PREJBEANU - presentation SEE-IEEE Brillouin award Dec 3 2012 - new.pdf

11/12/2012
Auteurs :
OAI : oai:www.see.asso.fr:1165:3272
DOI :

Résumé

PREJBEANU - presentation SEE-IEEE Brillouin award Dec 3 2012 - new.pdf

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Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Lucian PREJBEANU R&D manager CROCUS TECHNOLOGY Prix conjoint SEE-IEEE « Léon-Nicolas BRILLOUIN » 2012 Soirée des Grands Prix de la SEE, 3 Déc. 2012 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 1. Introduction 2. 1ère génération de MRAM – architecture et limitations 3. Solution pour la miniaturisation: TA-MRAM 4. Transfert industriel 6. En dessous de 45nm: TA-STT 5. TA-MRAM à lecture auto-référencée (MLU) Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 1/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Année Densitésurfacique 2/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Couche douce Barrière isolante Couche dure Couche de piégeage R basse R haute stockage référence R H ↑↑ ↑↑↑↓ − = R RR TMR « 1 » « 0 » I.L. Prejbeanu et al, J.Phys. Cond. Mat (2007) 3/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 C-MOS memory cell Bit line MTJ Digit line Lecture ON Ecriture OFF I.L. Prejbeanu et al, J.Phys. Cond. Mat (2007) 4/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 45000 50000 0 200 400 600 800 1000 Bit Length [nm] Switchingfield[A/m] NiFe30/CoFe15 AR=1,5 NiFe30 AR=1,25 L Champ d’écriture Hsw= 2K/Ms + (AR-1)/L*tMs augmente à petites tailles Stabilité des données Energy ∆E       ∆ −= Tk E f B exp 1 0 τ Thermal relaxation time, τ, Energy ∆E       ∆ −= Tk E f B exp 1 0 τ Thermal relaxation time, τ, Energy ∆E       ∆ −= Tk E f B exp 1 0 τ Thermal relaxation time, τ,       ∆ −= Tk E f B exp 1 0 τ Thermal relaxation time, τ, KeffV/kBT>60 (pour 10ans) diminue à petite taille I.L. Prejbeanu et al, J.Phys. Cond. Mat (2007) 5/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Utilisation d’une couche AF pour “bloquer” l’information stockée L’information débloquée par chauffage de la cellule (au-dessus de la T critique de l’AF) L’écriture est assurée par un seul champ magnétique ou par STT champ STTBrevets SPINTEC – projet UE NEXT (2002-2005) 6/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 0 state R H Hex Ih = 0 Isw = 0 T = room temperature 0 OFF écriture ONON chauffage OFF R HIh > 0 Isw > 0 T > blocking temperature Hsw Hsw Ih Isw refroidissement 1 state OFF T = room temperature R H Hex Ih = 0 Isw = 0 1 Brevets SPINTEC – projet UE NEXT (2002-2005) 7/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 I.L. Prejbeanu et al, IEEE Trans MAG (2004) Excellente sélectivité pas d’écriture sans chauffage Protection contre l’effacement des données Pas d’écriture -20 -10 0 10 20 Field(mT)Resistance 10 20 30 40 50 60 70 N° cycle 1 0 1. Uniquement champ magnétique -20 -10 0 10 20 Field(mT) 2. Champ magnétique + chauffage (5ns) Resistance 10 20 30 40 50 60 70 N° cycle 1 0 Répétabilité excellente extrapolée à 1012 cycles Ecriture répétable Bien mieux que la FLASH (105 cycles)… 8/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Process Integration Mag. Materials & Process 130nm CMOS Wafers Process Integration RUSNANO C N E 90/65/45nm CMOS Wafers (Future) Investment Investment 9/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Produits stand-alone compatibles BB-SRAM, échantillonnage en cours 130nm / 3.3V industry-standard CMOS front-end, 4 metals + magnetics R/W temps comparable au C3 SRAM (<35ns) Gamme de température commercialle (0-85°C) Cyclage 10e12 cycles 10/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 11/15 Brevet Crocus (2009), I.L. Prejbeanu et al , J. Phys. D: Appl. Phys (2013), B. Cambou – white paper www.crocus-technology.com Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 16–20 σσσσ Zoneinterdite ∝∝∝∝TMR∝∝∝∝RA “0” Resistance “1” Resistance “0” Resistance “1” Resistance 1. Distribution large R - OK Brevet Crocus (2009), I.L. Prejbeanu et al , J. Phys. D: Appl. Phys (2013), B. Cambou – white paper www.crocus-technology.com 4. Gamme de température élargie3. Fabrication simplifiée 2. Valeur plus faible TMR - OK 12/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Input Stored Match 0 0 Yes 0 1 No 1 0 No 1 1 Yes 5. Fonctions logiques possibles (mémoire + capteur) Mémoires de type NAND (3x plus denses) Applications sécuritaires, cryptographie, cartes à puces Microcontrolleurs 13/15 B. Cambou – white paper www.crocus-technology.com Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 TA-MRAM (champ) limitée en dessous de 45nm le champ magnétique ne diminue pas avec la taille latérale (impact sur la largeur de la ligne et l’importance relative des drivers de champ) risque de cross-talk magnétique ON 14/15 ON Ih ON IhSolution proposée: TA+STT (planaire et perpendiculaire) Réduire la densité du courant critique en-dessous de 1MA/cm² Maintenir la stabilité de l’information (KV/kBT>60) Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 Nouvelle solution proposée (TA-MRAM) pour résoudre les problème de miniaturisation et adressage de la 1ère génération de MRAM – découple le problème de puissance consommée et stabilité de données Validation du concept TA-MRAM en laboratoire Transfert industriel (Crocus Technology) -> produit Nouvelle génération de TA-MRAM à lecture auto-référencée (fonctionnelle avec des rendements moins bons, avec moins de TMR, gamme de température élargie, mémoires plus denses, utilisation dans applications logiques) En dessous de 45nm, nouvelle solution TA-STT-MRAM 15/15 Lucian PREJBEANU Soirée des Grands Prix de la SEE, Paris, 3 Décembre 2012 R.C. Sousa S. Auffret L.Buda-Prejbeanu B. Dieny M. Kerekes C. Papusoi B. Rodmacq M.M.C. Souza J.P. Nozières J. Vidal S. Bandiera B. Cambou Y. Conraux C. Creuzet C. Ducruet E. Gapihan J. Hérault L. Lombard K. Mackay C. Maunoury J. Pereira C. Portemont O. Redon A. Astier B. Delaet M.-T. Delaye H. Sibuet D. Abraham A. Annunziata P. Trouilloud D. Worledge J. Laenger W. Maass B. Ocker P. Freitas S. Freitas