CA2553577A1 - Memoire magnetique a jonction tunnel magnetique a ecriture assistee thermiquement et procede pour son ecriture - Google Patents
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Abstract
Cette mémoire magnétique à écriture assistée thermiquement, dont chaque poin t mémoire (40) est constitué d'une jonction tunnel magnétique, et dont la section parallèlement au plan des couches constitutives de la jonction tunne l est circulaire ou sensiblement circulaire, ladite jonction tunnel comprend a u moins : - une couche piégée (44), dont l'aimantation est de direction fixe, - une couche libre (42), dont la direction d'aimantation est variable, - une couche isolante (43), interposée entre la couche libre (42) et la couche piégée (44), dans laquelle la couche libre (42) est formée d~au moins une couche magnétique douce et d~une couche de piégeage (41), les deux couches étant couplées magnétiquement par contact, et dans laquelle la température d e fonctionnement de la mémoire en lecture ou au repos est choisie en dessous d e la température de blocage des couches respectivement libre et piégée.</SDOAB >
Description
MEMOIRE MAGNETIQUE A JONCTION TUNNEL MAGNETIQUE A ECRITURE ASSISTES
THERMIQUEMENT ET PROCEDE POUR SON ECRITURE
Domaine techniaue La présente invention se rattache au domaine des mémoires magnétiques, et notamment des mémoires magnétiques à accès aléatoire non volatiles permettant le stockage et la lecture de données dans des systèmes électroniques. Plus précisément, elle concerne les mémoires à accès aléatoire magnétique, appelées M-RAM
(Magnetic Rarzdonz Access Mernory), constituées d'une jonction tunnel magnétique.
L'invention concerne également un procédé d'écriture thermomagnétique au sein d'une telle mémoire.
Etat antérieur de la techniaue Les mémoires magnétiques M-RAM ont connu un regain d'intérêt avec la mise au point de jonction tunnel magnétique (MTJ, pour "Magtzetic Tuytnel Juytctiorz") présentant une forte magnéto-résistance à température ambiante. Ces mémoires magnétiques à accès aléatoire présentent de nombreux atouts - rapidité (quelques nanosecondes de durée d'écriture et de lecture), - non volatilité, - absence de fatigue à la lecture et à l'écriture, - insensibilité aux radiations ionisantes.
Ce faisant, elles sont susceptibles de remplacer les mémoires de technologie plus traditionnelle, basées sur l'état de charge d'une capacité (DRAM, SRAM, FLASH) et ainsi devenir une mémoire universelle.
Dans les premières mémoires magnétiques réalisées, le point mémoire était constitué d'un élément dit "à magnéto-résistance géante", constitué d'un empilement 3o de plusieurs couches métalliques alternativement magnétiques et non magnétiques.
Une description détaillée de ce type de structure peut, par exemple, être trouvée dans les documents US-A-4 949 039 et US-A-5 159 513 pour la structure de base, et dans le document US-A-5 343 422 pour la réalisation d'une mémoire RAM à partir de ces structures de base.
THERMIQUEMENT ET PROCEDE POUR SON ECRITURE
Domaine techniaue La présente invention se rattache au domaine des mémoires magnétiques, et notamment des mémoires magnétiques à accès aléatoire non volatiles permettant le stockage et la lecture de données dans des systèmes électroniques. Plus précisément, elle concerne les mémoires à accès aléatoire magnétique, appelées M-RAM
(Magnetic Rarzdonz Access Mernory), constituées d'une jonction tunnel magnétique.
L'invention concerne également un procédé d'écriture thermomagnétique au sein d'une telle mémoire.
Etat antérieur de la techniaue Les mémoires magnétiques M-RAM ont connu un regain d'intérêt avec la mise au point de jonction tunnel magnétique (MTJ, pour "Magtzetic Tuytnel Juytctiorz") présentant une forte magnéto-résistance à température ambiante. Ces mémoires magnétiques à accès aléatoire présentent de nombreux atouts - rapidité (quelques nanosecondes de durée d'écriture et de lecture), - non volatilité, - absence de fatigue à la lecture et à l'écriture, - insensibilité aux radiations ionisantes.
Ce faisant, elles sont susceptibles de remplacer les mémoires de technologie plus traditionnelle, basées sur l'état de charge d'une capacité (DRAM, SRAM, FLASH) et ainsi devenir une mémoire universelle.
Dans les premières mémoires magnétiques réalisées, le point mémoire était constitué d'un élément dit "à magnéto-résistance géante", constitué d'un empilement 3o de plusieurs couches métalliques alternativement magnétiques et non magnétiques.
Une description détaillée de ce type de structure peut, par exemple, être trouvée dans les documents US-A-4 949 039 et US-A-5 159 513 pour la structure de base, et dans le document US-A-5 343 422 pour la réalisation d'une mémoire RAM à partir de ces structures de base.
2 Cette technologie, de par son architecture, permet la réalisation de mémoires non volatiles avec une technologie simple, mais de capacité limitée. En effet, le fait que les éléments mémoires soient connectés en série le long de chaque ligne limite la possibilité d'intégration, puisque le signal est de plus en plus faible lorsque le nombre d'éléments augmente.
La mise au point des points mémoire à jonction tunnel magnétique (MTJ) a permis une augmentation significative des performances et du mode de fonctionnement de ces mémoires. Ces mémoires magnétiques à jonction tunnel magnétique ont, par exemple, été décrites dans le document US-A-5 640 343.
Dans leurs formes les plus simples, elles sont composées de deux couches magnétiques de coercitivité différente, séparées par une couche mince isolante.
Ces MRAM à jonction tunnel magnétique ont fait (objet de perfectionnements tels que par exemple décrits dans le document US-A-6 021 065 et dans la publication "Journal of Applied Physics" - Vol. 81, 1997, page 3758 et représenté au sein de la figure 1. Ainsi que l'on peut l'observer, chaque élément mémoire (10) est constitué de (association d'un transistor CMOS (12) et d'une jonction tunnel MTJ (11).
Ladite jonction tunnel (11) comporte au moins une couche magnétique (20) dite "couche de stockage", une fine couche isolante (21) et une couche magnétique (22) dite "couche de référence".
Préférentiellement, mais de manière non limitative, les deux couches magnétiques sont réalisées à base des métaux 3d (Fe, Co, Ni) et leurs alliages, et la couche isolante est traditionnellement constituée d'alumine (A1203).
Préférentiellement, la couche magnétique (22) est couplée à une couche anti-ferromagnétique (23), dont la fonction est de piéger la couche (22), afin que son aimantation ne bascule pas, ou bascule de façon réversible sous l'effet d'un champ magnétique extérieur. Préférentiellement, la couche de référence (22) peut être, elle 3o même, constituée de plusieurs couches, comme par exemple décrit dans le document US-A-5 583 725, afin de former une couche anti-ferromagnétique synthétique.
Il est également possible de remplacer la simple jonction tunnel par une double jonction tunnel comme cela est décrit dans la publication Y.Saito et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials vo1.223 (2001) page 293. Dans ce cas la couche de stockage est prise en sandwich entre deux couches fines isolantes, avec deux couches de référence situées du côté opposé desdites couches isolantes.
La mise au point des points mémoire à jonction tunnel magnétique (MTJ) a permis une augmentation significative des performances et du mode de fonctionnement de ces mémoires. Ces mémoires magnétiques à jonction tunnel magnétique ont, par exemple, été décrites dans le document US-A-5 640 343.
Dans leurs formes les plus simples, elles sont composées de deux couches magnétiques de coercitivité différente, séparées par une couche mince isolante.
Ces MRAM à jonction tunnel magnétique ont fait (objet de perfectionnements tels que par exemple décrits dans le document US-A-6 021 065 et dans la publication "Journal of Applied Physics" - Vol. 81, 1997, page 3758 et représenté au sein de la figure 1. Ainsi que l'on peut l'observer, chaque élément mémoire (10) est constitué de (association d'un transistor CMOS (12) et d'une jonction tunnel MTJ (11).
Ladite jonction tunnel (11) comporte au moins une couche magnétique (20) dite "couche de stockage", une fine couche isolante (21) et une couche magnétique (22) dite "couche de référence".
Préférentiellement, mais de manière non limitative, les deux couches magnétiques sont réalisées à base des métaux 3d (Fe, Co, Ni) et leurs alliages, et la couche isolante est traditionnellement constituée d'alumine (A1203).
Préférentiellement, la couche magnétique (22) est couplée à une couche anti-ferromagnétique (23), dont la fonction est de piéger la couche (22), afin que son aimantation ne bascule pas, ou bascule de façon réversible sous l'effet d'un champ magnétique extérieur. Préférentiellement, la couche de référence (22) peut être, elle 3o même, constituée de plusieurs couches, comme par exemple décrit dans le document US-A-5 583 725, afin de former une couche anti-ferromagnétique synthétique.
Il est également possible de remplacer la simple jonction tunnel par une double jonction tunnel comme cela est décrit dans la publication Y.Saito et al., Journal of Magnetism and Magnetic Materials vo1.223 (2001) page 293. Dans ce cas la couche de stockage est prise en sandwich entre deux couches fines isolantes, avec deux couches de référence situées du côté opposé desdites couches isolantes.
3 Lorsque les aimantations des couches magnétiques de stockage et de référence sont anti-parallèles, la résistance de la jonction est élevée. En revanche, lorsque les aimantations sont parallèles, cette résistance devient faible. La variation relative de résistance entre ces deux états peut typiquement atteindre 40 % par un choix approprié des matériaux constitutifs des couches de (empilement et/ou de traitement thermique de ces matériaux. Ainsi que déjà précisé, la jonction (11) est placée entre un transistor de commutation (12) et une ligne d'amenée de courant (14) (Word Line) formant une ligne conductrice supérieure. Un courant électrique passant dans celle-ci produit un premier champ magnétique. Une ligne conductrice (15) inférieure (Bit lo Line), généralement disposée de manière orthogonale par rapport à la ligne (14) (Word Line) permet, lorsqu'on y fait circuler un courant électrique, de produire un second champ magnétique.
Dans le mode écriture, le transistor (12) est bloqué, et aucun courant ne traverse donc le transistor. On fait circuler des impulsions de courant dans la ligne d'amenée de courant (14) et dans la ligne (15). La jonction (11) est donc soumise à
deux champs magnétiques orthogonaux. L'un est appliqué selon Taxe d'aimantation difficile de la couche de stockage, également dénommée "couche libre" (22), afin d'y réduire son champ de retournement, tandis que (autre est appliqué selon son axe de facile aimantation, afin de provoquer le retournement de l'aimantation et donc (écriture du point mémoire.
Dans le mode lecture, le transistor (12) est placé en mode saturé, c'est-à-dire que le courant électrique traversant ce transistor est maximum, par l'envoi d'une impulsion de courant positif dans la grille dudit transistor. Le courant électrique envoyé dans la ligne (14) traverse uniquement le point mémoire, dont le transistor est placé en mode saturé. Ce courant électrique permet de mesurer la résistance de la jonction de ce point mémoire. Par comparaison avec un point mémoire de référence, on sait alors si (aimantation de la couche de stockage (22) est parallèle ou anti-3o parallèle à celle de la couche de référence (20). L'état du point mémoire considéré
(<e 0 » ou <e 1 ») peut ainsi être déterminé.
Les impulsions de champ magnétique générées par les deux lignes (14, 15) permettent, ainsi qu'on (aura compris, la commutation de (aimantation de la couche de stockage (20) lors du processus d'écriture. Ces impulsions de champ magnétique sont produites en envoyant des impulsions de courant courtes (typiquement 2 à
nanosecondes) et d'intensité faible (typiquement inférieure à 10 milliampères) le long des lignes de courant (14, 15). L'intensité de ces impulsions et leur synchronisation
Dans le mode écriture, le transistor (12) est bloqué, et aucun courant ne traverse donc le transistor. On fait circuler des impulsions de courant dans la ligne d'amenée de courant (14) et dans la ligne (15). La jonction (11) est donc soumise à
deux champs magnétiques orthogonaux. L'un est appliqué selon Taxe d'aimantation difficile de la couche de stockage, également dénommée "couche libre" (22), afin d'y réduire son champ de retournement, tandis que (autre est appliqué selon son axe de facile aimantation, afin de provoquer le retournement de l'aimantation et donc (écriture du point mémoire.
Dans le mode lecture, le transistor (12) est placé en mode saturé, c'est-à-dire que le courant électrique traversant ce transistor est maximum, par l'envoi d'une impulsion de courant positif dans la grille dudit transistor. Le courant électrique envoyé dans la ligne (14) traverse uniquement le point mémoire, dont le transistor est placé en mode saturé. Ce courant électrique permet de mesurer la résistance de la jonction de ce point mémoire. Par comparaison avec un point mémoire de référence, on sait alors si (aimantation de la couche de stockage (22) est parallèle ou anti-3o parallèle à celle de la couche de référence (20). L'état du point mémoire considéré
(<e 0 » ou <e 1 ») peut ainsi être déterminé.
Les impulsions de champ magnétique générées par les deux lignes (14, 15) permettent, ainsi qu'on (aura compris, la commutation de (aimantation de la couche de stockage (20) lors du processus d'écriture. Ces impulsions de champ magnétique sont produites en envoyant des impulsions de courant courtes (typiquement 2 à
nanosecondes) et d'intensité faible (typiquement inférieure à 10 milliampères) le long des lignes de courant (14, 15). L'intensité de ces impulsions et leur synchronisation
4 sont ajustées de sorte que seule l'aimantation du point mémoire se trouvant à
(intersection de ces deux lignes de courant (point sélectionné) peut commuter sous (effet du champ magnétique généré par les deux conducteurs. Les autres points mémoires, situés sur la même ligne ou sur la même colonne (points demi-s sélectionnés) ne sont, de fait, assujettis qu'au champ magnétique d'un seul des conducteurs (14, 15), et en conséquence ne se retournent pas.
Afin d'obtenir un fonctionnement satisfaisant de cette architecture lors du processus d'écriture, il est nécessaire d'utiliser des points mémoire de forme 1o anisotrope, généralement des ellipses, croissants, demi-ellipses, diamants... avec des rapports longueur sur largeur élevés, typiquement 1.5 et plus. (voir figure 2.). Cette géométrie est en effet requise pour obtenir - d'une part, un fonctionnement bi-stable, c'est-à-dire deux états bien définis du point mémoire correspondant à l'état « 1 » et à (état e< 0 », 15 - et d'autre part, une bonne sélectivité à l'écriture entre les points mémoire sélectionnés et les points mémoire demi-sélectionnés situés sur une même ligne ou une même colonne.
- une bonne stabilité thermique et temporelle 20 De par le mécanisme de structure de ces points mémoire, on comprend clairement les limites de cette architecture.
L'écriture étant constituée par un champ magnétique extérieur, elle est assujettie à la valeur du champ de retournement individuel de chaque point mémoire.
25 Si la fonction de distribution des champs de retournement pour (ensemble des points mémoire est large (en effet, elle n'est pas uniforme en raison des contraintes de fabrication et des fluctuations statistiques intrinsèques), il est nécessaire que le champ magnétique sur le point mémoire sélectionné soit supérieur au champ de retournement le plus élevé de la distribution, au risque de renverser accidentellement 3o certains points mémoire situés sur la ligne ou sur la colonne correspondante, dont le champ de retournement, situé dans la partie basse de la distribution, est plus faible que le champ magnétique généré par la ligne ou la colonne seule. Inversement, si fon souhaite s'assurer qu'aucun point mémoire ne soit écrit par une ligne ou une colonne, il faut limiter le courant d'écriture de telle sorte à ne jamais dépasser, pour ces points 35 mémoire, le champ magnétique correspondant à la partie basse de la distribution, au risque de ne pas écrire le point mémoire sélectionné à l'intersection desdites ligne et colonne, si son champ de retournement est situé dans la partie haute de la distribution.
En d'autres termes, cette architecture à sélection par champ magnétique à
(aide de lignes et de colonnes ou conducteurs, peut facilement conduire à des erreurs d'adressage à (écriture. Compte-tenu de ce qu il est attendu que la fonction de distribution des champs de retournement des points mémoire soit d'autant plus large
(intersection de ces deux lignes de courant (point sélectionné) peut commuter sous (effet du champ magnétique généré par les deux conducteurs. Les autres points mémoires, situés sur la même ligne ou sur la même colonne (points demi-s sélectionnés) ne sont, de fait, assujettis qu'au champ magnétique d'un seul des conducteurs (14, 15), et en conséquence ne se retournent pas.
Afin d'obtenir un fonctionnement satisfaisant de cette architecture lors du processus d'écriture, il est nécessaire d'utiliser des points mémoire de forme 1o anisotrope, généralement des ellipses, croissants, demi-ellipses, diamants... avec des rapports longueur sur largeur élevés, typiquement 1.5 et plus. (voir figure 2.). Cette géométrie est en effet requise pour obtenir - d'une part, un fonctionnement bi-stable, c'est-à-dire deux états bien définis du point mémoire correspondant à l'état « 1 » et à (état e< 0 », 15 - et d'autre part, une bonne sélectivité à l'écriture entre les points mémoire sélectionnés et les points mémoire demi-sélectionnés situés sur une même ligne ou une même colonne.
- une bonne stabilité thermique et temporelle 20 De par le mécanisme de structure de ces points mémoire, on comprend clairement les limites de cette architecture.
L'écriture étant constituée par un champ magnétique extérieur, elle est assujettie à la valeur du champ de retournement individuel de chaque point mémoire.
25 Si la fonction de distribution des champs de retournement pour (ensemble des points mémoire est large (en effet, elle n'est pas uniforme en raison des contraintes de fabrication et des fluctuations statistiques intrinsèques), il est nécessaire que le champ magnétique sur le point mémoire sélectionné soit supérieur au champ de retournement le plus élevé de la distribution, au risque de renverser accidentellement 3o certains points mémoire situés sur la ligne ou sur la colonne correspondante, dont le champ de retournement, situé dans la partie basse de la distribution, est plus faible que le champ magnétique généré par la ligne ou la colonne seule. Inversement, si fon souhaite s'assurer qu'aucun point mémoire ne soit écrit par une ligne ou une colonne, il faut limiter le courant d'écriture de telle sorte à ne jamais dépasser, pour ces points 35 mémoire, le champ magnétique correspondant à la partie basse de la distribution, au risque de ne pas écrire le point mémoire sélectionné à l'intersection desdites ligne et colonne, si son champ de retournement est situé dans la partie haute de la distribution.
En d'autres termes, cette architecture à sélection par champ magnétique à
(aide de lignes et de colonnes ou conducteurs, peut facilement conduire à des erreurs d'adressage à (écriture. Compte-tenu de ce qu il est attendu que la fonction de distribution des champs de retournement des points mémoire soit d'autant plus large
5 que leur dimension est faible, puisque c'est la géométrie des points mémoire (forme, irrégularité, défaut) qui domine le mécanisme de renversement de l'aimantation, cet effet ne peut qu'empirer dans les générations de produits futurs.
Selon un perfectionnement décrit dans le document US-A-5 959 880, le rapport d'aspect du point mémoire peut être diminué en utilisant l'anisotropie intrinsèque du matériau constitutif de la couche de stockage (connue par l'homme de l'art sous le nom de l'anisotropie magnétocristalline) pour définir les deux états stables du système. Avec cette approche, cependant, la stabilité temporelle ou thermique du système n'est cependant plus garantie car c'est le même paramètre physique qui gouverne le processus d'écriture et la stabilité thermique - si l'anisotropie magnétocristalline est importante, le système est stable (en temps et en température) et les deux états du point mémoire sont bien définis. En revanche, le champ magnétique requis pour renverser l'aimantation dudit point mémoire d'un état stable à l'autre (le champ d'écriture) est important, donc la puissance consommée lors du processus d'écriture est grande.
- Inversement, si l' anisotropie magnétocristalline est faible, la puissance consommée à l'écriture est faible, mais la stabilité thermique et temporelle n'est plus assurée. De plus, les deux états au repos du point mémoire sont mal définis car les structures magnétiques â l'intérieur du point mémoire sont complexes et multiples selon le cyclage en champ.
En d'autres termes, il est impossible d'assurer simultanément une faible puissance consommée et la stabilité thermique et temporelle.
