Analyse de la fiabilité de mémoires à changement de phase embarquées basées sur des matériaux innovants

• Main Author: Navarro, Gabriele
• Language: English
• Published: Université de Grenoble 2013
• Subjects: [SPI:OTHER] Engineering Sciences/Other; [SPI:OTHER] Sciences de l'ingénieur/Autre; PCM; Mémoires à changement de phase; Integration; Mémoires avancées; Mémoires embarquées
• Online Access: http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01061792; http://tel.archives-ouvertes.fr/docs/01/06/17/92/PDF/36879_NAVARRO_2013_archivage.pdf

Les Mémoires ont de plus en plus importance à l'époque actuelle, et sont fondamentales pour la définition de tous les systèmes électroniques avec lesquels nous entrons en contact dans notre vie quotidienne. Les mémoires non-volatiles (NVM), représentées par la technologie Flash, ont pu suivre jusqu'à présent l'effort à la miniaturisation pour satisfaire la demande croissante de densité de mémoire exigée par le marché. Cependant, la réduction de la taille du dispositif de mémoire est de plus en plus difficile et la complexité technologique demandé a augmenté le coût par octet. Dans ce contexte, les technologies de mémoire innovantes deviennent non seulement une alternative, mais la seule solution possible pour fournir une densité plus élevée à moindre coût, une meilleure fonctionnalité et une faible consommation d'énergie. Les Mémoires à Changement de Phase (PCM) sont considérées comme la solution de pointe pour la future génération de mémoires non-volatiles, grâce à leur non-volatilité , scalabilité, "bit-alterability", grande vitesse de lecture et d'écriture, et cyclabilité élevée. Néanmoins, certains problèmes de fiabilité restent à surmonter afin de rendre cette technologie un remplacement valable de la technologie Flash dans toutes les applications. Plus en détail, la conservation des données à haute température, est l'une des principales exigences des applications embarquées industrielles et automobiles. Cette thèse se concentre sur l'étude des mémoires à changement de phase pour des applications embarquées, dans le but d'optimiser le dispositif de mémoire et enfin de proposer des solutions pour surmonter les principaux obstacles de cette technologie, en abordant notamment les applications automobiles. Nous avons conçu, fabriqué et testé des dispositifs PCM basés sur des structures reconnues et innovantes, en analysant leurs avantages et inconvénients, et en évaluant l'impact de la réduction de la taille. Notre analyse de fiabilité a conduit au développement d'un système de caractérisation dédié à caractériser nos cellules PCM avec des impulsions de l'ordre de la nanoseconde, et à la mise en oeuvre d'un outil de simulation basé sur un solveur thermoélectrique et sur l'approche numérique "Level Set", pour comprendre les différentes mécanismes qui ont lieu dans nos cellules pendant les opérations de programmation. Afin de répondre aux spécifications du marché des mémoires non-volatiles embarquées, nous avons conçu le matériau à changement de phase intégré dans le dispositif PCM avec deux principales approches: la variation de la stoechiométrie et l'ajout de dopants. Nous avons démontré et expliqué comment la rétention des données dans les dispositifs PCM à base de GeTe peut être améliorée avec l'augmentation de la concentration de Te, et comment les inclusions de SiO2 peuvent réduire les défauts causés par la tension de lecture à températures de fonctionnement élevées. En outre, nous avons présenté les avantages sur la réduction de la puissance de programmation du dopage de carbone dans les dispositifs à base de GST. Enfin, nous avons étudié les effets de l'enrichissement en Ge dans le GST, combiné avec le dopage N et C, intégré dans des cellules PCM à l'état de l'art. Grâce à l'introduction d'une nouvelle technique de programmation, nous avons démontré la possibilité d'augmenter la vitesse de programmation de ces dispositifs, caractérisés par des performances de rétention des données parmi les meilleurs rapportés dans la littérature, et de réduire le phénomène de la dérive de la résistance qui affecte la stabilité de l'état programmé des cellules PCM. Nous avons donc prouvé, avec ces derniers résultats, la validité de la technologie PCM pour les applications embarquées.