Thèse soutenue

Mémoire magnétique memristive pour synapses spintroniques
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Auteur / Autrice : Marco Mansueto
Direction : Bernard DienyLiliana-Daniela Buda
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
Date : Soutenance le 17/12/2020
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Spintronique et technologie des composants (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Ahmad Bsiesy
Examinateurs / Examinatrices : Dafiné Ravelosona
Rapporteurs / Rapporteuses : Julie Grollier, Alina Maria Deac

Mots clés

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Résumé

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Dans le contexte d'une ère technologique ou la quantité de données augmente de façon exponentielle, le développement d'algorithmes inspirés du cerveau permet une extrapolation rapide et intelligente des informations. La parallélisation massive des neurones interconnectées via des synapses, émulée par ces algorithmes, conduit la une consommation d’énergie croissante lorsqu'ils sont exécutés sur des ordinateurs conventionnels. De là, il naît le besoin d'un matériel appropriée qui, contrairement à l'architecture Von Neumann, s'interconnecte à des unités de traitement la grande échelle et des unités de mémoire comme, respectivement, des neurones et des synapses. Pour cette raison, la réalisation de dispositifs de taille nanométrique capables de mimer les fonctionnalités des neurones et des synapses représente le principal défi pour l'intégration de puces neuromorphiques à grande échelle. Le but de ce travail est de réaliser des dispositifs memristifs, c'est-la-dire des mémoires multiniveaux non volatiles qui jouent le rôle de synapses, en exploitant les avantages de la technologie MRAM. Le premier appareil fonde ses principes de fonctionnement sur la variation de conductance d'un in-plane jonction tunnel magnétique magnétisée, en fonction de la direction relative des deux aimantations. En effet, la réalisation d'un milieu capable de stabiliser son aimantation selon différentes directions planes donne lieu la desétats de résistance intermédiaires. On obtient de telles propriétés isotropes à l'aide d'une structure ferromagnet/ antiferromagnet / ferromagnet dans laquelle l'épaisseur de la couche antiferromagnétique est suffisamment faible pour ne pas augmenter de biais d'échange. Nous intégrons cela dans une jonction tunnel magnétique dans le plan et, après un processus de nano-patterning, nous récupérons les mêmes propriétés. Le dispositif est capable d'augmenter ou de diminuer de manière monotone sa résistance en réponse la des impulsions de tension positives ou négatives (dans la plage ns) en raison du couple de transfert de spin provenant d'un polariseur hors plan supplémentaire. Nous démontrons l'existence d'au moins 21 niveaux de résistance pour une fréquence d'accès mémoire supérieure la 1 Hz. Nous modélisons également le dispositif avec un code macrospin implémentant l'équation de Landau Lifshitz Gilbert avec un terme dissipatif supplémentaire analogue au frottement sec dans la loi de Newton. Avec cela, nous récupérons tous les résultats obtenus expérimentalement avec un assez bon accord. Le deuxième concept, développée dans ce travail, est basée sur une jonction tunnel magnétisée perpendiculairement dont la couche libre présente une structure granulaire similaire la celle utilisée pour les supports d'enregistrement. La réalisation d'une telle couche a conduit la la réalisation de grains d'un diamètre d'environ 3nm et donc paramagnétiques la température ambiante. Les mesures électriques effectuées à 150K démontrent qu'un très grand nombre d'états de résistance peut être obtenu avec une commutation graduelle par champ de ces grains. De plus, l'utilisation d'impulsions de tension confirme que l'effet de transfert de spin peut être exploité pour l'inversion probabiliste de l'aimantation des grains.