Nouvelle modélisation de la mémoire magnétique

Publié par Redbran le 24/04/2019 à 14:00
Source: CEA IRIG
1
Restez toujours informé: suivez-nous sur Google Actualités (icone ☆)

Des chercheurs du laboratoire Spintec de notre institut travaillent sur les MRAM. Dans cette étude, ils proposent d'intégrer l'effet Joule au modèle macrospin afin de le rendre applicable à toute sorte de nano-piliers et plus facilement intégrable dans des outils de conception de microélectronique.

Les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM) sont des dispositifs spintroniques alliant la non-volatilité (conserve ses données en l'absence d'alimentation électrique), la rapidité et la robustesse face aux radiations. Elles sont destinées à devenir une des briques de base des futurs (Futurs est une collection de science-fiction des Éditions de l'Aurore.) processeurs et/ou architectures (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans,...) néuromorphiques (ou réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des...) de neurones). Au cœur du composant, il y a une jonction tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...) magnétique constituée de deux couches ferromagnétiques (de référence et de stockage) séparées par une barrière isolante (Figure 1). Les approches les plus prometteuses privilégient la configuration des jonctions tunnels magnétiques dite perpendiculaire (En géométrie plane, on dit que deux droites sont perpendiculaires quand elles se coupent en...) pour laquelle les aimantations de deux couches ferromagnétiques sont perpendiculaires à leur plan.


Figure 1: Schéma d'un nano-pilier JTM
En fonction de l'orientation parallèle ou antiparallèle de l'aimantation entre les 2 couches ferromagnétiques (flèches), la résistance électrique de la jonction (La Jonction est un quartier de la ville de Genève (Suisse), son nom familier est "la Jonquille") sera faible ou forte, codant ainsi l'information binaire. L'une de ces couches, dite de référence, a une aimantation fixe lors du fonctionnement du point mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...) (JTM). La seconde ( Seconde est le féminin de l'adjectif second, qui vient immédiatement après le premier ou qui...), ou couche de stockage, sert à enregistrer l'information via son aimantation qui, lors de l'écriture, change sous l'action d'un échelon (pulse) de tension (La tension est une force d'extension.) de quelques nanosecondes.

Pour augmenter la densité d'intégration des mémoires, la taille latérale de la jonction magnétique (Figure 1) est constamment réduite, mais ceci engendre une augmentation forte du courant nécessaire à l'écriture. Tout naturellement, les conséquences de l'effet Joule (L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique. Il se produit lors du...) deviennent importantes et entraînent l'échauffement de la couche de stockage dont les propriétés magnétiques s'en trouvent perturbées. Son comportement dévie alors du comportement standard désiré. Ainsi le retournement de l'aimantation n'est plus piloté et tout le fonctionnement du point mémoire est mis à l'épreuve.

Les chercheurs du laboratoire Spintronique et Technologie des Composants (Spintec) de l'institut IRIG, ont amélioré le modèle "macrospin" utilisé habituellement afin de décrire le retournement d'aimantation en tenant compte de l'effet Joule. Dans ce nouveau modèle, l'aimantation de la couche de stockage est uniforme et son orientation libre d'évoluer avec le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) et/ou le courant appliqué (pulse). Pendant le pulse, la variation de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...) par effet Joule impacte plusieurs paramètres magnétiques du système qui sont calculés. Une calibration de ce modèle (Figure 2) a soigneusement été réalisée afin de permettre de décrire fidèlement le comportement des jonctions perpendiculaires quel que soit la tension appliquée, et ainsi déterminer les points de stabilité (champ, tension) de fonctionnement.


Figure 2: Diagramme champ-tension mesuré expérimentalement
La couleur bleue indique l'état parallèle des 2 couches ferromagnétiques (P, basse résistance électrique), le rouge indique l'état anti-parallèle (AP, haute résistance électrique). Le blanc est la zone de bi-stabilité (P/AP). Les lignes vertes sont les lignes de stabilité issues de la modélisation.

L'intérêt de ce nouveau modèle réside dans son applicabilité à toute sorte de nano-piliers (jonction tunnel magnétique de taille nanométrique latérale) et au fait qu'il sera facilement intégrable dans des outils de conception de microélectronique.

Références publication:
Strelkov N, Chavent A, Timopheev A, Sousa RC, Prejbeanu IL, Buda-Prejbeanu LD and Dieny B
Impact of Joule heating on the stability phase diagrams of perpendicular magnetic tunnel junctions.
Physical Review B, 2019
Page générée en 0.408 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise