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Toshiba sortirait une STT-MRAM dans 3 ans

Par - Source: TechOn! | B 13 commentaires

Toshiba a développé un nouvel élément magnétorésistant à effet tunnel (Magnetic Tunnel Junction) qui aurait d’excellentes propriétés. Ces résultats permettent d’envisager de nouvelles STT-MRAM (Spin-Transfer Torque- Magnetoresistive random access memory) de 1 Gb commercialisables dans trois à quatre ans, selon les propos de la firme rapportés par TechOn!. Ces STT-MRAM pourraient remplacer les modules de DRAM et SRAM utilisés comme mémoire cache dans les disques durs, les SSD ou les terminaux mobiles comme les tablettes et smartphones.

Une jonction tunnel magnétique est la fondation des STT-MRAM. Elle est composée de deux éléments ferromagnétiques qui sont séparés par une fine couche isolante. Toshiba n’a pas divulgué la composition exacte des éléments ferromagnétiques utilisés dans sa jonction. Les derniers travaux de l’institut japonais des sciences et technologies utilisaient un alliage de cobalt, fer et bore (CoFeB) et une couche isolante de ruthénium (cf. « Un module MRAM de plus d’1 Go »). Toshiba affirme que ses matériaux sont à base de cobalt et fer et il est permis de penser que les deux recherches sont proches.

Très schématiquement, la polarité de chaque élément ferromagnétique est déterminée par le spin de ses électrons. La jonction de Toshiba utilise une aimentation perpendiculaire, ce qui veut dire le mouvement de rotation des électrons, leur spin, est soit orienté vers le haut, soit vers le bas. Le STT (Spin-Transfer Torqueou transfert de spin en français)  est le phénomène utilisé pour écrire la cellule de mémoire. Elle consiste à envoyer un courant polarisé en spin au travers des matériaux ferromagnétiques. Concrètement, on envoie des électrons qui ont tous le même spin. En traversant les éléments ferromagnétique, ils vont changer la polarité de l'élément libre et ses électrons vont adopter le même spin que celui du courant polarisé. L'autre élément est piégé et n'est pas influencé.

Si le spin des électrons de l'élément libre est parallèle au spin des électrons de l’élément ferromagnétique en face de lui, la résistance entre les deux sera faible. Si les polarités s’opposent, la résistance sera forte. Pour plus d’information sur la MRAM, qui est une mémoire non volatile, nous vous conseillons la lecture du chapitre « MRAM : la mémoire qui attire » de notre dossier Retour sur le futur des mémoires.

Le défi de Toshiba était de fabriquer une jonction tunnel à aimentation perpendiculaire afin de réduire la taille des cellules de mémoire. Le problème avec ce genre de structure est que l’écart de résistance entre le niveau fort et le niveau faible est trop petit pour pouvoir facilement les distinguer et penser à utiliser de plus grandes finesses de gravure. De plus, ce genre de structure demande une densité de courant importante et ipso facto une tension élevée incompatible avec les usages qui sont prévus. Le tour de force est que la jonction de Toshiba demande seulement un sixième de la densité de courant qui était requis par les anciens modules similaires de la firme. La rapport entre les résistances magnétiques a par contre fait un bon pour passer à 200 %. Cela signifie que l’écart entre la résistance forte et faible est très important. Auparavant, l’écart n’était que de 15 %. La jonction présentée par Toshiba avait un diamètre de 50 nm, mais il a confirmé la fabrication d’une jonction fonctionnelle d’un diamètre de 30 nm.

C’est la première fois que l’on note ce genre de performance sur une structure à magnétisation perpendiculaire. Jusqu’à présent, les systèmes étaient planaires et la taille des cellules mémoires restait trop importante. Selon Toshiba, l’ITRS (cf. « Miniaturisation des transistors et agrandissement des wafers : comprendre les enjeux technologiques ») n’attendait pas un tel niveau de performance avant 2024.

Commentaires
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  • jankeke , 6 juillet 2011 13:59
    Spin Torque Transfer Magnetic Random Access Memory ... La classe ! Même dans Star Trek, ils nous ont jamais sortit un nom capilo-tracté comme ça !

    Plus sérieusement, ça fait plaisir de voir que la technique avance. Vivement le futur ! :-)
  • spae0899 , 6 juillet 2011 22:19
    Magnétisation perpendiculaire ! Attention !
  • David Civera , 7 juillet 2011 03:27
    Il dit qu'i voit pas le rapport?
  • shooby , 7 juillet 2011 09:23
    jankekeSpin Torque Transfer Magnetic Random Access Memory ... La classe ! Même dans Star Trek, ils nous ont jamais sortit un nom capilo-tracté comme ça !Plus sérieusement, ça fait plaisir de voir que la technique avance. Vivement le futur ! :-)

    et pourtant ils en ont inventer des noms !
  • Anonyme , 7 juillet 2011 15:59
    Outch, beaucoup d'approximations et d'erreurs dans le texte... enfin on arrive quand même à comprendre l'essentiel malgré tout.
  • Anonyme , 7 juillet 2011 16:34
    Quelques corrections.