Selon un perfectionnement décrit par exemple dans le brevet US-A-6 385 082, une impulsion de courant est envoyée à travers le point mémoire lors du processus d'écriture, en ouvrant le transistor (12), dans (objectif d'induire un échauffement significatif dudit point mémoire. L'échauffement du point mémoire produit un abaissement du champ magnétique d'écriture requis. Pendant cette phase oû la température du point adressé est significativement supérieure à celle des autres points mémoire, des impulsions de courant sont envoyées dans les lignes (14, 15) pour créer deux champs magnétiques orthogonaux, permettant la commutation de (aimantation
Selon un perfectionnement décrit dans le document US-A-5 959 880, le rapport d'aspect du point mémoire peut être diminué en utilisant l'anisotropie intrinsèque du matériau constitutif de la couche de stockage (connue par l'homme de l'art sous le nom de l'anisotropie magnétocristalline) pour définir les deux états stables du système. Avec cette approche, cependant, la stabilité temporelle ou thermique du système n'est cependant plus garantie car c'est le même paramètre physique qui gouverne le processus d'écriture et la stabilité thermique - si l'anisotropie magnétocristalline est importante, le système est stable (en temps et en température) et les deux états du point mémoire sont bien définis. En revanche, le champ magnétique requis pour renverser l'aimantation dudit point mémoire d'un état stable à l'autre (le champ d'écriture) est important, donc la puissance consommée lors du processus d'écriture est grande.
- Inversement, si l' anisotropie magnétocristalline est faible, la puissance consommée à l'écriture est faible, mais la stabilité thermique et temporelle n'est plus assurée. De plus, les deux états au repos du point mémoire sont mal définis car les structures magnétiques â l'intérieur du point mémoire sont complexes et multiples selon le cyclage en champ.
En d'autres termes, il est impossible d'assurer simultanément une faible puissance consommée et la stabilité thermique et temporelle.
Selon un perfectionnement décrit par exemple dans le brevet US-A-6 385 082, une impulsion de courant est envoyée à travers le point mémoire lors du processus d'écriture, en ouvrant le transistor (12), dans (objectif d'induire un échauffement significatif dudit point mémoire. L'échauffement du point mémoire produit un abaissement du champ magnétique d'écriture requis. Pendant cette phase oû la température du point adressé est significativement supérieure à celle des autres points mémoire, des impulsions de courant sont envoyées dans les lignes (14, 15) pour créer deux champs magnétiques orthogonaux, permettant la commutation de (aimantation
6 de la couche de stockage de la jonction considérée. Cette écriture, assistée thermiquement, permet d'améliorer la sélection à l'écriture, puisque seul le point mémoire sélectionné est échauffé, les autres points mémoire demi sélectionnés sur la même ligne ou sur la même colonne restant à température ambiante. En d'autres termes, le perfectionnement décrit dans ce document vise à augmenter la sélectivité à
l'écriture en échauffant la jonction adressée tout en gardant le concept de base d'écriture par envoi de deux impulsions de champs magnétiques orthogonaux.
D'autres méthodes d'adressage, également basées sur une élévation de température du point mémoire, mais utilisant un seul champ magnétique ou une commutation magnétique par injection de courant polarisé en spin dans la couche de stockage ont été décrites dans les documents FR 2 829 867 et FR 2 829 868.
La mise en oeuvre d'un tel chauffage du point mémoire sélectionné offre différents avantages, parmi lesquels on peut citer - une amélioration importante de la sélectivité à (écriture, puisque seul le point mémoire à écrire est chauffé, - une amélioration importante de la sélectivité à (écriture, en utilisant des matériaux à fort champ d'écriture à température ambiante, 2o - une amélioration de la stabilité en champ magnétique nul (rétention) en utilisant des matériaux à forte anisotropie magnétique (intrinsèque ou liée à
la forme du point mémoire) à température ambiante, - la possibilité de diminuer fortement la taille du point mémoire sans affecter la limite de stabilité, en utilisant des matériaux à forte anisotropie magnétique à température ambiante.
Descriptif sommaire de l'invention L'objectif de la présente invention est d'optimiser de manière supplémentaire 3o les avantages précédemment évoqués en abaissant le champ de retournement de (aimantation du point mémoire par la sélection d'une géométrie particulière dudit point mémoire, et notamment en mettant en oeuvre une géométrie circulaire. En effet, il a pu être montré, et c'est là le coeur de la présente invention, que dans le cadre d'une telle géométrie circulaire du point mémoire, l' anisotropie de forme du point mémoire qui est responsable d'une augmentation du champ de retournement de (aimantation est nulle. Par voie de conséquence, la puissance électrique requise pour réaliser l'écriture d'un point mémoire peut être considérablement abaissée dans l'approche écriture assistée thermiquement. Ce résultat constitue un avantage décisif,
l'écriture en échauffant la jonction adressée tout en gardant le concept de base d'écriture par envoi de deux impulsions de champs magnétiques orthogonaux.
D'autres méthodes d'adressage, également basées sur une élévation de température du point mémoire, mais utilisant un seul champ magnétique ou une commutation magnétique par injection de courant polarisé en spin dans la couche de stockage ont été décrites dans les documents FR 2 829 867 et FR 2 829 868.
La mise en oeuvre d'un tel chauffage du point mémoire sélectionné offre différents avantages, parmi lesquels on peut citer - une amélioration importante de la sélectivité à (écriture, puisque seul le point mémoire à écrire est chauffé, - une amélioration importante de la sélectivité à (écriture, en utilisant des matériaux à fort champ d'écriture à température ambiante, 2o - une amélioration de la stabilité en champ magnétique nul (rétention) en utilisant des matériaux à forte anisotropie magnétique (intrinsèque ou liée à
la forme du point mémoire) à température ambiante, - la possibilité de diminuer fortement la taille du point mémoire sans affecter la limite de stabilité, en utilisant des matériaux à forte anisotropie magnétique à température ambiante.
Descriptif sommaire de l'invention L'objectif de la présente invention est d'optimiser de manière supplémentaire 3o les avantages précédemment évoqués en abaissant le champ de retournement de (aimantation du point mémoire par la sélection d'une géométrie particulière dudit point mémoire, et notamment en mettant en oeuvre une géométrie circulaire. En effet, il a pu être montré, et c'est là le coeur de la présente invention, que dans le cadre d'une telle géométrie circulaire du point mémoire, l' anisotropie de forme du point mémoire qui est responsable d'une augmentation du champ de retournement de (aimantation est nulle. Par voie de conséquence, la puissance électrique requise pour réaliser l'écriture d'un point mémoire peut être considérablement abaissée dans l'approche écriture assistée thermiquement. Ce résultat constitue un avantage décisif,
7 en particulier pour les applications portables et pour les applications en technologie sur SOI (Silicium sur Isolant).
A cet égard, il convient de souligner que l' utilisation simple d' une géométrie circulaire, telle que décrite dans le document précité US-A-5 959 880, sans utiliser ni l'approche d'écriture assistée thermiquement ni l'optimisation telle que décrite dans la présente invention, ne permet pas d'assurer la fonctionnalité recherchée car il est alors impossible, pour la raison décrite ci-dessus, d'assurer simultanément une faible puissance consommée et la stabilité thermique et temporelle.
lo Ainsi, (invention concerne une mémoire magnétique à écriture assistée thermiquement, dont chaque point mémoire est constitué d'une jonction tunnel magnétique, et dont la section parallèlement au plan des couches constitutives de la jonction tunnel est circulaire ou sensiblement circulaire, ladite jonction tunnel comprenant au moins - une couche magnétique de référence, dite "couche piégée", dont (aimantation est de direction fixe, - une couche magnétique de stockage, dite "couche libre", dont la direction d'aimantation est variable, - une couche isolante, interposée entre la couche libre et la couche piégée, et dans laquelle la couche de stockage est formée d'au moins une couche magnétique douce, c'est-à-dire d'anisotropie magnétique réduite, préférentiellement inférieure à
10 Oersted, et typiquement comprise entre 1 et 3 Oersted, et d'une couche de piégeage, les deux couches étant couplées magnétiquement par contact, et dans laquelle la température de fonctionnement de la mémoire en lecture ou au repos est choisie en dessous de la température de blocage des couches respectivement libre et piégée, c'est à dire la température à laquelle le piégeage magnétique disparaît.
Selon un aspect avantageux de l'invention, la couche magnétique douce de la 3o couche de stockage est constituée d'un alliage à base de nickel, de cobalt et de fer et la couche de piégeage est constituée d'un alliage à base de fer et de cobalt, ou d'un alliage anti-ferromagnétique à base de manganèse, ou d'alliages amorphes à
base de terre rare et de métal de transition.
Toujours selon (invention, la couche de référence ôu couche piégée est préférentiellement constituée d'une couche synthétique anti-ferromagnétique artificielle, constituée de deux couches ferro-magnétiques en alliages à base de
A cet égard, il convient de souligner que l' utilisation simple d' une géométrie circulaire, telle que décrite dans le document précité US-A-5 959 880, sans utiliser ni l'approche d'écriture assistée thermiquement ni l'optimisation telle que décrite dans la présente invention, ne permet pas d'assurer la fonctionnalité recherchée car il est alors impossible, pour la raison décrite ci-dessus, d'assurer simultanément une faible puissance consommée et la stabilité thermique et temporelle.
lo Ainsi, (invention concerne une mémoire magnétique à écriture assistée thermiquement, dont chaque point mémoire est constitué d'une jonction tunnel magnétique, et dont la section parallèlement au plan des couches constitutives de la jonction tunnel est circulaire ou sensiblement circulaire, ladite jonction tunnel comprenant au moins - une couche magnétique de référence, dite "couche piégée", dont (aimantation est de direction fixe, - une couche magnétique de stockage, dite "couche libre", dont la direction d'aimantation est variable, - une couche isolante, interposée entre la couche libre et la couche piégée, et dans laquelle la couche de stockage est formée d'au moins une couche magnétique douce, c'est-à-dire d'anisotropie magnétique réduite, préférentiellement inférieure à
10 Oersted, et typiquement comprise entre 1 et 3 Oersted, et d'une couche de piégeage, les deux couches étant couplées magnétiquement par contact, et dans laquelle la température de fonctionnement de la mémoire en lecture ou au repos est choisie en dessous de la température de blocage des couches respectivement libre et piégée, c'est à dire la température à laquelle le piégeage magnétique disparaît.
Selon un aspect avantageux de l'invention, la couche magnétique douce de la 3o couche de stockage est constituée d'un alliage à base de nickel, de cobalt et de fer et la couche de piégeage est constituée d'un alliage à base de fer et de cobalt, ou d'un alliage anti-ferromagnétique à base de manganèse, ou d'alliages amorphes à
base de terre rare et de métal de transition.
