Mémoire magnétique à écriture assistée thermiquement à base de FeMn, Thermally assisted magnetic memory based on FeMn

Erwan Gapihan

Description

Sous la direction de Bernard Dieny
Thèse soutenue le 11 janvier 2011: UNIVERSITE DE GRENOBLE, Grenoble
Cette thèse s'inscrit dans la thématique des TA-MRAM, nouvelles mémoires non volatiles qui utilisent des impulsions de courant pour chauffer et ainsi permettre le renversement de l'aimantation d'une couche ferromagnétique. Un premier but de ce travail a été de comprendre les mécanismes d'écriture (chauffage) des cellules TA-MRAM. Mesures électriques et simulations thermiques sont alors comparées. De manière générale les TA-MRAM associent deux couches ferromagnétiques dont les directions relatives des aimantations sont stabilisées par des couches antiferromagnétiques. Une action développement matériaux a été menée dans la conception de jonctions tunnel magnétiques utilisant l'alliage FeMn dans la couche de stockage. Nous avons alors cherché à optimiser les couches ferromagnétiques et antiferromagnétique de la couche de stockage afin de minimiser le champ magnétique nécessaire au renversement de l'aimantation de ces couches et donc de diminuer la consommation d'énergie. Enfin ce manuscrit présente une partie gravure par faisceau d'ion (IBE) de points mémoires magnétiques qui donnent les clefs de fabrication des mémoires MRAM.
-Spin
-Bicouches ferro
-Antiferromagnetiques
-MRAM
This thesis addresses a current topic of TA-MRAM, new non volatile memories using pulses to heat and thus allows the reversal of the magnetization of a ferromagnetic layer. A first goal was to learn the writing mechanism (heating) of TA-MRAM cells. Therefore, we compared electrical measurements and thermal simulations. Generally speaking, TA-MRAM combines two ferromagnetic layers where the relative direction of the magnetization is pinned by antiferromagnetic layers. Moreover, we developed new magnetic tunnel junctions using FeMn in the storage layer. We thus optimized the ferromagnetic and antiferromagnetic layers of the storage layer in order to minimize the magnetic field needed to reverse the magnetization of these layers and thus to decrease the power consumption. To finish, the etching of magnetic memory dots is explored, giving the pattern key of magnetic devices.
-Spin
-Exchange bias
-MRAM
Source: http://www.theses.fr/2011GRENY002/document

Sujets

• Magnetic Random Access Memory

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 45
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 13 Mo

Extrait

THÈSE
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Physique
Arrêté ministériel : 7 août 2006



Présentée par
Erwan Gapihan


Thèse dirigée par Bernard Dieny

préparée au sein du Laboratoire SPINTEC
dans l'École Doctorale de Physique de Grenoble


