Étude de l’extension de la gamme de températures de fonctionnement des Mémoires Magnétiques à Accès Aléatoire Assistées Thermiquement (TAS-MRAM)
Lucien LOMBARD
DSM/INAC/SPINTEC
Mercredi 01/12/2010, 11h00
Bât. K, Salle R. Lemaire (K223), Institut Néel

Cette thèse rassemble des travaux réalisés dans le cadre du transfert de la technologie des mémoires TAS-MRAM (acronyme pour mémoires magnétiques à accès aléatoire à écriture assistée thermiquement) entre le laboratoire Spintec et la société Crocus-Technology. L'objectif de cette thèse était de trouver des solutions permettant le fonctionnement des TAS-MRAM sur une gamme de température (-s) étendue (-s).

Le stockage de l'information dans les TAS-MRAM repose sur le piégeage d'une couche ferromagnétique par couplage d'échange avec une couche antiferromagnétique (AF). Mon travail a consisté à étudier l'écriture des cellules mémoires TAS-MRAM en utilisant deux AFs d'épaisseur variable, l'IrMn dans un premier temps, puis le FeMn. L'utilisation de ce type de cellules mémoires a permis d'accéder à des temps de chauffage très courts afin d'étudier l'influence de l'activation thermique, dans une gamme de temps allant de 10ns à 100µs. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence le rôle de l'activation thermique dans l'écriture des points mémoires, pour l'ensemble des épaisseurs choisies des deux AF et ce dans l'étendue complète de la gamme de temps de chauffage explorée. Ils ont montré également que l'augmentation de l'épaisseur de l'AF permet d'augmenter la stabilité thermique de l'information dans la mémoire. Néanmoins, en augmentant l'épaisseur d'IrMn, le rôle réduit de l'activation thermique pour les durées de chauffage les plus courtes aboutit à des températures d'écriture trop élevées. Le FeMn en revanche s'est révélé être un bien meilleur candidat pour la réalisation de TAS-MRAM en montrant qu'il était possible d'obtenir  une stabilité thermique identique à celle de l'IrMn tout en permettant de réduire les températures d'écritures pour les impulsions de chauffages les plus courtes. Les résultats suggèrent que la température de Néel du FeMn, plus basse que celle de l'IrMn est à l'origine de cette différence de température d'écriture lorsque le rôle de l'activation thermique diminue.

This work present some of the efforts realised in order to transfer the Thermally Assisted Switching MRAM technology  between Spintec Laboratory and Crocus-Technology. The main goal of this study was to find the solutions allowing functionality of TAS-MRAM over a large range of temperature. The storage of information in TAS-MRAM rely on the pinning of a ferromagnetic thin film by an anti-ferromagnetic material (AF). My work was to study the write processes of TAS-MRAM cells with two AFs, having different thicknesses, first IrMn then FeMn. By using these types of memory cells, we have been able to access very short heating duration so as to study the influence of thermal activation over a range of heating time  from 100µs to 10ns. Our results showed the role of thermal activation on TAS-MRAM write processes for both AFs and all AF thicknesses over the complete range of heating duration that has been explored. They also showed that an increase of AF thickness can increase the thermal stability of the information. Nevertheless, by increasing IrMn thickness, the smaller influence of thermal activation when heating duration is reduced causes the write temperature to reach very high values, that are not desirable for a low consumption and high endurance device. However, FeMn proved himself to be a far better candidate for the realisation of TAS-MRAM by showing thermal stability identical to IrMn as well as a lower write temperature when heating duration is reduced. The results suggest that the lower Néel temperature of FeMn  could be the origin of this lower write temperature for shorter heating duration.

Contact : Michel BENINI

 

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