Toujours selon (invention, la couche de référence ôu couche piégée est préférentiellement constituée d'une couche synthétique anti-ferromagnétique artificielle, constituée de deux couches ferro-magnétiques en alliages à base de
8 nickel, de cobalt et de fer, séparées d'une couche non magnétique, de telle sorte que les aimantations des deux couches ferromagnétiques soient anti-parallèles.
Comme il est connu de l'homme de l'art, les couches de stockage et de référence peuvent en outre comporter près de l'interface avec la barnère tunnel une couche additionnelle de cobalt ou d'alliage riche en cobalt et destinée à
augmenter la polarisaïion des électrons tunnel et donc l'amplitude de magnétorésistance.
Selon l'invention, les ~ points mémoire sont organisés en réseau, chaque point 1o mémoire étant connecté en son sommet à une ligne conductrice et â sa base, à un transistor de sélection, l'écriture étant réalisée au niveau d'un point mémoire considéré par l'envoi simultané d'impulsions de courant électrique dans ledit conducteur et d'un courant de chauffage par (ouverture dudit transistor.
Selon une caractéristique avantageuse de (invention, le transistor de commande et sa ligne de commande correspondante sont placés sous le point mémoire considéré.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à (appui des figures annexées.
Descriution sommaire des ~~ures La figure l, déjà décrite, est une représentation schématique de (architecture d'une mémoire magnétique de (état antérieur de la technique, dont les points mémoire sont constitués par une jonction tunnel magnétique.
La figure 2, également déjà décrite, est une représentation schématique des formes des points mémoire de fart antérieur.
La figure 3 est une représentation schématique illustrant (état d'aimantation des 3o couches constitutives des points mémoire, respectivement à (état « 1 » et à
l'état «0».
La figure 4A est une représentation schématique d'un point mémoire conforme à une première forme de réalisation de l'invention, dont la figure 4B est une vue schématique du dessus.
La figure 5A est une représentation schématique d'un point mémoire selon une variante de l'invention, dont la figure 5B est une vue schématique du dessus.
Comme il est connu de l'homme de l'art, les couches de stockage et de référence peuvent en outre comporter près de l'interface avec la barnère tunnel une couche additionnelle de cobalt ou d'alliage riche en cobalt et destinée à
augmenter la polarisaïion des électrons tunnel et donc l'amplitude de magnétorésistance.
Selon l'invention, les ~ points mémoire sont organisés en réseau, chaque point 1o mémoire étant connecté en son sommet à une ligne conductrice et â sa base, à un transistor de sélection, l'écriture étant réalisée au niveau d'un point mémoire considéré par l'envoi simultané d'impulsions de courant électrique dans ledit conducteur et d'un courant de chauffage par (ouverture dudit transistor.
Selon une caractéristique avantageuse de (invention, le transistor de commande et sa ligne de commande correspondante sont placés sous le point mémoire considéré.
La manière dont l'invention peut être réalisée et les avantages qui en découlent ressortiront mieux des exemples de réalisation qui suivent, donnés à titre indicatif et non limitatif, à (appui des figures annexées.
Descriution sommaire des ~~ures La figure l, déjà décrite, est une représentation schématique de (architecture d'une mémoire magnétique de (état antérieur de la technique, dont les points mémoire sont constitués par une jonction tunnel magnétique.
La figure 2, également déjà décrite, est une représentation schématique des formes des points mémoire de fart antérieur.
La figure 3 est une représentation schématique illustrant (état d'aimantation des 3o couches constitutives des points mémoire, respectivement à (état « 1 » et à
l'état «0».
La figure 4A est une représentation schématique d'un point mémoire conforme à une première forme de réalisation de l'invention, dont la figure 4B est une vue schématique du dessus.
La figure 5A est une représentation schématique d'un point mémoire selon une variante de l'invention, dont la figure 5B est une vue schématique du dessus.
9 La figure 6A est une représentation schématique d'une autre variante d'un point mémoire conforme à la présente invention, dont la figure 6B est une vue schématique du dessus.
La, figure 7 décrit la variation calculée du champ d'écriture requis dans un point mémoire elliptique à base de Ni8oFe2o1Co9oFelo (épaisseurs respectives 30 et Angstrom) en fonction de la longueur du point mémoire pour différents facteurs de forme AR=longueur/largeur.
Description détaillée de l'invention On a représenté au sein de la figure 3 les orientations de l'aimantation des différentes couches constitutives d'un point mémoire, notamment de l'art antérieur.
Selon celui-ci, la couche de stockage (30) est constituée d'un empilement comprenant au moins une couche ferro-magnétique (32) et une couche anti-ferromagnétique (31).
Ces deux couches sont déposées de telle sorte qu'un couplage d'échange magnétique s'établisse entre les deux couches. L'empilement du point mémoire complet comporte également au moins une couche isolante (33) et une couche de référence (34), avantageusement associées à une couche de piégeage (35). Cette architecture est décrite sous la dénomination de couche de stockage piégée. Les avantages procurés 2o par cette architecture sont multiples - limite de stabilité des points mémoires repoussée, - insensibilité aux champs magnétiques externes, - possibilité de réaliser des stockages mufti-niveaux.
Selon (invention, le point mémoire utilisant une couche de stockage piégée n'est plus de forme allongée, mais de forme circulaire et plus précisément, sa section transversale parallèlement au plan des couches le constituant est circulaire.
En d'autres termes, le point mémoire présente un profil cylindrique ou conique, et donc une symétrie de révolution.
Selon l'invention, le point mémoire peut également être de géométrie non circulaire tant que son rapport d'aspect reste inférieur à 1.2 (20% de différence entre la longueur et la largeur).
Ce faisant, et comme déjâ indiqué précédemment, l'anisotropie de forme du point mémoire est minimisée, diminuant de manière significative le champ de retournement de (aimantation du point mémoire en processus d'écriture, et par voie de conséquence, diminuant la puissance électrique requise. Un exemple de la dépendance du champ d'écriture pour les différents facteurs de forme est donné
dans la figure 7. On observe sur cette figure que le lorsque le point mémoire n'est pas de géométrie circulaire, le champ d'écriture (exprimé ici en courant dans les conducteurs utilisé pour générer le champ magnétique) croît fortement lorsque la 5 dimension du point mémoire est réduite en dessous de 200nm, et d' autant plus abruptement que le rapport d'aspect (quotient de la longueur sur la largeur) est important. Au contraire, lorsque le point mémoire est de géométrie circulaire (rapport d'aspect = 1), le champ d'écriture décroît de manière monotone avec la dimension du point mémoire, même en dessous de 200 nm.
Avantageusement, la couche de stockage (30) ou couche libre est formée d'un matériau doux, c'est-à-dire dont le champ de renversement (champ coercitif) est très faible. Préférentiellement, ce matériau est un alliage contenant du nickel, du fer ou du cobalt, en particulier du perrnalloy NiBOF'eZO ,NiFeCo ou FeCoB. En effet, l'utilisation d'un matériau très doux permet de diminuer le champ magnétique requis à
l'écriture, donc la puissance consommée.
Avantageusement, les couches de piégeage (31) et (35) sont constituées d'un matériau anti-ferromagnétique et notamment d'un alliage à base de manganèse de type Pt5oMn5o, h2oMn8o ou NiSOMnso. Il est important de préciser que les épaisseurs, la nature chimique ou la microstructure des couches de piégeage (31) et (35) different afin que leurs températures de blocage (température à laquelle le couplage d'échange avec la couche ferromagnétique adjacente, respectivement la couche de stockage (30) et la couche de référence (34)) soient bien différenciées. Plus précisément, la température de blocage de la couche (31) doit être inférieure à celle de la couche (35) afin de permettre, lors de l'écriture, de débloquer l'aimantation de la couche de stockage (30) à écrire, sans altérer la direction de l'aimantation de la couche de référence (34) du même point mémoire.
3o Avantageusement, la couche de référence (34) est une structure synthétique constituée d'une couche synthétique anti-ferromagnétique et de deux couches ferro-magnétiques en alliages à base de nickel, de cobalt et de fer, séparées d'une couche non magnétique, de telle sorte que les aimantations des deux couches ferromagnétiques soient couplées avec des orientations anti-parallèles de leurs aimantations, afin de minimiser le champ magnéto-statique agissant sur la couche de stockage (30).
Avantageusement, les couches de stockage et de référence peuvent en outre comporter près de l'interface avec la barrière tunnel une couche additionnelle de cobalt ou d' alliage riche en cobalt, et destinée à augmenter la polarisation des électrons tunnel et donc l'amplitude de magnétorésistance.
On a représenté schématiquement en relation avec les figures 4A et 4B, la structure d'un point mémoire conforme à (invention. Le point mémoire comporte la jonction tunnel magnétique proprement dite, de forme cylindrique ainsi que déjà dit, un transistor d'adressage (46) muni de sa ligne de commande (47) et un conducteur lo (48), permettant de générer le champ magnétique parallèlement à Taxe facile de (aimantation de la couche de stockage (41). L'aimantation des couches magnétiques est sensiblement dans le plan des couches.
Avantageusement et comme expliqué précédemment, cette structure à simple barrière tunnel pourrait avantageusement être remplacée par une structure à
double barrière tunnel. Dans ce cas, la couche de stockage (41) est constituée d'une tricouche antiferromagnétique (par exemple IrZOMnBO) en sandwich entre deux couches ferromagnétiques, simple ou complexes, (par exemple NisoFe2o/Co9oFeio).
Cette « tricouche » de stockage est insérée entre deux barnères tunnels,. du côté
opposé desquelles se situent les deux couches de référence similaires à celles décrite dans l' état de l' art.
Le fonctionnement de ces structures peut être décrit de la manière suivante.
Les températures de blocage des couches de stockage et de référence doivent étre supérieures à la température de fonctionnement de la mémoire hors échauffement, et même nettement supérieure à cette température de fonctionnement, dès lors que l'on souhaite stocker l'information de manière stable. La température de blocage de la couche de stockage doit être inférieure à celle de la couche de 3o référence.