Mémoire magnétique à écriture
assistée thermiquement
à base de FeMn


Thèse soutenue publiquement le 11 janvier 2011,
devant le jury composé de :
Ahmad Bsiesy
Professeur UJF, CNRS / LTM Grenoble, Président
Sebastian Volz
Directeur de Recherche, CNRS / EM2C, Ecole Centrale, Rapporteur
Stéphane Mangin
Professeur de l’Université Henry Poincaré Nancy, LPM, Rapporteur
Claude Fermon
Chercheur CEA, CEA Saclay / SPEC, Membre
Ken Mackay
R&D Manager, Crocus Technology, Membre
Bernard Dieny
Directeur de Recherche CEA, SPINTEC, Directeur de thèse
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 20112
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 2011haleurTDistributionable.des.mati?res3Remerciemen.tsde5.Contillontexte.7.1.Indetro.ductionan9n1.12Couc.he.mince.ferromagn?tiquetage...v.......pulsion.............assist?es...................AS...y.deux....10.1.1.1eM?tal.ferromagn?tiqueen.....Eet.......Sim...d?le...q.....hauage.31.........?c.........m?tho.......3410?rimen1.1.2.Anisotropie.magn?tique..simple.....34.T...36.mesure.....JTM.....2.3.d'?c.....42.e.dur?e...........le....11.1.1.32.3.3Retournemenolarit?t.coh?ren.tTde.l'aiman.tation..de.haleur...R?solution.diusion.F.3.....du.les.n.?c.instrumen..........12.1.2.Jonction2.1.1Ttilunnel.magn?tique..............2.2.de...............Le.x...............2.2.2.l'?criture........14.1.2.1Caract?risationLedemoetd?le.de.Julli?re..Comparaison.des.........38.en.............v.de.i...........D?p.temp.blo.de.l'i....15.1.3.Couplages.en.nano.m.agn?tisme..42.la.e...............endance.la.impulsions.......46.thermique.............2.4.1.de.u.la18.1.3.1.L'in.teraction49RKKYde.on.la.v...50.........30.Etude.c.dans.MRAM.thermiqueme.t.2.1.han.et.tation....................18.1.3.2.Le.c.hamp1d'?LeschanhangelonsF.e.r.ro./.An.tiferromagn?tique.(FM/AF).................19311.4LesM?moires,desRAMcaract?risationet.MRAM..........................2.2.1.mon.e.p.tal..........................21341.4.1Caract?risationM?moiresdevTolatiles....................2.2.3.a.anc?e.l'?criture.AS.mo.ennage...........2.2.4.des.m?tho.de............21.1.4.2.M?moires.non-v2.2.5olatilesd'?criture.tre.......................41.Les.ariations.densit?.puissance.r.tur....................222.3.11.4.3endanceLeslam?moires?raturnon-vdeolcageatilesfonctionaltelardenatim-v.es....................................2.3.2.de23tail1.4.4lat?ralMRAM............................44.D?p.suiv.t.p.des.................2.4.ulation.d'une.A-MRAM............24.1.5.Ob.je.ctifs.de48th?seMo.1D.l'?quation.di.sio.de.c...............2.4.2.3D.l'?.uati.de.de.c.a.ec.emlab.......
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 2011o2.4.3.Sim.ulation.de.l'eetmagn?tiquede4la.taille.lat?rale....gra.es.69.....e.?tude...........4.5...B...elle..52.2.4.4.Sim8ulation?en.f.oden.c.tion.de4.4la.pd?tectionolarit?.des.impulsions............r?ali.T.....emen.sto..56.2.4.5.Autre.t.y.p.evuredm?moieLacplhauage......en.....83...........jonction...............gra.......t.?lectrique......57.2.5.Conclusion..et.du.afers.cess.103.........D?v.d'une.he.k.......3.4.....................La.de.t.mag.81.hnique.vure.:........5.9813red?pD?vdeeloppveme.n.t.de.MRAMUniformit?assist?e.thermi.quemen.t.?.base.de.F.eMn.a.vvureecmagn?tiqueun.c.hamp.magn?tique.d'?criture.minimal4.4.161.3.1.?tude.pr?liminaire.du.F.eMn....4.4.2.de.............4.4.3.temps.et...........................3.ersp.A.ce.sur61mm3.1.1duPCroourquoihnole105F.eMn.?............3.3.1.elopp.t.nouv.couc.de.c.age.............69.Conclusion....................61.3.1.2.Bicouc.he.ferromagn?tique/an.tiferromagn?tique........7.4.gra.IBE.p.in.s.res.n.tiques.4.1.tec62d3.1.3graMesurepardeasmatempIBE?rature.de.bl.o.cage.sur.des.v.annes.de.spin..4.2.des.?ts.fonction.l'angle.gra.ure....63.3.2.D?v.elopp.emen.t.des4.3premi?res.joncti.ons.tunnel.magn?tiques.?.base.de.F.eM.n.......64.3.2.1.Densit?.de.puissance.e.n84fonctionGraded'unel'?paisseurtunnelde.F.eMn..................87.La65SIMS3.2.2.Comparaison.en.tre.des.jonctions.utilisan.t.de.l'IrMn.ou.du.F.eMn....88.La.vure.pilier66.3.2.3.?tude.de.l'?criture.en.fonction.du.c.hamp.ma.gn?tique.appliqu?88.Ajustemen.des.de.vure.r?sultats..67.3.3.Optimisation.de.la90coucConclusionhe.ferromagn?.tiq.ue.de.sto.c.k.age.p.our.minimiser.le.c.hamp.d'?criture........9.Conclusion.p.ectiv.95.D?tails.pro.ss.s?.w.50/100.97.D?tails.pro.de.cus.ec.logy.Glossaire...
