guò)程中，遵循了以下三項(xiàng)原則。

一是遵循國(guó)家法律、法規(guī)等相關(guān)規(guī)定，制定過(guò)程嚴(yán)格按照程序執(zhí)行。本標(biāo)準(zhǔn)

的編制過(guò)程經(jīng)歷了標(biāo)準(zhǔn)編制籌備階段、標(biāo)準(zhǔn)草案編制階段（草案討論、編制、內(nèi)

部征求意見(jiàn)、修改、再征求意見(jiàn)等環(huán)節(jié)），制定過(guò)程嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)制定程序

要求。目前是到審定稿的意見(jiàn)征求。本標(biāo)準(zhǔn)的編制嚴(yán)格遵循GB/T1.1-2020《標(biāo)

準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草，并使用中

國(guó)標(biāo)準(zhǔn)編輯器進(jìn)行文本的編輯。

二是充分借鑒和吸收國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)。本標(biāo)準(zhǔn)編制過(guò)程中，吸收借鑒了

一些國(guó)外的技術(shù)文獻(xiàn)和經(jīng)驗(yàn)，這些內(nèi)容雖然沒(méi)有正式成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，但已經(jīng)成為

了業(yè)內(nèi)廣泛使用的方法、規(guī)范。

中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)

三是本標(biāo)準(zhǔn)本著立足于通過(guò)制定磁旋邏輯存算一體器件電性能測(cè)試方法標(biāo)

準(zhǔn)，統(tǒng)一各研究機(jī)構(gòu)對(duì)于磁旋邏輯存算一體器件的電性能測(cè)試方法，使得各單位

的研究成果更易受到同行的認(rèn)可，有助于磁旋邏輯存算一體器件的進(jìn)一步研究和

基于該器件的芯片發(fā)展，助力“后摩爾時(shí)代”我國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮

最大的作用。在標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)內(nèi)容編寫(xiě)上充分考慮了業(yè)界對(duì)于可靠、有效、全面的

電性能測(cè)試方法訴求，從多個(gè)方面進(jìn)行了詳細(xì)的研究與論證，以便于標(biāo)準(zhǔn)能夠在

實(shí)際的應(yīng)用中得到貫徹實(shí)施。

2、確定主要內(nèi)容的依據(jù)

本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了多鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)測(cè)試方法、磁電耦合寫(xiě)入單

元的鐵電翻轉(zhuǎn)閾值電壓測(cè)試方法、自旋-軌道耦合材料自旋霍爾角測(cè)試方法、轉(zhuǎn)

換輸出電壓測(cè)試方法和脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法等磁旋邏輯存算一

體器件的電性能測(cè)試方法。本標(biāo)準(zhǔn)適用于磁旋邏輯存算一體器件的電學(xué)性能測(cè)試。

編制過(guò)程中，工作組參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)的文獻(xiàn)，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。在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容確定過(guò)程中，組織標(biāo)準(zhǔn)編制單

位的代表對(duì)調(diào)研的材料進(jìn)行討論、征求意見(jiàn)，最終形成該送審稿。

3、編制過(guò)程中解決的主要問(wèn)題

在標(biāo)準(zhǔn)的編制過(guò)程中主要解決的問(wèn)題如下：

確定多鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)和磁電耦合寫(xiě)入單元的鐵電翻轉(zhuǎn)閾值

電壓的測(cè)試方法。磁電耦合系數(shù)以及閾值翻轉(zhuǎn)電壓是表征磁旋邏輯存算一體器件

中電荷到自旋轉(zhuǎn)化效率的重要參數(shù)，磁電耦合系數(shù)越高、閾值翻轉(zhuǎn)電壓越低表明

器件的寫(xiě)入功耗越低，因此確定磁電耦合系數(shù)和轉(zhuǎn)換輸出電壓的測(cè)試方法可以幫

助我們有效評(píng)估器件的寫(xiě)入功耗。

確定自旋-軌道耦合材料的自旋霍爾角和轉(zhuǎn)換輸出電壓測(cè)試方法。自旋霍爾

角以及轉(zhuǎn)換輸出電壓是表征磁旋邏輯存算一體器件中自旋到電荷轉(zhuǎn)化效率的重

要參數(shù)，自旋霍爾角越高和轉(zhuǎn)換輸出電壓高越表明器件的讀取效率越高，因此確

中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)

定自旋-軌道耦合材料的自旋霍爾角和鐵電翻轉(zhuǎn)閾值電壓的測(cè)試方法可以幫助我

們有效評(píng)估器件的寫(xiě)入功耗。

確定脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法。通過(guò)脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)所需

