Analyse de fiabilité de circuits logiques et de mémoire basés sur dispositif spintronique

Reliability analysis of spintronic device based logic and memory circuits

• Auteur / Autrice : You Wang
• Direction : Lirida Alves de Barros Naviner, Weisheng Zhao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique et communications
• Date : Soutenance le 13/02/2017
• Etablissement(s) : Paris, ENST
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire Traitement et communication de l'information (Paris ; 2003-....)
• Jury : Président / Présidente : Damien Deleruyelle
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christian Gamrat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Ian O'Connor, Lionel Torres

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diélectriques

Température

Fiabilité

Circuits logiques

Mots clés libres

Jonction tunnel magnétique

Analyse de fiabilité

Modèle compact

Polarization du corps asymétrique dynamique

Générateur de nombre aléatoire vrai

Calcul approximatif

Calcul stochastique

Magnetic tunnel junction

Reliability analysis

Compact model

Dynamic asymmetrical body bias

True random number generator

Approximate computing

Stochastic computing

Résumé

La jonction tunnel magnétique (JTM) commutée par la couple de transfert de spin (STT) a été considérée comme un candidat prometteur pour la prochaine génération de mémoires non-volatiles et de circuits logiques, car elle fournit une solution pour surmonter le goulet d'étranglement de l'augmentation de puissance statique causée par la mise à l'échelle de la technologie CMOS. Cependant, sa commercialisation est limitée par la fiabilité faible, qui se détériore gravement avec la réduction de la taille du dispositif. Cette thèse porte sur l'étude de la fiabilité des circuits basés sur JTM. Tout d'abord, un modèle compact de JTM incluant les problèmes principaux de fiabilité est proposé et validé par la comparaison avec des données expérimentales. Sur la base de ce modèle précis, la fiabilité des circuits typiques est analysée et une méthodologie d'optimisation de la fiabilité est proposée. Enfin, le comportement de commutation stochastique est utilisé dans certaines nouvelles conceptions d'applications classiques.

Spin transfer torque magnetic tunnel junction (STT-MTJ) has been considered as a promising candidate for next generation of non-volatile memories and logic circuits, because it provides a perfect solution to overcome the bottleneck of increasing static power caused by CMOS technology scaling. However, its commercialization is limited by the poor reliability, which deteriorates severely with device scaling down. This thesis focuses on the reliability investigation of MTJ based non-volatile circuits. Firstly, a compact model of MTJ including main reliability issues is proposed and validated by the comparison with experimental data. Based on this accurate model, the reliability of typical circuits is analyzed and reliability optimization methodology is proposed. Finally, the stochastic switching behavior is utilized in some new designs of conventional applications.