Ainsi, en phase d'écriture, le transistor (46) associé au point mémoire (40) est commuté en mode bloqué par une impulsion de tension dans la ligne (47). En même temps, une impulsion de tension est appliquée au point mémoire (40) par le biais de la ligne (48), de telle sorte qu'un courant électrique circule à travers la jonction tunnel (40) via le transistor (46). Le niveau de tension est défini de telle sorte que la densité de puissance produite au niveau de la jonction permette une élévation la température de la jonction tunnel (40) à une température supérieure à la température de blocage de la couche anti-ferromagnétique (42), et inférieure à la température de blocage de la couche de piégeage (45). A cette température, (aimantation de la couche de stockage (41) n'est plus piégée par la couche (42) et peut donc se retourner sous (effet d'un champ magnétique d'écriture. En revanche, (aimantation de la couche de référence (44), constituée d'un matériau à forte anisotropie magnéto-cristalline, et séparée de la couche de stockage (41) par la barrière isolante (43), reste piégée par la couche (45), dont la température de blocage est supérieure à
celle de la couche (42), de sorte qû elle ne commute pas sous (effet du champ magnétique d'écriture.
lo Il est à noter qu'en considérant une densité de courant maximum de 10 mA./~um2 afin de limiter la taille du transistor de commande (46), et un produit RxA
(résistance x surface) de la jonction tunnel (40) de 100 et 200 Ohms~m2 (valeurs accessibles dans l' état de l' art) pour des jonctions à simple et double barrière, respectivement, les tensions à appliquer sont de l'ordre de 1 à 2 volts. Ces valeurs sont tout à fais admissibles en régime dynamique (impulsions électriques de courte durée).
Ilne fois le point mémoire échauffé au dessus de la température de blocage de 2o la couche antiferromagnétique (42), le chauffage est stoppé en fermant le transistor (46) de manière à couper le courant de chauffage circulant au travers de la jonction tunnel (40). L'impulsion de courant dans le conducteur d'excitation (48), qui ne passe plus à travers la jonction tunnel (40), est maintenue avec un signe et une amplitude tels que le champ magnétique produit permette le renversement de l'aimantation de la couche de stockage (41) dans la direction désirée. La synchronisation et la durée de (impulsion doivent être ajustées de telle sorte que l'aimantation de 1a couche de stockage (41) soit orientée dans la direction désirée pendant le refroidissement du point mémoire (40), jusqu'à une température du point mémoire inférieure à la température de blocage de la couche antiferromagnétique (42). Il est alors possible de couper les courant dans la ligne (48). Le point mémoire (40) finit alors de redescendre à la température de fonctionnement hors écriture et l'aimantation de la couche de stockage (41) finit de se figer dans la direction désirée. Le point mémoire est alors écrit.
Afin de mieux saisir l'avantage inhérent à la mise en oeuvre d'un point mémoire cylindrique, tel que décrit dans la présente invention, il convient d'exprimer l'énergie de la hauteur de barrière de potentiel qu'il faut franchir pour passer d'un état e< 0 » à un état « 1 » du point mémoire, ladite hauteur de barrière de potentiel étant directement liée d'une part, à la valeur du champ magnétique qu'il faut appliquer pour écrire le point mémoire, donc à la puissance consommée, et d'autre part à la stabilité thermique et temporelle des données écrites.
Dans le cas de l'état antérieur de la technique où la couche de stockage n'est pas piégée par interaction d'échange à la couche de piégeage (42), la stabilité
thermique de la mémoire est assurée par l'anisotropie de forme du point mémoire, directement reliée au rapport d'aspect entre longueur et largeur du point mémoire.
L' énergie de la barrière par unité de volume s' écrit alors comme lo Eb =K+A~ ltMs où le premier terme (K) est l' anisotropie magnéto-cristalline et le second terme est l'anisotropie de forme. Dans ce second terme, AR est le rapport d'aspect (longueur/largeur) du point mémoire, L sa longueur, t l'épaisseur de la couche de stockage (41) et Ms son aimantation à saturation. Pour une valeur de AR=1.5 (valeur typique de l'état antérieur de la technique), Eb s'écrit Eb =K+OL tMs Les limitations de l'état antérieur de la technique sont immédiatement décelables. En effet - Plus le point mémoire diminue en taille (L diminue, AR constant) plus l'énergie de la barrière augmente, d'où une augmentation importante de la puissance consommée ;
- Plus le rapport d' aspect est faible {AR diminue, L constant), plus l' énergie de la barnère diminue, d' où une perte de la stabilité thermique et temporelle des données, d'autant plus importante que le point mémoire diminue en taille. La seule parade est ici d'augmenter l'anisotropie magnéto-cristalline K en adaptant le matériau du point mémoire, mais alors au prix d'une augmentation importante de la puissance consommée.
Dans le cas de la présente invention, où la couche de stockage (41) est piégée par échange avec la couche (42), il n'est plus nécessaire d'utiliser l'anisotropie de forme pour assurer la stabilité thermique et temporelle du point mémoire. En choisissant une géométrie circulaire ou presque circulaire (AR~1), on annule le terme d'anisotropie de forme, et l'énergie de la barrière s'écrit alors z ~b = K+ J~ -MS 1- T
t TB
où le second terme correspond maintenant à l'énergie d'échange entre la couche de stockage (4-1) et la couche de piégeage (42). On conçoit alors l'intérêt de l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique. En effet - Au repos, l'énergie de la barrière est adaptée par le choix des matériaux (42) (à travers la constante d'échange JeX) et (41) (à travers l'épaisseur t et l'aimantation Ms) pour être suffisante pour permettre la stabilité thermique et temporelle - A l' écriture, le courant circulant à travers le point mémoire provoque une élévation de température jusqu'à ou au-dessus de la température de blocage TB de la couche (42), de sorte que la couche de stockage (41) soit dépiégée.
En d'autres termes, le second terme de l'équation ci-dessus est annulé et l'énergie de la barrière devient simplement Eb=K, plus petite valeur possible pour un point mémoire magnétique. En choisissant avantageusement le matériau de la couche de stockage (41), il est possible 2o d'abaisser suffisamment la barrière (K = 0) pour minimiser le champ magnétique requis lors du processus d'écriture et donc la puissance conSOmmée.
On conçoit à la lumière de cette description l'intérêt de la pxésente invention, qui permet d'optimiser séparément la fonction de stockage (stabilité thermique et temporelle) et la fonction d'écriture (minimisation de la puissance consommée).
C'est une amélioration majeure par rapport à l'état antérieur de la technique, dans lequel les deux fonctions sont mélangées, forçant â des compromis difficiles.
3o On observe donc que, conformément à la présente invention, il n'y a qu'une seule ligne de génération de champ magnétique d'écriture contrairement aux dispositifs de l'art antérieur. Celle-ci permet ainsi de superposer le transistor de commande (46) et sa ligne de commande correspondante (47) avec le point mémoire (40), ce qui aboutit à une minimisation de la dimension de la cellule mémoire élémentaire, augmentant par là même les possibilités d'intégration. Par ailleurs, le réseau carré de points mémoire présente une structure beaucoup plus simple, puisque la mémoire est formée de simples lignes de points mémoire rationalisant d'autant les procédés de fabrication.
Avantageusement, la ligne conductrice servant à générer (impulsion de 5 chauffage peut étre distincte de la ligne conductrice servant â générer l'impulsion du champ magnétique, cela afin d'optimïser les densités de courants respectifs pour les deux opérations.
Avantageusement ainsi que l'on peut (observer sur la figure 6A, cette ligne de
La, figure 7 décrit la variation calculée du champ d'écriture requis dans un point mémoire elliptique à base de Ni8oFe2o1Co9oFelo (épaisseurs respectives 30 et Angstrom) en fonction de la longueur du point mémoire pour différents facteurs de forme AR=longueur/largeur.
Description détaillée de l'invention On a représenté au sein de la figure 3 les orientations de l'aimantation des différentes couches constitutives d'un point mémoire, notamment de l'art antérieur.
Selon celui-ci, la couche de stockage (30) est constituée d'un empilement comprenant au moins une couche ferro-magnétique (32) et une couche anti-ferromagnétique (31).
Ces deux couches sont déposées de telle sorte qu'un couplage d'échange magnétique s'établisse entre les deux couches. L'empilement du point mémoire complet comporte également au moins une couche isolante (33) et une couche de référence (34), avantageusement associées à une couche de piégeage (35). Cette architecture est décrite sous la dénomination de couche de stockage piégée. Les avantages procurés 2o par cette architecture sont multiples - limite de stabilité des points mémoires repoussée, - insensibilité aux champs magnétiques externes, - possibilité de réaliser des stockages mufti-niveaux.
Selon (invention, le point mémoire utilisant une couche de stockage piégée n'est plus de forme allongée, mais de forme circulaire et plus précisément, sa section transversale parallèlement au plan des couches le constituant est circulaire.
En d'autres termes, le point mémoire présente un profil cylindrique ou conique, et donc une symétrie de révolution.
Selon l'invention, le point mémoire peut également être de géométrie non circulaire tant que son rapport d'aspect reste inférieur à 1.2 (20% de différence entre la longueur et la largeur).
Ce faisant, et comme déjâ indiqué précédemment, l'anisotropie de forme du point mémoire est minimisée, diminuant de manière significative le champ de retournement de (aimantation du point mémoire en processus d'écriture, et par voie de conséquence, diminuant la puissance électrique requise. Un exemple de la dépendance du champ d'écriture pour les différents facteurs de forme est donné
dans la figure 7. On observe sur cette figure que le lorsque le point mémoire n'est pas de géométrie circulaire, le champ d'écriture (exprimé ici en courant dans les conducteurs utilisé pour générer le champ magnétique) croît fortement lorsque la 5 dimension du point mémoire est réduite en dessous de 200nm, et d' autant plus abruptement que le rapport d'aspect (quotient de la longueur sur la largeur) est important. Au contraire, lorsque le point mémoire est de géométrie circulaire (rapport d'aspect = 1), le champ d'écriture décroît de manière monotone avec la dimension du point mémoire, même en dessous de 200 nm.
Avantageusement, la couche de stockage (30) ou couche libre est formée d'un matériau doux, c'est-à-dire dont le champ de renversement (champ coercitif) est très faible. Préférentiellement, ce matériau est un alliage contenant du nickel, du fer ou du cobalt, en particulier du perrnalloy NiBOF'eZO ,NiFeCo ou FeCoB. En effet, l'utilisation d'un matériau très doux permet de diminuer le champ magnétique requis à
l'écriture, donc la puissance consommée.
