Etude de dispositifs MTJ (Multiple Tunnel Junctions) et intégration de matériaux high-K pour les mémoires flash à haute densité d'intégration

par Damien Deleruyelle

Thèse de doctorat en Physique et modélisation des systèmes complexes. Micro et nanoélectronique

Sous la direction de Jean-Luc Autran.


  • Résumé

    Les mémoires Flash ont connu un succès commercial exemplaire au cours de ces dix dernières années. Les raisons de ce succès sont attribuables en grande partie à l'essor de nouveaux produits tels que les téléphones portables, les appareils photos numériques ou les périphériques de stockage de masse. Les densités d'intégration de ces dispositifs sont actuellement plusieurs Gigabits alors qu'ils n'excédaient pas la centaine de Mégabits au milieu des années 90. Cependant, des obstacles technologiques majeurs à la réduction des dimensions de ces mémoires, liés principalement à la difficulté de réduire l'épaisseur des diélectriques fonctionnels de ces dispositifs, sont attendus aux alentours des années 2005-2007. Ceux-ci poussent de nombreux industriels et laboratoires de recherche à explorer différentes voies permettant de prolonger la durée de vie de ces dispositifs au delà du noeud technologique 65nm. Dans ce contexte, ce travail de thèse présente plusieurs solutions technologiques qui peuvent être envisagées afin de poursuivre la réduction des dimensions des mémoires non-volatiles. En premier lieu, nous avons focalisé notre attention sur une architecture mémoire innovante, la mémoire à jonctions tunnel multiples (ou Multiple tunnel Junctions - MTJ) dont le principe repose sur l'utilisation du blocage de Coulomb dans les nanocristaux de silicium. Après avoir effectué une étude théorique de ce phénomène appliquée à ces dispositifs, nous présentons les résultats électriques obtenus sur ces mémoires ainsi qu'une première optimisation de leurs performances. Certains résultats ayant été obtenus sur des cellules décananométriques, nous avons pu également observer et quantifier l'impact de phénomènes mono-électroniques sur les performances de ces dispositifs. La dernière partie de ce travail est consacrée aux matériaux high-K qui ont été étudiés en vue d'une utilisation dans les architectures classiques de mémoires non-volatiles. Nous présentons une étude consacrée à l'utilisation de l'alumine ou de l'oxyde d'hafnium en remplacement du nitrure dans les diélectriques de type "interpoly". Nous nous sommes intéressés au piégeage dans ces empilements ainsi qu'aux courants de fuite auxquels nous nous sommes efforcés d'apporter une interprétation physique. Nous terminons cette étude, consacrée aux diélectriques high-K, par une étude théorique visant à évaluer le bénéfice obtenu par l'utilisation de diélectriques à gap et à constante diélectrique modulés, constitués par l'empilement de différents matériaux high-K utilisés en tant que diélectrique tunnel des mémoires Flash. Nous verrons que ce type de structure pourrait permettre l'élaboration de dispositifs mémoire aux performances accrues en terme de temps d'écriture et temps de rétention

  • Titre traduit

    Study of MTJ devices (Multiple Tunnel Junctions) and intégration of high-K materials for high density integration flash memories


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Informations

  • Détails : 1 vol. (221 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie en fin de chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université d'Aix-Marseille (Marseille. St Charles). Service commun de la documentation. Bibliothèque universitaire de sciences lettres et sciences humaines.
  • Disponible pour le PEB
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