Elaboration et caractérisation de jonctions tunnel à plusieurs barrières pour l'intégration dans une nouvelle génération de mémoires magnétiques

Abstract

Après la découverte d'une grande magnétorésistance tunnel (MRT) dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM) à température ambiante, beaucoup d applications potentielles basées sur le transport polarisé ont émergé, en particulier pour l utilisation des jonctions tunnel au sein de mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). Cependant, les MRAM actuellement proposées, nécessitent d ajouter un commutateur semi-conducteur (un transistor CMOS ou une diode PN ) en série avec la cellule mémoire (JTM). En effet, dans une matrice de JTM, il faut supprimer (ou bloquer) les courants parasites provenant des autres éléments lors de la lecture de l état magnétique d un élément donné. Cependant, ce procédé est pénalisé par la difficulté technologique de combiner une partie semi-conductrice, où la conduction se fait dans une géométrie planaire, et une partie métal/oxyde. Un des moyens de contourner cette difficulté d intégration est d introduire une diode à base de multicouches métal/isolant (Metal Insulator Diode MID). Dans ce cas, on peut fabriquer des diodes avec la même taille latérale que les jonctions magnétiques conduisant à une augmentation de la densité de stockage de la MRAM. Dans ce travail de thèse, nous avons élaboré de telles structures et nous avons validé le fonctionnement d'une diode Métal/Isolant avec un rapport de rectification élevé. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l intégration en série de la diode MID ainsi obtenue avec une jonction magnétique donnant le signal magnétorésistif (fonction de mémoire) dans une structure MID-RAM. Le fonctionnement de la MID-RAM a été validé à l aide de simulations et de contacts macroscopiques entre une diode MID et une jonction magnétique. Une structure intégrée a été réalisé montrant à la fois un signal MRT et une rectification du courant. Cependant, nous montrons que cette intégration se heurte à des difficultés liées au caractéristiques intrinsèques du transport dans ces structures.After discovery of a great tunnel magnetoresistance (TMR) in magnetic tunnel junctions (MTJ) at room temperature, several potential applications based on polarized transport have emerged. Large TMR values at room temperature are very promising, in particular, for the use of the tunnel junctions within magnetic random access memory (MRAM) devices. However, the MRAM currently proposed, which incorporate magnetic junctions tunnel, require to add a semiconductor switch (a CMOS transistor or a PN diode) in series with the cell memory (MTJ). Indeed, in a matrix of MTJ, it is necessary to remove (or block) the stray currents coming from the other elements during the reading of the magnetic state of a given element. However, this process is penalized by the technological difficulty to combine a semiconductor part, where conduction is done in a planar geometry, and a metal/oxide part. One of the means of circumventing this difficulty of integration is to introduce a diode based on metal/insolator multilayers. In this case, diodes can be manufactured with the same size as the magnetic junctions that will lead to an increase of the storage density in the MRAM. In this thesis, we have elaborated such structures and have validated the operating mode of a Metal-Insulator Diode (MID) with a high rectification ratio. The second part of this work is devoted to the integration of the diode thus obtained with a magnetic junction giving the magnetoresitif signal in a MID-RAM structure. This corresponds to contacting the MID diode (blocking function) in series with a magnetic tunnel junction (memory function RAM). The operating mode of the MID-RAM has been validated using simulations and macroscopic contacts between a MID and a magnetic junction. An integrated structure has been realised exhibiting simultaneously TMR signal and rectified current. However, we show that this integration comes up against difficulties related to intrinsic properties of the transport in such structures.STRASBOURG-Sc. et Techniques (674822102) / SudocSudocFranceF