Avantageusement, les couches de piégeage (31) et (35) sont constituées d'un matériau anti-ferromagnétique et notamment d'un alliage à base de manganèse de type Pt5oMn5o, h2oMn8o ou NiSOMnso. Il est important de préciser que les épaisseurs, la nature chimique ou la microstructure des couches de piégeage (31) et (35) different afin que leurs températures de blocage (température à laquelle le couplage d'échange avec la couche ferromagnétique adjacente, respectivement la couche de stockage (30) et la couche de référence (34)) soient bien différenciées. Plus précisément, la température de blocage de la couche (31) doit être inférieure à celle de la couche (35) afin de permettre, lors de l'écriture, de débloquer l'aimantation de la couche de stockage (30) à écrire, sans altérer la direction de l'aimantation de la couche de référence (34) du même point mémoire.
3o Avantageusement, la couche de référence (34) est une structure synthétique constituée d'une couche synthétique anti-ferromagnétique et de deux couches ferro-magnétiques en alliages à base de nickel, de cobalt et de fer, séparées d'une couche non magnétique, de telle sorte que les aimantations des deux couches ferromagnétiques soient couplées avec des orientations anti-parallèles de leurs aimantations, afin de minimiser le champ magnéto-statique agissant sur la couche de stockage (30).
Avantageusement, les couches de stockage et de référence peuvent en outre comporter près de l'interface avec la barrière tunnel une couche additionnelle de cobalt ou d' alliage riche en cobalt, et destinée à augmenter la polarisation des électrons tunnel et donc l'amplitude de magnétorésistance.
On a représenté schématiquement en relation avec les figures 4A et 4B, la structure d'un point mémoire conforme à (invention. Le point mémoire comporte la jonction tunnel magnétique proprement dite, de forme cylindrique ainsi que déjà dit, un transistor d'adressage (46) muni de sa ligne de commande (47) et un conducteur lo (48), permettant de générer le champ magnétique parallèlement à Taxe facile de (aimantation de la couche de stockage (41). L'aimantation des couches magnétiques est sensiblement dans le plan des couches.
Avantageusement et comme expliqué précédemment, cette structure à simple barrière tunnel pourrait avantageusement être remplacée par une structure à
double barrière tunnel. Dans ce cas, la couche de stockage (41) est constituée d'une tricouche antiferromagnétique (par exemple IrZOMnBO) en sandwich entre deux couches ferromagnétiques, simple ou complexes, (par exemple NisoFe2o/Co9oFeio).
Cette « tricouche » de stockage est insérée entre deux barnères tunnels,. du côté
opposé desquelles se situent les deux couches de référence similaires à celles décrite dans l' état de l' art.
Le fonctionnement de ces structures peut être décrit de la manière suivante.
Les températures de blocage des couches de stockage et de référence doivent étre supérieures à la température de fonctionnement de la mémoire hors échauffement, et même nettement supérieure à cette température de fonctionnement, dès lors que l'on souhaite stocker l'information de manière stable. La température de blocage de la couche de stockage doit être inférieure à celle de la couche de 3o référence.
Ainsi, en phase d'écriture, le transistor (46) associé au point mémoire (40) est commuté en mode bloqué par une impulsion de tension dans la ligne (47). En même temps, une impulsion de tension est appliquée au point mémoire (40) par le biais de la ligne (48), de telle sorte qu'un courant électrique circule à travers la jonction tunnel (40) via le transistor (46). Le niveau de tension est défini de telle sorte que la densité de puissance produite au niveau de la jonction permette une élévation la température de la jonction tunnel (40) à une température supérieure à la température de blocage de la couche anti-ferromagnétique (42), et inférieure à la température de blocage de la couche de piégeage (45). A cette température, (aimantation de la couche de stockage (41) n'est plus piégée par la couche (42) et peut donc se retourner sous (effet d'un champ magnétique d'écriture. En revanche, (aimantation de la couche de référence (44), constituée d'un matériau à forte anisotropie magnéto-cristalline, et séparée de la couche de stockage (41) par la barrière isolante (43), reste piégée par la couche (45), dont la température de blocage est supérieure à
celle de la couche (42), de sorte qû elle ne commute pas sous (effet du champ magnétique d'écriture.
lo Il est à noter qu'en considérant une densité de courant maximum de 10 mA./~um2 afin de limiter la taille du transistor de commande (46), et un produit RxA
(résistance x surface) de la jonction tunnel (40) de 100 et 200 Ohms~m2 (valeurs accessibles dans l' état de l' art) pour des jonctions à simple et double barrière, respectivement, les tensions à appliquer sont de l'ordre de 1 à 2 volts. Ces valeurs sont tout à fais admissibles en régime dynamique (impulsions électriques de courte durée).
Ilne fois le point mémoire échauffé au dessus de la température de blocage de 2o la couche antiferromagnétique (42), le chauffage est stoppé en fermant le transistor (46) de manière à couper le courant de chauffage circulant au travers de la jonction tunnel (40). L'impulsion de courant dans le conducteur d'excitation (48), qui ne passe plus à travers la jonction tunnel (40), est maintenue avec un signe et une amplitude tels que le champ magnétique produit permette le renversement de l'aimantation de la couche de stockage (41) dans la direction désirée. La synchronisation et la durée de (impulsion doivent être ajustées de telle sorte que l'aimantation de 1a couche de stockage (41) soit orientée dans la direction désirée pendant le refroidissement du point mémoire (40), jusqu'à une température du point mémoire inférieure à la température de blocage de la couche antiferromagnétique (42). Il est alors possible de couper les courant dans la ligne (48). Le point mémoire (40) finit alors de redescendre à la température de fonctionnement hors écriture et l'aimantation de la couche de stockage (41) finit de se figer dans la direction désirée. Le point mémoire est alors écrit.
Afin de mieux saisir l'avantage inhérent à la mise en oeuvre d'un point mémoire cylindrique, tel que décrit dans la présente invention, il convient d'exprimer l'énergie de la hauteur de barrière de potentiel qu'il faut franchir pour passer d'un état e< 0 » à un état « 1 » du point mémoire, ladite hauteur de barrière de potentiel étant directement liée d'une part, à la valeur du champ magnétique qu'il faut appliquer pour écrire le point mémoire, donc à la puissance consommée, et d'autre part à la stabilité thermique et temporelle des données écrites.
Dans le cas de l'état antérieur de la technique où la couche de stockage n'est pas piégée par interaction d'échange à la couche de piégeage (42), la stabilité
thermique de la mémoire est assurée par l'anisotropie de forme du point mémoire, directement reliée au rapport d'aspect entre longueur et largeur du point mémoire.
L' énergie de la barrière par unité de volume s' écrit alors comme lo Eb =K+A~ ltMs où le premier terme (K) est l' anisotropie magnéto-cristalline et le second terme est l'anisotropie de forme. Dans ce second terme, AR est le rapport d'aspect (longueur/largeur) du point mémoire, L sa longueur, t l'épaisseur de la couche de stockage (41) et Ms son aimantation à saturation. Pour une valeur de AR=1.5 (valeur typique de l'état antérieur de la technique), Eb s'écrit Eb =K+OL tMs Les limitations de l'état antérieur de la technique sont immédiatement décelables. En effet - Plus le point mémoire diminue en taille (L diminue, AR constant) plus l'énergie de la barrière augmente, d'où une augmentation importante de la puissance consommée ;
- Plus le rapport d' aspect est faible {AR diminue, L constant), plus l' énergie de la barnère diminue, d' où une perte de la stabilité thermique et temporelle des données, d'autant plus importante que le point mémoire diminue en taille. La seule parade est ici d'augmenter l'anisotropie magnéto-cristalline K en adaptant le matériau du point mémoire, mais alors au prix d'une augmentation importante de la puissance consommée.
Dans le cas de la présente invention, où la couche de stockage (41) est piégée par échange avec la couche (42), il n'est plus nécessaire d'utiliser l'anisotropie de forme pour assurer la stabilité thermique et temporelle du point mémoire. En choisissant une géométrie circulaire ou presque circulaire (AR~1), on annule le terme d'anisotropie de forme, et l'énergie de la barrière s'écrit alors z ~b = K+ J~ -MS 1- T
t TB
où le second terme correspond maintenant à l'énergie d'échange entre la couche de stockage (4-1) et la couche de piégeage (42). On conçoit alors l'intérêt de l'invention par rapport à l'état antérieur de la technique. En effet - Au repos, l'énergie de la barrière est adaptée par le choix des matériaux (42) (à travers la constante d'échange JeX) et (41) (à travers l'épaisseur t et l'aimantation Ms) pour être suffisante pour permettre la stabilité thermique et temporelle - A l' écriture, le courant circulant à travers le point mémoire provoque une élévation de température jusqu'à ou au-dessus de la température de blocage TB de la couche (42), de sorte que la couche de stockage (41) soit dépiégée.
En d'autres termes, le second terme de l'équation ci-dessus est annulé et l'énergie de la barrière devient simplement Eb=K, plus petite valeur possible pour un point mémoire magnétique. En choisissant avantageusement le matériau de la couche de stockage (41), il est possible 2o d'abaisser suffisamment la barrière (K = 0) pour minimiser le champ magnétique requis lors du processus d'écriture et donc la puissance conSOmmée.
On conçoit à la lumière de cette description l'intérêt de la pxésente invention, qui permet d'optimiser séparément la fonction de stockage (stabilité thermique et temporelle) et la fonction d'écriture (minimisation de la puissance consommée).
C'est une amélioration majeure par rapport à l'état antérieur de la technique, dans lequel les deux fonctions sont mélangées, forçant â des compromis difficiles.
3o On observe donc que, conformément à la présente invention, il n'y a qu'une seule ligne de génération de champ magnétique d'écriture contrairement aux dispositifs de l'art antérieur. Celle-ci permet ainsi de superposer le transistor de commande (46) et sa ligne de commande correspondante (47) avec le point mémoire (40), ce qui aboutit à une minimisation de la dimension de la cellule mémoire élémentaire, augmentant par là même les possibilités d'intégration. Par ailleurs, le réseau carré de points mémoire présente une structure beaucoup plus simple, puisque la mémoire est formée de simples lignes de points mémoire rationalisant d'autant les procédés de fabrication.
Avantageusement, la ligne conductrice servant à générer (impulsion de 5 chauffage peut étre distincte de la ligne conductrice servant â générer l'impulsion du champ magnétique, cela afin d'optimïser les densités de courants respectifs pour les deux opérations.
