Études des propriétés thermiques de matériaux intégrés dans des mémoires à changement de phase : vers une optimisation thermique des dispositifs

Study of materials integrated in phase change memories thermal properties : towards a thermal optimization of devices

• Auteur / Autrice : Clément Chassain
• Direction : Jean-Luc Battaglia, Marie-Claire Cyrille, Andrzej Kusiak
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 22/06/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de mécanique et d'ingénierie de Bordeaux
• Jury : Président / Présidente : Christophe Le Niliot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Marie-Claire Cyrille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Le Masson, Nicolas Horny

Mots clés

Mots clés contrôlés

Couches minces

Matériaux -- Propriétés thermiques

Matériaux à changement de phase

Radiométrie

Mots clés libres

Radiométrie photothermique

Mémoire à changement de phase

Caractérisation thermique

Couches Minces

Photothermal radiometry

Phase change memory

Thermal characterization

Thin layers

Résumé

Avec les progrès menés vers l'industrie 4.0 et le développement incessant de l'internet des objets, une quantité de données de plus en plus importante est produite chaque année. Ces données ont besoin d'être stockée et traitée, et pour ce faire de nouvelles technologies de mémoires non volatiles prometteuse sont mises en avant. C'est le cas des mémoires à changement de phase (PCRAM) qui sont étudiées dans ce travail de thèse. Ces mémoires stockent l'information à l'aide de variations au niveau de la structure atomique des matériaux à changement de phase (PCM) les constituant. Cependant, bien que les PCRAM soient prometteuses, de nombreuses innovations restent nécéssaire afin qu'elles puissent être produites industriellement et implémentée à grande échelle. Les travaux réalisés ont permis la caractérisation thermique de nouveaux alliages de PCM incorporés sous forme d'échantillons multicouches de la température ambiante jusqu'à 450°C en utilisant la radiométrie photothermique modulée (MPTR) et périodique pulsée (PPTR). Les mesures expérimentales ont été couplées à un modèle théorique permettant de simuler le transfert thermique dans les couches minces. Ce modèle a été établi à l'aide du formalisme des quadripôles thermiques et de la méthode des transformées intégrales. Le couplage des données expérimentales et de la modélisation a permis à l'aide de méthodes inverses d'estimer les paramètres qui sont d'intérêt pour le bon fonctionnement des PCRAM.

With the progress towards Industry 4.0 and the relentless development of the Internet of Things, more and more data is produced every year. This data needs to be stored and processed. Hence, new promising non-volatile memory technologies are being put forward. This is the case of phase change memories (PCRAM) which are studied in this thesis work. These memories store information using variations in the atomic structure of the phase change materials (PCM) that make them up. However, although PCRAMs are promising, many innovations remain necessary so that they can be produced industrially and implemented on a large scale. The work carried out allowed the thermal characterization of new PCM alloys incorporated in the form of multilayer samples from ambient temperature up to 450°C using modulated photothermal (MPTR) and periodically pulsed (PPTR) radiometry. The experimental measurements were coupled with a theoretical model allowing to simulate the thermal transfer in the thin layers. This model was established using the thermal quadrupole formalism and the integral transform method. The coupling of experimental data and modeling made it possible, using inverse methods, to estimate the parameters that are of interest for the proper functioning of PCRAMs.