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 2011deRemerciemenmiditsMannotuscritquir?dig?,souhaiteoralessoutenmerciu,d?lais.il1estt?r?tmainentenanettgrandtempsCrodehescl?turervtroisconann?esquelquesded'unetraIlvaaildiscussionsenc?crivlong-baconansinctCrocesm?talleuxquelquestrlignessesdepremerciemenremerciants.(JAH)Sacdehansoutenirt?cialequdeelacettecartonpageMerciseratestr?str?certainementratonlaKen,plusquilue,ousjevvtaisgrandetacDamnedherqicidde?peyenserY?VirgiletoutesxlesascalpcroustillanersonnesCorinnequilesm'oncontcomarqu?J?r?mpquiendanettdanscetten'auraith?se.Qu'ilJematiensytouthacuned'ousab?ordvion?arcremercierpcdehaleureusemenbt.Bernard?Dientoujoursyfort,ourmonauxdirecteurdedemerci.th?se,tquiourapassionnantoujoursg?n?ralsulorsqueappenezoherrepastequirvsesvremarquesrefroidissenscienramollissentiquesJ'aiptertinentutesmonauth?se.bjeontmomendet.n,Satee-shirtgrande(Cannibalismex-crimepplus?riencesetlsaetcultureourscienetitestiqueUnsatvNathalienl'aidettestransformeres.n'impueraiortemesquellerepremiom?reAlvvS?bastienersiontd'articleuenlapmanetitetr?smerveux,eiller?ussi:lessoienilaincusvUneaudrait?miedieuu?gaill?xmes?voulot.ovquerdedesactifprobl?mesd'undepapierdistorsion50,miecro-magn?tiquedeassoouci?sde?elaourformemomenrondej'saiiis(C5state,pistesvexplorer.ortex.a.mon.un)inp.mesTvoujourset??t?Spinbtec,conseil,jeJeremercie?galemen?galemenremerciertpRi-cescardotoujoursquitesaenencadr?arrivcettravvvaild'allerdehercth?se,rOK.otreJedutiensetaussifon?queexprimerotremaetreconnaissanceotre?friteJean-PierretNozi?ressept.our!lesaussinom?remenbreusesappr?ci?expue?-participriences??juryl'?trangerequiAm'oncus,tremerciepgalemenermisledeamateurm'immergerwiskdansLucielenotremondeendenoirlaannmicisro-?lectronique.aJ'ai?),bleeaucoupm?appriso-?ecuehacundedecuscesJean-Pvpotoutesypages.histoiresMercites.?grandgalemen?galement?petouretaourbdansonnedi?renht?cumeur,administrativtaJegentintillesseenetttondeuxaide.rCot?cteursCrol'cus,bre,jeyremerciearez-H?raultetl'?quipBandieraeond?pbien?toulrelireacorrigervtotalit?ecmonLucian,uscritMarco,deC?linecourtsetSansClarissejepjamaisour?ladansma?trisetemps.deslatSingulusvetdepsinc?rit?.ourspl'expKas-d?dieertiseJ?r?minc(leonJAH)testableadanscladecjourn?esaract?risationbdesNempialemenonstscoupsmagn?tiques.maitreAnotredi?rencommetsr?alisationmomenatsendedemamth?d'unesheen,au-dessusLuciannotreaorte?t?encoreunciblevrailancerrepcoup?repapier.quipm'acesponsermists...deOuais,?cherlesdi?ren
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 2011alias
Rac?galemenytouceoratoiregroupvelotdeoupunk(etCubainNiansPasornoereparaorkRicardoinund'atec),vbaoir.ensoleill?jemestann?esme.dewithth?se.,SteevnoteitMcQueeneretsomePoulot,aulfaitNewmanmerciquiJ?romenediraim'onth?sardstvpasimitations),duparentout?aid?bienpeourLcetteourth?se,ymaisdbtaugheaucoupsemiconductordanscolleagued'autresme.domaines.oneAuom?merealnivineau,gladjepremetrcieTmesremercierpourotosdedelesRennese:traNico,MoriartKEric,LpausesuMerci,cPinot,laBloucDi182,(merciJulie,lie,Am?lieremercieetaDenis.ranceBahdepareil.die.de.malgr?Auacoursouilloire.deX.cettesharingth?seeriencej'aialmosteuIlaerycwhanceShin.demetraoutvnaillerthanauouseinguidedeIlasalletaughblancPutainnn.herabahPTasAtoquiy?t?omonI'premierjoinpason.dansrlatencemicro-?lectronique.daDeancenomcot?breusestienspleersonnesteconvtcealorsvdirectemenagr?able.termanencon:tribu?Geek),?lunettesmoners),apprenDetissagedeett,mon(jepsureDariaretfeauxctionnemenptMariadesSebdi?rensoitttoieK?ksaliastecourhniquesJulien,deYmicro-.fabrication.tJeppoirenselatouroutsoute-d'abEtordEl?s'estMarie-Th?r?seccup(c'estenleslongctenhiaureshetpairsourouaitlesTc6hiresforimpairs)yquiexpm'awithtransmisDuringuneonepartear,iwevdeglasestoporketitesJongastuces.HeJetremerciea?gabalementhetiTibdustryo,moreJean-Luc,aPyer-wrinea(forremercieBTW,JehopeI'mPtheoupsrst88),whoMarl?net(Brandoou?)T&dahMYibat,arwiaepleasure(M&wMs),withHelge,ouFTredw(SalutandFmredto!,ysanssoconPretrepa?terie.e.sen.of)heUnygrandadvmerci!?galemenoujourstb?jeLauren?ttoutVillalabquiSpinapr?alis?atoutesoirldeeslieultraithographiesail?lectroniquesendroitdeChezmesp?cts,han?tillons.PhilippJe(MonsieurrGillesecesmerciedeaussivcSt?phane,haleureuseme(lenantyAlainSpinPVincenersicoClaire,deGuillaumem'anevrienoirnosmonsecr?tes),tr?,leshelcelCatherine.lessurtoutdestagiaires,cetteetIBEost-doNordik:o.(samMe!),r(QuecTMRia?galecemen!),tmitri,p?,ourcotaSushidispponibilit?.tesManMarthe,yEmithankAna?s,sasmina,to.theJeformer?galemenUSmesprotscessourteamv:traJason,ers?thankFypouassisterformaGiannancetsth?se.game,enn,Iremerciereallyospquiendtoujoursaogreat?timemoiintroisCalifornia.(c'estJong,!),Dafna,uneKhalil,tativMikd'assassinate,sVcend?tartranus,pSetu,bthanksFaenlotAtoEallofy
tel-00623040, version 1 - 13 Sep 2011onsConapplicatif.texteconfronLay-micros?lectroniqueexterne?deconntiferromagn?tiuldedesfortdonn?progr?ssusciterdepuiscuscesCe