Avantageusement ainsi que l'on peut (observer sur la figure 6A, cette ligne de
10 courant additionnelle (69), mise en oeuvre pour 1a génération de l'impulsion de champ magnétique, et isolée électriquement du point mémoire (60) et du conducteur (67), est placée au-dessus du point mémoire (60), de telle sorte à permettre la superposition du transistor de commande (66) et de sa ligne de commande (67) avec le point mémoire (60), préservant ainsi la compacité de la mémoire.
Les impulsions de courant dans les lignes (6~) et (69) peuvent être contrôlées indépendamment, tant du point de vue de l'amplitude du courant, que de la durée de pulse du courant et de leur synchronisation.
Par ailleurs, en utilisant une couche de stockage piégée par une couche anti-ferromagnétique, cette technique d'écriture permet la réalisation de plus de deux états magnétiques dans le point mémoire (40). Pour cela, il faut avoir non plus une seule ligne conductrice pour générer le champ d'écriture, mais deux lignes perpendiculaires ainsi que représentées sur la figure 5A, les lignes (4~) et (49). La combinaison de ces deux champs perpendiculaires permet de créer n'importe quelle direction de champ magnétique dans le plan de l'échantillon. En appliquant ce champ dans la direction désirée pendant le refroidissement de la couche de stockage au travers de sa température de blocage, on peut ainsi stabiliser d'autres configurations magnétiques intermédiaires entre alignement parallèle et anti-parallèle, correspondant â
des niveaux de résistance intermédiaires. Ainsi est-il possible simultanément d'obtenir plusieurs états magnétiques dans le point mémoire, donc un stockage dit «
multi-niveaux », tout en conservant l'avantage de l'invention de la puissance consommée trës faible.
Selon une alternative de l'invention, il est possible de faire commuter (aimantation de la couche de stockage au cours du refroidissement du point mémoire en utilisant le phénomène de commutation magnétique par injection de courant polarisé en spin. L'origine physique de ce phénomène a été décrite par J.
SLONCZEWSKI, Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vo1.159 (1996), page L1 et par L. BERGER, Physical Review vol.B54 (1996) , page 9353.
Ce principe consiste à faire passer un courant tunnel au travers de la jonction.
Si les électrons passent par effet tunnel de la couche de référence vers la couche de stockage, c'est-à-dire si le courant circule de la couche de stockage vers la couche de référence, l'aimantation de la couche de stockage va s'orienter parallèlement à la direction des spins injectés, à condition que le courant soit suffisamment intense, ce qui suppose de nouveau que la barrière ait une faible résistance électrique.
Si au 1o contraire, les électrons passent par effet tunnel de la couche de stockage vers la couche de référence, l'aimantation de la couche de stockage va s'orienter anti parallèlement à fairnantation de la couche de référence.
Quel que soit le mode de commutation magnétique employé, le procédé de lecture est identique â celui décrit dans l'état antérieur de la technique. On procède en effet à une lecture de la rêsistance du point mémoire (40) par un courant de faible amplitude commandé par (ouverture du transistor de commande (46). La résistance est généralement comparée à celle d'une cellule de référence non représentée au sein des figures 4 à 6.
On conçoit tout (intérêt de cette architecture dans la mesure où
- L'aimantation de la couche de stockage n'étant plus piégée par la couche anti-ferromagnétique (42) lors du processus d'écriture,1e champ de retournement de la couche de stockage (41) peut être extrêmement faible, puisqu'il n'est plus défini que par des propriétés intrinsèques de ladite couche de stockage {41), - de par (utilisation d'un matériau de très faible anisotropie magnétique (très doux magnétiquement) pour ladite couche de stockage (41), d'une part, et la géométrie cylindrique du point mémoire (40) (absence de champ démagnétisant) d'autre part, conduisant â une anisotropie magnétique très faible, le renversement de la couche 3o de stockage (41) peut donc être effectué dans un champ magnétique très faible.
- de par le couplage entre la couche de stockage (41) et la couche de piégeage (42), la stabilité thermique et temporelle des données écrites dans le point mémoire est excellente ;
- de par la géométrie circulaire du point mémoire, l'influence des variations de taille sur la valeur du champ de retournement des points mémoires individuels est éliminée. En conséquence les erreurs d'adressage lors du processus d'écriture sont grandement réduites et les procédés de fabrication sont simplifiés.
Il résulte de ces considérations qu'il est possible d'abaisser le courant d'écriture du point mémoire (40) sélectionné à des valeurs très inférieures à celles requises par les dispositifs de l'état antérieur de la technique sans obérer la stabilité
thermique et temporelle des données écrites.
Cette diminution de la puissance consommée est d'autant plus importante que les dimensions du point mémoire sont réduites. En effet, alors que l'état de l'art conduit à des puissances consommées lors de l'écriture d'autant plus grandes que la taille des points mémoire est réduite, la présente invention permet au contraire de lo diminuer la puissance consommée lorsque la taille du point mémoire est réduite. En d' autres termes, l' avantage concurrentiel de la présente invention ne fera que s' accroître au fur et à mesure de la réduction de la dimension des points mémoire.
En outre, la sélectivité â (écriture est préservée, puisque les autres points mémoire situés sur une méme ligne ou une même colonne n'étant pas chauffés lors du processus d'écriture, les couches de stockage (41) correspondantes desdits points mémoire non sélectionnés restent couplées aux couches anti-ferromagnétiques (42) correspondantes, étant donc insensibles au champ magnétique appliqué.
D'autre part, le stockage multi-niveaux est facilité puisque l'énergie magnéto-statique est la même dans toutes les directions de (espace. En conséquence, le champ d'écriture est identique quelle que soit la direction donnée à (aimantation par rapport à la direction de référence. 11 convient également de préciser qu'au moyen de cette architecture, le chauffage peut être obtenu par un élément chauffant extérieur non représenté sur les figures 4 et 5. Cet élément chauffant peut être une couche de forte rêsistivité électrique située au-dessus ou en dessous des couches (42 ou 45) respectivement.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la couche de référence (44) est de type anti-ferromagnétique synthétique afin d'améliorer la discrimination à
(écriture en diminuant le champ magnéto-statique.
Selon une caractéristique avantageuse, la couche de stockage du point mémoire peut être constituée d'une ou plusieurs couches ferro-magnétiques de type alliage amorphe fen-imagnétique (AAF). Dans ce cas, la température atteinte lors du processus d'écriture n'est plus une température de blocage de la couche anti ferromagnétique (42), mais la température de Curie de la couche de piégeage (42) réalisée en AAF. De telles couches en AAF sont précisément des alliages de cobalt et de terre rare, comme le samarium (Sm), le terbium (Tb) ou encore, mais de façon non limitative, le gadolinium (Gd).
En outre, la technique d'adressage conforme à l'invention permet une écriture simultanée de plusieurs points mémoire en sélectionnant le chauffage simultané
de plusieurs points mémoire. Cette approche permet d'augmenter la vitesse d'écriture globale de la mémoire.
Les impulsions de courant dans les lignes (6~) et (69) peuvent être contrôlées indépendamment, tant du point de vue de l'amplitude du courant, que de la durée de pulse du courant et de leur synchronisation.
Par ailleurs, en utilisant une couche de stockage piégée par une couche anti-ferromagnétique, cette technique d'écriture permet la réalisation de plus de deux états magnétiques dans le point mémoire (40). Pour cela, il faut avoir non plus une seule ligne conductrice pour générer le champ d'écriture, mais deux lignes perpendiculaires ainsi que représentées sur la figure 5A, les lignes (4~) et (49). La combinaison de ces deux champs perpendiculaires permet de créer n'importe quelle direction de champ magnétique dans le plan de l'échantillon. En appliquant ce champ dans la direction désirée pendant le refroidissement de la couche de stockage au travers de sa température de blocage, on peut ainsi stabiliser d'autres configurations magnétiques intermédiaires entre alignement parallèle et anti-parallèle, correspondant â
des niveaux de résistance intermédiaires. Ainsi est-il possible simultanément d'obtenir plusieurs états magnétiques dans le point mémoire, donc un stockage dit «
multi-niveaux », tout en conservant l'avantage de l'invention de la puissance consommée trës faible.
Selon une alternative de l'invention, il est possible de faire commuter (aimantation de la couche de stockage au cours du refroidissement du point mémoire en utilisant le phénomène de commutation magnétique par injection de courant polarisé en spin. L'origine physique de ce phénomène a été décrite par J.
SLONCZEWSKI, Journal of Magnetism and Magnetic Materials Vo1.159 (1996), page L1 et par L. BERGER, Physical Review vol.B54 (1996) , page 9353.
Ce principe consiste à faire passer un courant tunnel au travers de la jonction.
Si les électrons passent par effet tunnel de la couche de référence vers la couche de stockage, c'est-à-dire si le courant circule de la couche de stockage vers la couche de référence, l'aimantation de la couche de stockage va s'orienter parallèlement à la direction des spins injectés, à condition que le courant soit suffisamment intense, ce qui suppose de nouveau que la barrière ait une faible résistance électrique.
Si au 1o contraire, les électrons passent par effet tunnel de la couche de stockage vers la couche de référence, l'aimantation de la couche de stockage va s'orienter anti parallèlement à fairnantation de la couche de référence.
Quel que soit le mode de commutation magnétique employé, le procédé de lecture est identique â celui décrit dans l'état antérieur de la technique. On procède en effet à une lecture de la rêsistance du point mémoire (40) par un courant de faible amplitude commandé par (ouverture du transistor de commande (46). La résistance est généralement comparée à celle d'une cellule de référence non représentée au sein des figures 4 à 6.
On conçoit tout (intérêt de cette architecture dans la mesure où
- L'aimantation de la couche de stockage n'étant plus piégée par la couche anti-ferromagnétique (42) lors du processus d'écriture,1e champ de retournement de la couche de stockage (41) peut être extrêmement faible, puisqu'il n'est plus défini que par des propriétés intrinsèques de ladite couche de stockage {41), - de par (utilisation d'un matériau de très faible anisotropie magnétique (très doux magnétiquement) pour ladite couche de stockage (41), d'une part, et la géométrie cylindrique du point mémoire (40) (absence de champ démagnétisant) d'autre part, conduisant â une anisotropie magnétique très faible, le renversement de la couche 3o de stockage (41) peut donc être effectué dans un champ magnétique très faible.
