3D high density memory based on emering resistive technologies : circuit and architecture design

par Alexandre Levisse

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Micro et nanoélectronique

Le président du jury était Ian O'Connor.

Le jury était composé de David Atienza, Pierre-Emmanuel Gaillardon.

Les rapporteurs étaient Jacques-Olivier Klein, Lionel Torres.

  • Titre traduit

    Mémoires 3D haute densité à base de technologies résistives : architecture et circuit


  • Résumé

    Alors que les mémoires non-volatiles conventionnelles, telles que les mémoires flash à grille flottante, deviennent de plus en plus complexes à intégrer et souffrent de performances et d’une fiabilité de plus en plus réduite, les mémoires à variation de résistance (RRAM) telles que les OxRAM, CBRAM, MRAM ou PCM sont vues dans la communauté scientifique comme une alternative crédible. Cependant, les architectures de RRAM standard (telles que la 1Transistor-1RRAM) ne sont pas compétitives avec les mémoires flash sur le terrain de la densité. Ainsi, cette thèse se propose d’explorer le potentiel des architectures RRAM sans transistor que sont l’architecture Crosspoint et l’architecture VRRAM.Dans un premier temps, le positionnement des architectures Crosspoint et VRRAM dans la hiérarchie mémoire est étudié. De nouvelles problématiques, telles que les courant de sneakpath, la chute de tension dans les métaux ou la surface des circuits périphériques sont identifiées et modélisées. Dans un second temps, des solutions circuit répondant aux problématiques évoquées précédemment sont proposées. Finalement, cette thèse se propose d’explorer les opportunités ouvertes par l’utilisation de transistors innovants pour améliorer la densité ou les performances des architectures mémoires utilisant des RRAM.


  • Résumé

    While conventional non-volatiles memories, such as floating gate Flash memories, are becoming more and more difficult and costly to integrate and suffer of reduced performances and reliability, emerging resistive switching memories (RRAM), such as OxRAM, CBRAM, MRAM or PCM, are seen in the scientific community as a good way for tomorrow’s high-density memories. However, standard RRAM architectures (such as 1 Transistor-1 RRAM) are not competitive with flash technology in terms of density. Thereby, this thesis proposes to explore the opportunities opened by transistor-less RRAM architectures: Crosspoint and Vertical RRAM (VRRAM) architectures.First, the positioning of Crosspoint and VRRAM architectures in the memory hierarchy is studied. New constraints such as the sneakpath currents, the voltage drop through the metal lines or the periphery area overhead are identified and modeled. In a second time, circuit solutions answering to previously mentioned effects are proposed. Finally, this thesis proposes to explore new opportunities opened by the use of innovative transistors to improve the density or the performances of RRAM-based memory architectures.

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