Couples de spin-orbite en vue d'applications aux mémoires cache

Le remplacement des technologies DRAM et SRAM des mémoires caches est un enjeu pour l’industrie microélectronique qui doit faire face à des demandes de miniaturisation, de réduction des amplitudes et des durées des courants d’écriture et de lecture des données. Les mémoires à accès direct magnétiques (MRAM) sont des candidates pour une future génération de mémoires et la découverte des couples de spin-orbite (SOT) a ouvert la voix à une combinaison des deux technologies appelée SOT-MRAM. Ces mémoires sont très prometteuses car elles allient non-volatilité et bonne fiabilité, mais de nombreux défis techniques et théoriques restent à relever.L’objectif de ce travail de thèse est d’étudier le retournement de l’aimantation par couple de spin-orbite avec des impulsions de courant sub-nanoseconde et de diminuer les courants d’écriture à couple de spin-orbite. Ce travail est préliminaire à la preuve de concept d’une mémoire SOT-MRAM écrite avec des impulsions de courant électrique ultra-courtes et des amplitudes relativement faibles.Pour cela nous avons étudié des cellules mémoire à base de Ta-CoFeB-MgO. Nous avons vérifié les dépendances du courant critique en durées d’impulsions et en un champ magnétique extérieur. Nous avons ensuite, sur une cellule type SOT-MRAM, prouvé l’écriture ultrarapide avec des impulsions de courant inférieures à la nanoseconde. Puis nous nous sommes intéressés à la diminution du courant d’écriture de SOT-MRAM à l’aide d’un champ électrique. Nous avons démontré que ce dernier permet de modulerl’anisotropie magnétique. Sa diminution lors d’une impulsion de courant dans la liste de tantale montre que la densité de courant critique pour le retournement de l’aimantation du CoFeB par SOT est réduite. Ces résultats sont très encourageants pour le développement des SOT-MRAM et incitent à approfondir ces études. Le mécanisme de retournement de l’aimantation semble être une nucléation puis une propagation de parois de domaines magnétiques. Cette hypothèse se fonde sur des tendances physiques observées lors des expériences ainsi que sur des simulations numériques.