- de par le couplage entre la couche de stockage (41) et la couche de piégeage (42), la stabilité thermique et temporelle des données écrites dans le point mémoire est excellente ;
- de par la géométrie circulaire du point mémoire, l'influence des variations de taille sur la valeur du champ de retournement des points mémoires individuels est éliminée. En conséquence les erreurs d'adressage lors du processus d'écriture sont grandement réduites et les procédés de fabrication sont simplifiés.
Il résulte de ces considérations qu'il est possible d'abaisser le courant d'écriture du point mémoire (40) sélectionné à des valeurs très inférieures à celles requises par les dispositifs de l'état antérieur de la technique sans obérer la stabilité
thermique et temporelle des données écrites.
Cette diminution de la puissance consommée est d'autant plus importante que les dimensions du point mémoire sont réduites. En effet, alors que l'état de l'art conduit à des puissances consommées lors de l'écriture d'autant plus grandes que la taille des points mémoire est réduite, la présente invention permet au contraire de lo diminuer la puissance consommée lorsque la taille du point mémoire est réduite. En d' autres termes, l' avantage concurrentiel de la présente invention ne fera que s' accroître au fur et à mesure de la réduction de la dimension des points mémoire.
En outre, la sélectivité â (écriture est préservée, puisque les autres points mémoire situés sur une méme ligne ou une même colonne n'étant pas chauffés lors du processus d'écriture, les couches de stockage (41) correspondantes desdits points mémoire non sélectionnés restent couplées aux couches anti-ferromagnétiques (42) correspondantes, étant donc insensibles au champ magnétique appliqué.
D'autre part, le stockage multi-niveaux est facilité puisque l'énergie magnéto-statique est la même dans toutes les directions de (espace. En conséquence, le champ d'écriture est identique quelle que soit la direction donnée à (aimantation par rapport à la direction de référence. 11 convient également de préciser qu'au moyen de cette architecture, le chauffage peut être obtenu par un élément chauffant extérieur non représenté sur les figures 4 et 5. Cet élément chauffant peut être une couche de forte rêsistivité électrique située au-dessus ou en dessous des couches (42 ou 45) respectivement.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, la couche de référence (44) est de type anti-ferromagnétique synthétique afin d'améliorer la discrimination à
(écriture en diminuant le champ magnéto-statique.
Selon une caractéristique avantageuse, la couche de stockage du point mémoire peut être constituée d'une ou plusieurs couches ferro-magnétiques de type alliage amorphe fen-imagnétique (AAF). Dans ce cas, la température atteinte lors du processus d'écriture n'est plus une température de blocage de la couche anti ferromagnétique (42), mais la température de Curie de la couche de piégeage (42) réalisée en AAF. De telles couches en AAF sont précisément des alliages de cobalt et de terre rare, comme le samarium (Sm), le terbium (Tb) ou encore, mais de façon non limitative, le gadolinium (Gd).
En outre, la technique d'adressage conforme à l'invention permet une écriture simultanée de plusieurs points mémoire en sélectionnant le chauffage simultané
de plusieurs points mémoire. Cette approche permet d'augmenter la vitesse d'écriture globale de la mémoire.
Claims (16)
1. Mémoire magnétique à écriture assistée thermiquement, dont chaque point mémoire (40, 60) est constitué d'une jonction tunnel magnétique, et dont la section parallèlement au plan des couches constitutives de la jonction tunnel est circulaire ou sensiblement circulaire, ladite jonction tunnel comprenant au moins - une couche magnétique de référence (44, 64), dite "couche piégée", dont l'aimantation est de direction fixe, - une couche magnétique de stockage (42, 62), dite "couche libre", dont la direction d'aimantation est variable, - une couche isolante (43, 63), interposée entre la couche libre (42, 62) et la couche piégée (44, 64), dans laquelle la couche de stockage (42, 62) est formée d'au moins une couche magnétique douce, c'est-à-dire d'anisotropie magnétique réduite, et d'une couche de piégeage (41, 61), les deux couches étant couplées magnétiquement par contact, et dans laquelle la température de fonctionnement de la mémoire en lecture ou au repos est choisie en dessous de la température de blocage des couches respectivement libre et piégée.
2. Mémoire magnétique selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'anisotropie magnétique de la couche magnétique douce est inférieure à 10 Oersted, et préférentiellement comprise entre 1 et 3 Oersted.
3. Mémoire magnétique selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que la couche magnétique douce de la couche de stockage (42, 62) est constituée d'un alliage à base de nickel, de cobalt et de fer.
4. Mémoire magnétique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la couche de piégeage (41, 61) est constituée d'un matériau choisi dans le groupe comprenant les alliages à base de fer et de cobalt, les alliages anti-ferromagnétiques à base de manganèse, et les alliages amorphes à base de terre rare et de métal de transition.
5. Mémoire magnétique selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la couche de référence ou couche piégée (44-, 64) est constituée d'une couche synthétique anti-ferromagnétique artificielle, constituée de deux couches ferro-magnétiques séparées d'une couche non magnétique de telle sorte que les aimantations des deux couches ferromagnétiques soient anti-parallèles.
6. Mémoire magnétique selon la revendication 5, caractérisée en ce que la couche de référence ou couche piégée (44, 64) est constituée d'un matériau à forte anisotropie magnéto-cristalline.
7. Mémoire magnétique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce que les points mémoire (40, 60) sont organisés en réseau, chaque point mémoire étant connecté en son sommet à une ligne conductrice (48, 68, 69), destinée à générer un champ magnétique de retournement et à induire un échauffement dudit point mémoire, et à sa base, à un transistor de sélection (46, 66), l'écriture étant réalisée au niveau d'un point mémoire considéré en deux étapes:
- l'envoi simultané d'impulsions de courant électrique dans ladite ligne conductrice (48, 68, 69) et d'un courant d'ouverture dudit transistor (46, 66), - l'envoi d'une commande de fermeture du transistor (46, 66) afin que le courant circulant dans la ligne (48, 68, 69) ne circule plus dans le point mémoire (40, 60) mais serve à produire le champ magnétique d'écriture lors du refroidissement dudit point mémoire.
- l'envoi simultané d'impulsions de courant électrique dans ladite ligne conductrice (48, 68, 69) et d'un courant d'ouverture dudit transistor (46, 66), - l'envoi d'une commande de fermeture du transistor (46, 66) afin que le courant circulant dans la ligne (48, 68, 69) ne circule plus dans le point mémoire (40, 60) mais serve à produire le champ magnétique d'écriture lors du refroidissement dudit point mémoire.
8. Mémoire magnétique selon la revendication 7, caractérisée en ce que le transistor de commande (46, 66) et sa ligne de commande correspondante (47, 67) sont placés sous le point mémoire considéré.
9. Mémoire magnétique selon la revendication 7, caractérisée en ce que la ligne conductrice (68) est dédoublée en un conducteur (68) dédié au chauffage du point mémoire (60) et en un conducteur (69) indépendant du conducteur (68) et isolé électriquement de celui-ci, dédié à la production du champ de retournement.
10. Mémoire magnétique selon la revendication 9, caractérisée en ce que les impulsions de courant dans les lignes (68) et (69) sont contrôlées indépendamment.
11. Mémoire magnétique selon la revendication 10, caractérisée en ce que les impulsions de courant dans les lignes (68) et (69) sont coïncidentes.
12. Mémoire magnétique selon la revendication 9, caractérisée en ce que le conducteur additionnel (69) est superposé au conducteur de chauffage (68).
13. Mémoire magnétique selon l'une des revendications 9 à 12, caractérisée en ce que le point mémoire (60), le transistor de commande (66) et les conducteurs (68, 69) sont superposés.
14. Mémoire magnétique à accès aléatoire caractérisée en ce qu'elle est réalisée conformément à l'une quelconque des revendications 1 à 13.
15. Procédé pour écrire dans une mémoire magnétique à écriture thermiquement assistée constituée par un réseau de points mémoire constitué chacun par une jonction tunnel magnétique (40, 60), et dont la section parallèlement au plan des couches constitutives de la jonction tunnel est circulaire ou sensiblement circulaire, ladite jonction tunnel comprenant au moins - une couche magnétique de référence (44, 64), dite "couche piégée", dont l'aimantation est de direction fixe, - une couche magnétique de stockage (42, 62), dite "couche libre", dont la direction d'aimantation est variable, - une couche isolante (43, 63), interposée entre la couche libre (42, 62) et la couche piégée (44, 64), et dans laquelle la température de fonctionnement de la mémoire en lecture ou au repos est choisie en dessous de la température de blocage des couches respectivement libre et piégée, consistant:
- tout d'abord à envoyer une impulsion électrique par le biais d'un conducteur (48, 68) au sein du point mémoire à écrire, destinée à induire un échauffement dudit point mémoire jusqu'à atteindre une température supérieure à la température de blocage de la couche de stockage (42, 62), mais inférieure à la température de blocage de la couche de référence (44, 64) ;
- puis, lors du refroidissement dudit point mémoire intervenant après cet échauffement, à envoyer une impulsion électrique par le biais du conducteur (48, 68) ou d'un conducteur additionnel (69) indépendant et isolé
électriquement du conducteur (68), destinée à générer un champ magnétique de retournement propre à modifier l'aimantation de la couche de stockage (42, 62).
- tout d'abord à envoyer une impulsion électrique par le biais d'un conducteur (48, 68) au sein du point mémoire à écrire, destinée à induire un échauffement dudit point mémoire jusqu'à atteindre une température supérieure à la température de blocage de la couche de stockage (42, 62), mais inférieure à la température de blocage de la couche de référence (44, 64) ;
- puis, lors du refroidissement dudit point mémoire intervenant après cet échauffement, à envoyer une impulsion électrique par le biais du conducteur (48, 68) ou d'un conducteur additionnel (69) indépendant et isolé
électriquement du conducteur (68), destinée à générer un champ magnétique de retournement propre à modifier l'aimantation de la couche de stockage (42, 62).
16. Procédé pour écrire dans une mémoire magnétique constituée par un réseau de points mémoire constitué chacun par une jonction tunnel magnétique (40, 60) selon la revendication 15, caractérisé en ce que plusieurs points mémoire sont écrits simultanément en sélectionnant lesdits points mémoire à écrire par le chauffage des points mémoire considérés.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EEER | Examination request | ||
| FZDE | Discontinued |
Effective date: 20140218 |