要的時(shí)間可以判斷磁旋邏輯存算一體器件的寫(xiě)入時(shí)間，磁矩翻轉(zhuǎn)速度越快表明器

件的寫(xiě)入時(shí)延越低，因此確定脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法以幫助我們有

效評(píng)估器件的寫(xiě)入時(shí)延。

4、標(biāo)準(zhǔn)未解決的問(wèn)題

由于磁旋邏輯存算一體器件電性能測(cè)試方法的標(biāo)準(zhǔn)所涵蓋的范圍較廣，因此

目前標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容的相關(guān)技術(shù)討論仍在進(jìn)行中，還有一些問(wèn)題尚未確定和解決，包括

但不限于如下內(nèi)容：

磁旋邏輯存算一體器件的寫(xiě)入延遲包含鐵電翻轉(zhuǎn)時(shí)間和磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間兩部

分，準(zhǔn)確描述器件的寫(xiě)入延遲還需要進(jìn)一步開(kāi)發(fā)鐵電翻轉(zhuǎn)時(shí)間的測(cè)試方法。

隨著未來(lái)新的高性能材料應(yīng)用到磁旋邏輯存算一體器件當(dāng)中，當(dāng)前的測(cè)試方

法可能無(wú)法滿(mǎn)足器件的電性能測(cè)試需求。

隨著制備工藝的改進(jìn)，磁旋邏輯存算一體器件的結(jié)構(gòu)可能會(huì)隨之變化，當(dāng)前

的測(cè)試方法可能會(huì)隨之改變。

三、主要驗(yàn)證情況分析

本標(biāo)準(zhǔn)中所選取的測(cè)試方法、測(cè)試設(shè)備與器件的光學(xué)與電學(xué)參數(shù)，均為業(yè)內(nèi)

通用，認(rèn)可度較高，因此主要討論磁旋邏輯存算一體器件的電性能測(cè)試方法，為

準(zhǔn)確測(cè)量磁旋邏輯存算一體器件的電學(xué)性能提供合理的測(cè)試方案。

本標(biāo)準(zhǔn)因涉及的各項(xiàng)內(nèi)容的討論與研究工作已經(jīng)完成。針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)中已經(jīng)明確

的內(nèi)容，如鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)測(cè)試方法、磁電耦合寫(xiě)入單元的鐵電

翻轉(zhuǎn)閾值電壓測(cè)試方法、自旋-軌道耦合材料自旋霍爾角測(cè)試方法、轉(zhuǎn)換輸出電

壓測(cè)試方法以及脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法，已經(jīng)組織了多家單位正在

進(jìn)行技術(shù)驗(yàn)證。

四、知識(shí)產(chǎn)權(quán)情況說(shuō)明

本標(biāo)準(zhǔn)不涉及知識(shí)產(chǎn)權(quán)問(wèn)題。

五、產(chǎn)業(yè)化情況、推廣應(yīng)用論證和預(yù)期達(dá)到的經(jīng)濟(jì)效果

本標(biāo)準(zhǔn)用于磁旋邏輯存算一體器件的電學(xué)性能測(cè)試，確定了磁旋邏輯存算一

中國(guó)電子工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)協(xié)會(huì)

體器件的鐵/鐵磁異質(zhì)結(jié)的磁電耦合系數(shù)測(cè)試方法、磁電耦合寫(xiě)入單元的鐵電翻

轉(zhuǎn)閾值電壓測(cè)試方法、自旋-軌道耦合材料自旋霍爾角測(cè)試方法、轉(zhuǎn)換輸出電壓

測(cè)試方法以及脈沖電壓驅(qū)動(dòng)磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間測(cè)試方法?？芍笇?dǎo)磁旋邏輯存算一體器

件的磁電耦合系數(shù)、寫(xiě)入電壓、自旋霍爾角、輸出電壓以及磁矩翻轉(zhuǎn)時(shí)間等電性

能參數(shù)的測(cè)試。

六、轉(zhuǎn)化國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)外先進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)情況

目前尚無(wú)相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

七、與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的協(xié)調(diào)性

本標(biāo)準(zhǔn)編制文本格式遵循GB/T1.1-2020。與現(xiàn)行相關(guān)法律、法規(guī)、規(guī)章及

相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)調(diào)配套。

八、重大分歧意見(jiàn)的處理經(jīng)過(guò)和依據(jù)

無(wú)重大分歧。

九、貫徹標(biāo)準(zhǔn)的要求和措施建議

建議列為推薦性標(biāo)準(zhǔn)。

十、替代或廢止現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的建議

無(wú)需要替代或廢止的現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)