    Le terme couramment utilisé dans la communauté est "aimantation" et pas "magnétisation"

    On parle de Spin Transfer Torque (pas de spin torque transfer)
    Cet effet n'est pas du tout autrement appelée Spin Transfer Switching, ce dernier terme est une des choses que l'on peut faire avec cet effet. En français, le terme exact est d'ailleurs "Couple de transfert de spin" (le torque dans le terme anglais).

    Pour le type de jonctions dont il est question ici. On parle de jonction à effet tunnel (pas effet de tunnel), ou plus précisément de jonction tunnel magnétique (MTJ en anglais, pour magnetic tunnel junction).

    Par STT, on peut en effet contrôler l'aimantation d'une couche magnétique. A partir de là, il est possible soit de la retourner complètement (et donc on a du Spin Transfer Switching) soit de la faire osciller de manière continue (en gros ça dépend de la densité de courant qu'on va injecter dans la structure magnétique).
  • pierrre38 , 7 juillet 2011 17:16
    Concernant le fonctionnement de la jonction. Il est faux de dire qu'une seule des couches est traversée par le courant. En fait elles sont toutes deux traversées (sinon ça ne marche pas).
    Cependant, l'empilement magnétique est pensé de sorte qu'une des deux couches va pouvoir être retournée et pas l'autre. Une couche est dite "libre", l'autre "piégée". Je ne connais pas la nature exacte de l'empilement des couches dans les jonctions toshiba, mais je suppose que c'est la couche de CoFeB. L'autre couche est probablement piégée à l'aide de ce que l'on appelle un SAF (Synthetic Antiferromagnet, un antiferromagnétique synthétique), une couche magnétique. Par exemple, si on prend une couche d'alliage NiFe seule, elle va se retourner très facilement sous l'effet du STT. Par contre, si on la colle à une fine couche de SAF, par un effet de piégeage magnétique, les deux aimantations des couches se bloquent et ça ne bouge plus sous l'effet du STT.

    Maintenant, pour le fonctionnement du dispositif, il est faux de dire que "Bref, si le courant passe, cela représente un 0 et s’il ne passe pas un 1". Ca n'est pas le passage du courant qui fait qu'on a un 0 ou un 1, mais simplement le sens du courant dans la jonction. Par exemple, si on le fait circuler du bas vers le haut les aimantations seront parallèles (forte résistance), et dans l'autre sens elles seront anti-parallèles (faible résistance).

    Je suis assez étonné par l'affirmation de l'avant dernier paragraphe, disant que l'écart de résistance est trop faible entre 2 états. Sans trop se fouler, on peut normalement avoir des effets de 50% à 100%. Après, les 15% annoncés, sont peut-être ici les valeurs obtenus en process industriel et pas en labo ?
    A mon avis, l'avancée principale de Toshiba ici, est d'avoir réussi à optimiser sa structure de sorte que le Spin transfer Switching va nécessiter beaucoup moins de courant (je vais pas rentrer dans les détails ici, ça devient trop compliqué).
  • ttteuh , 7 juillet 2011 17:35
    TTT
    TTTTTTT
    ttttt
    non mais tu comprends... ttt ttt
  • David Civera , 13 juillet 2011 08:21
    Je viens de voir les commentaires. Merci à Pierre38 et à Anonyme pour les informations et surtout les corrections.
  • David Civera , 13 juillet 2011 08:32
    Par contre, je dirais juste une chose à Pierre38,

    Citation :
    Maintenant, pour le fonctionnement du dispositif, il est faux de dire que "Bref, si le courant passe, cela représente un 0 et s’il ne passe pas un 1". Ca n'est pas le passage du courant qui fait qu'on a un 0 ou un 1, mais simplement le sens du courant dans la jonction. Par exemple, si on le fait circuler du bas vers le haut les aimantations seront parallèles (forte résistance), et dans l'autre sens elles seront anti-parallèles (faible résistance).
    Citation :


    Ce n'est pas ce que je voulais dire. Le courant dont je parle ici est simplement un courant test qui va déterminer la résistance et par voie de conséquence le bit inscrit dans la cellule.
  • David Civera , 13 juillet 2011 09:34
    L'actualité a été mise à jour. Merci encore pour les corrections.
  • pierrre38 , 13 juillet 2011 13:39
    Content d'avoir pu aider :) 
    Et bravo pour la nouvelle news sur le sujet (anonyme c'est moi, j'ai du mal me logger quand j'ai posté ..)
  • David Civera , 13 juillet 2011 17:57
    Si jamais tu as d'autres ressources sur le sujet, n'hésite pas et merci pour tes remarques constructives.