Etude de circuits de détection et d'IPs analogiques basés sur les jonctions tunnel magnétiques pour la prochaine génération de circuits et systèmes CMOS

Study Of Sensing And Analog IP Blocks Based On Magnetic Tunnel Junctions For Next Generation Of CMOS Circuits And Systems

• Auteur / Autrice : Jad Mohdad
• Direction : Pascal Nouet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes automatiques et micro-électroniques
• Date : Soutenance le 09/12/2020
• Etablissement(s) : Montpellier
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique, de robotique et de micro-électronique (Montpellier ; 1992-....)
• Jury : Président / Présidente : Lionel Torres
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pascal Nouet, Lionel Torres, Gilles Jacquemod, Jean-Michel Portal, Frédérick Mailly, Francky Catthoor
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Gilles Jacquemod, Jean-Michel Portal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Circuits intégrés analogiques numériques

Semiconducteurs

Circuits intégrés numériques

Circuits intégrés

Capteurs (technologie)

Mots clés libres

Conception de circuits

Jonctions tunnel magnétiques

Capteurs

Briques analogiques

Sensing blocks

Magnetic tunnel junctions

CMOS design

Analog IP

Résumé

L'évolution de la société et la volonté de progrès traduits par le foisonnement de l'intelligence artificielle et l'accroissement des données numériques nécessitent des innovations continues dans l'électronique. Alors que d'importantes innovations dans la conception et la fabrication de circuits intégrés conduisent toujours vers le développement de nœuds avancés, l'économie des semi-conducteurs et la course vers la miniaturisation fruits de la loi de Moore sont manifestement en train de stagner. L'intégration hétérogène sera la technologique clé à l'avenir. Avec son large éventail d’applications ; matériaux, types de circuits, nœuds technologiques, interconnexions et autres, elle est essentielle pour fournir des fonctionnalités et des caractéristiques de fonctionnement améliorées. Parmi la large gamme de solutions, la spintronique et son élément principal, la textcolor{blue}{Jonction Tunnel Magnétique (MTJ)} sont des candidats très prometteurs pour ouvrir la voie à des architectures hétérogènes. Dans cette thèse, plusieurs circuits, méthodologies et applications sont proposés pour tirer partie de la disponibilité des éléments magnétiques en faveur des fonctionnalités analogiques et de détection. Pour démontrer la co-intégration des technologies magnétiques et textcolor{blue}{CMOS}, plusieurs véhicules de test sont conçus et fabriqués avec la technologie unique de textcolor{blue}{MTJ} développée dans le cadre du projet Européen gls{GREAT}. Les résultats préliminaires obtenus sur silicium sont prometteurs pour la réalisation d'une technologie de base combinant toutes les fonctionnalités.

While significant ongoing innovation in design and process technologies continue the drive to advanced nodes, Moore’s-Law economics and performance are evidently plateauing. Continued progress reflected by the explosive expansion of digital data growth and artificial intelligence requires different advances for electronics innovation. Heterogeneous Integration is and will be the key technology direction going forward. With its wide-range level of applications; materials, circuit types, technology nodes, interconnects and other, it is essential in providing enhanced functionalities and improved operating characteristics. Of the broad range of solutions, spintronics and its core element, the gls{MTJ} are high promising candidates for paving the way to heterogeneous architectures. In this thesis, several circuit concepts, methodologies and applications are proposed within this context to leverage availability of magnetic elements in favour of analog and sensing functionalities and vice-versa. For demonstrating the co-integration of magnetic and gls{CMOS} process technologies several test vehicles are layed-out and fabricated with the unique gls{MTJ} technology developed for the gls{GREAT} project. Preliminary silicon results are promising and comforting in achieving a base-line technology combining all functionalities.