Effets de bord sur les propriétés magnétiques du nanodispositif à base de CoFeB-MgO

Edge Effects on Magnetic Proprieties of CoFeB-MgO Based Nanodevice

• Auteur / Autrice : Yu Zhang
• Direction : Dafiné Ravelosona, Weisheng Zhao
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique
• Date : Soutenance le 25/06/2018
• Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE) en cotutelle avec Fert Beijing Institute
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Electrical, optical, bio : physics and engineering (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de nanosciences et de nanotechnologies (Palaiseau, Essonne ; 2016-....)
• Jury : Président / Présidente : Weishen Zhao
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Dafiné Ravelosona, Weisheng Zhao, Weishen Zhao, François Montaigne
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Gilles Gaudin, François Montaigne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mémoires non-volatiles à accès sélectif

Structure magnétique

Tension superficielle

Spintronique

Mots clés libres

Jonctions tunnels magnétiques

Paroi de domaine

Nanostructures magnétiqyes

Mémoires non volatiles MRAM

Magnetic tunnel junction

Domain wall

Magnetic switching

Nanostructures

Non volatie memory MRAM

Résumé

.La jonction magnétique à effet tunnel, noyau de la mémoire MRAM (magnetic random access memory), a suscité beaucoup d'intérêt pour les technologies de stockage et de traitement de l'information de faible puissance. Cette thèse se concentre sur l'influence de l'effet de bord pour les propriétés magnétiques des nanodispositifs. Deux nanostructures magnétiques typiques sont concernés: nanopiliers MTJ sous un processus spécial d'encapsulation, et nanodots magnétiques avec la même structure que la couche libre de pilier MTJ.Tout d'abord, nous développons le processus de fabrication complet pour nanopiliers MTJ et nanodots magnétiques, qui est compatible avec la technologie standard du CMOS.Ensuite, un nouveau dispositif memristive hétérogène composé de nanopiliers MTJ entourés de commutateurs résistifs en silicium est étudié par la mesure de transport et la caractérisation structurale. Son application potentielle en tant que dispositif de mémoire à logique avec fonction de cryptage de la mémoire est discutée.Enfin, les nanodots magnétiques avec anisotropie magnétique perpendiculaire (Perpendicular Magnetic Anistopy, PMA) est étudiés par le microscope Kerr. Un modèle physique de la pression de Laplace appliqué sur un mouvement de DW aux bords des nanodots est chargé d'expliquer le décalage inattendu de la distribution du champ de commutation (switching field distribution, SFD) pour des nanodots de tailles variées

Magnetic tunnel junction (MTJ), the core of the magnetic random access memory (MRAM), have attracted intensive interest for low-power storage and information processing technologies. This thesis focuses on the discussion of the influence of edge effect for the magnetic proprieties of nanodevices. Two typical magnetic nanostructures are involved: MTJ nanopillar under a special encapsulation process, and magnetic nanodots with the same structure as the free layer of MTJ stack.First, we develop the full fabrication process for both MTJ nanopillar and magnetic nanodots, which is compatible with standard CMOS technology.Then, a novel heterogeneous memristive device composed of an MTJ nanopillars surrounded by resistive silicon switches is investigated by transport measurement and structural characterization. The potential application as a logic-in-memory device with memory encryption function is discussed.Finally, the magnetic nanodots with perpendicular magnetic anisotropy (PMA) is investigated using Kerr microscope. A physical model of Laplace pressure applied on a DW motion at the edges of nanodots is responsible for explaining the unexpected shifting of switching field distribution (SFD) for nanodots with varied sizes.