Simulation ab initio du transport électronique dans les OxRAM de nouvelle génération

par Alberto Dragoni

Projet de thèse en Physique de la Matière Condensée et du Rayonnement

Sous la direction de Valério Olevano.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Physique , en partenariat avec Laboratoire d'Electronique et de Technologie de l'Information (LETI - CEA) (laboratoire) depuis le 11-10-2016 .


  • Résumé

    Les mécanismes microscopiques à l'origine du fonctionnement des mémoires résistives de type OxRAM sont encore mal compris ce qui constitue un frein à leur optimisation. De nombreuses études suggèrent la formation d'un filament nanométrique caractérisé par une faible résistance par rapport au diélectrique enrobant. Ce filament se forme sous l'influence d'un champ électrique qui permet de mettre en mouvement les atomes d'oxygènes du diélectrique donnant lieu à différents mécanismes de conduction (blocage de coulomb, tunnel direct, ohmique). Plusieurs études ab initio ont été menées au sein du laboratoire de modélisation et simulation du Leti (LSM) afin de mettre en évidence les propriétés thermodynamiques des défauts dans les matériaux diélectriques utilisés dans ces mémoires. L'objectif de cette thèse est, de prédire par calcul ab initio les caractéristiques I-V des mémoires à base d'oxyde de d'hafnium (HfO2) et de tantale (Ta2O5). Le candidat de focalisera sur le transport dans un filament nanométrique en combinant un calcul de structure électronique avec un calcul en fonction de Green hors équilibre (NEGF). Les résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes microscopiques sous champ et à renforcer le lien avec des modèles macroscopiques à l'échelle de la cellule mémoire.

  • Titre traduit

    Ab initio simulation of electronic transport in advanced generation OxRAM


  • Résumé

    Microscopic phenomena driving the switching mechanisms of OxRAM resistive memories are not clearly understood which makes their optimization difficult. Many studies suggest the formation of a nanometric conductive filament across the electrodes. This filament is formed due to the application of an electric field which allows to displace oxygen atoms giving rise to various conduction mechanisms (Coulomb blockade, direct tunneling, ohmic). Various ab initio studies have been carried out at the simulation and modeling laboratory (LSM) of Leti to highlight thermodynamical properties of defects in dielectric materials used in these memories. The goal of this PhD is to predict using ab initio calculations I-V characteristics of hafnium oxide (HfO2) based and tantanum oxide (Ta2O5) based memories. The candidate will focus on the electronic transport in a nanometric conductive filament by combining an electronic structure calculation with a non-equilibrium Green functions (NEGF) calculation. These results will permit a better understanding of the microscopic mechanisms in an external electric field and to strength the links with macroscopic models at the scale of the memory cell.