Irradier des mémoire MRAM de dernière génération

Publié par Redbran le 21/09/2021 à 13:00
Source: CEA IRIG

© Spintec
Des chercheurs de l'Irig ont étudié les effets de l'irradiation par ions lourds sur les dispositifs à jonction tunnel magnétique de MRAM à forte densité, mettant en jeu les processus de fabrications les plus récents qu'ils ont développés. Ils ont également étudié la tolérance aux perturbations à événement unique et la modification des propriétés magnétiques.

L'environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...) spatial soumet les systèmes électroniques à rude épreuve où ils subissent de fortes variations de température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et...), et surtout un bombardement incessant de particules très énergétiques. Ces particules peuvent créer des dégâts considérables dans les composants microélectroniques comme les mémoires à semi-conducteurs et altérer les données (Dans les technologies de l'information (TI), une donnée est une description élémentaire, souvent...) de façon catastrophique. Les mémoires magnétiques à accès aléatoires (MRAM pour Magnetic Random Access Memory) sont connues pour être quasiment insensibles aux bombardements fortement énergétiques. Il s'agit néanmoins d'un type de MRAM très encombrant dont il est difficile de réduire les dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce...). À l'Irig, des physiciens travaillent sur des MRAM dont les dimensions peuvent être aisément réduites et qui pourraient de ce fait constituer des candidats intéressants pour remplacer les mémoires utilisées actuellement par l'industrie spatiale (L'Industrie spatiale est la composante de l'industrie dédiée au secteur spatial. Elle...).

Les mémoires les plus courantes fonctionnent par piégeage et dépiégeage de charges électriques. Dans l'espace (satellites géostationnaires, missions spatiales lointaines...) ces composants sont soumis à un bombardement intense de particules ayant des énergies très importantes (électrons, protons, rayons gamma,...). Certaines de ces particules, souvent les plus énergétiques, peuvent traverser les dispositifs de blindage et venir endommager les mémoires ou perturber leur fonctionnement. En effet, une particule fortement énergétique est capable de "dépiéger" une charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...), ou au contraire d'en créer une, ce qui a pour effet de modifier l'information de façon ponctuelle ou définitive.

Les MRAM stockent l'information en utilisant l'orientation (Au sens littéral, l'orientation désigne ou matérialise la direction de l'Orient (lever du soleil...) relative des aimantations magnétiques de deux couches magnétiques. En l'absence de charge, les mémoires MRAM ne sont pas susceptibles à ce type de phénomène. Les chercheurs de l'Irig étudient différents types de MRAM. Ils ont étudié la tenue aux irradiations de Jonctions Tunnel (Un tunnel est une galerie souterraine livrant passage à une voie de communication (chemin de...) Magnétiques (JTM) de mémoires pouvant servir à des mémoires MRAM à forte densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) (d'au moins 1 Go), qui mettent en jeu les processus de fabrications les plus récents qu'ils ont développés.


Chambre d'irradiation au cyclotron (Le cyclotron est un type d’accélérateur circulaire inventé par Ernest Orlando Lawrence en...) de Louvain.
L'image insérée montre le faisceau d'ions (croix violette) sur le circuit au cours de l'irradiation
.

Les expériences d'irradiations ont été effectuées au Cyclotron de l'Université (Une université est un établissement d'enseignement supérieur dont l'objectif est la...) Catholique de Louvain (UCL). L'irradiation des mémoires avec des ions lourds 124Xe35+ de 995 MeV (les ions les plus énergétiques disponibles à Louvain, représentatifs de l'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) des particules pouvant impacter les circuits) montre une sensibilité insignifiante des JTM face à ces particules et aucune modification de leurs propriétés électriques. Par ailleurs, les chercheurs ont observé que les propriétés de magnétorésistance étaient légèrement améliorées après irradiations. En revanche, des modifications de certaines propriétés magnétiques peuvent être observées, notamment la réduction du champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) coercitif et un décalage du cycle hystérésis. Ces derniers changements pourraient conduire à une dégradation de l'utilisation de la mémoire (D'une manière générale, la mémoire est le stockage de l'information. C'est aussi le souvenir...), notamment en termes de stabilité. Les causes de ces dégradations semblent être la conséquence d'un effet de chauffage (Le chauffage est l'action de transmettre de l'énergie thermique à un objet, un...) induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de...) par l'irradiation (énergie déposée par les particules).


L'hystérésis (ou hystérèse), est la propriété d'un système dont l'évolution ne suit pas le même chemin selon qu'une cause extérieure augmente ou diminue.

Références:
O Coi, G Di Pendina, R Sousa, N Adrianjohany, D Dangla, R Ecoffet and L Torres
Heavy-ion irradiation effects on advanced perpendicular anisotropy spin-transfer torque magnetic tunnel junction.
IEEE Transactions on Nuclear Science, 2021.
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