Nanostructures d’oxyde d’indium pour les mémoires résistives RRAM intégrées en CMOS Back-End-Of-Line

Indium oxide nanoparticles for resistive non-volatile memory compatible with CMOS Back-end off line.

• Auteur / Autrice : Pierre-Vincent Guenery
• Direction : Liviu Militaru, Abdelkader Souifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique
• Date : Soutenance le 02/12/2019
• Etablissement(s) : Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des Nanotechnologies de Lyon (Ecully, Rhône) - Institut des Nanotechnologies de Lyon / INL
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : INL - Dispositifs Electroniques
• Jury : Président / Présidente : Caroline Bonafos
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Liviu Militaru, Abdelkader Souifi, Caroline Bonafos, Marc Bocquet, Jérémie Grisolia, Thierry Baron
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Marc Bocquet, Jérémie Grisolia

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cartes à mémoire

Matériaux nanostructurés

Mots clés libres

Electronique

Mémoire non volatile - MNV

Mémoires résistives OxRRAM

Nanoparticules

Oxyde d'indium

Caractérisation électrique

Transistor

Conduction électrique

Electronic Engineering

Non Volatile Memory

OxRRAM resistive memory

Nanoparticles

Indium oxide

Electrical characterisation

Transistor

Electrical conductivity

Résumé

Les mémoires informatiques actuelles qui ne sont que l'extrême miniaturisation de la technologie développée dans les années 1960, atteignent des limites technologiques difficilement surmontables techniquement et très couteuses. Les mémoires doivent donc se réinventer par une modification profonde de leur forme, comme le développement de structures en 3 dimensions par exemple, ou par l'utilisation de technologies innovantes. C'est un phénomène récent dans le domaine des mémoires qui nous a intéressé au cours de cette thèse. Il consiste à maîtriser électriquement et de manière réversible la résistivité d'une structure pour coder de l'information de manière pérenne, d'où son nom de mémoires résistive non volatile. Un grand nombre de recherches sont menées pour comprendre et maîtriser cette technologie dont le principal défaut actuel est son manque de reproductibilité. Nous proposons une approche originale consistant à l'intégration de nanoparticules d'oxyde d'indium dans la structure d'une mémoire résistive qui est directement compatible avec les puces déjà existantes. L’intégration de particules a pour but d'aider à rendre ces mémoires plus homogènes par un contrôle du comportement électrique de la structure. L'étude menée porte dans un premier temps sur les défis liés à la fabrication de la mémoire et en particulier sur le dépôt de nanoparticules. Pour avoir un effet bénéfique, la fabrication de celles-ci doit être parfaitement maîtrisée. Nous détaillons ensuite à la caractérisation électrique des mémoires et à la compréhension des phénomènes qui sont à l’origine du changement de résistivité des matériaux afin de tenter de mieux les contrôler.

The current computer memories are nothing more than the extreme miniaturization of the technology developed in the 1960s. These memories reached technological limits that are technically difficult and very costly to overcome. Memories must therefore be reinvented by a profound change in their shape, such as the development of three-dimensional structures for example, or by the use of innovative technologies. A new physical phenomenon in the field of memories interested us during this thesis. It consists in an electrically and reversibly control of the resistivity of a structure that can reach at least two level to code the information in a durable way. These memories are called non-volatile resistive memories. A lot of research is being carried out to understand and control this technology. The main current defect of this emerging technology is its lack of reproducibility. We propose an original approach consisting in the integration of indium oxide nanoparticles into the structure of a resistive memory that is directly compatible with existing chips. The purpose of particle integration is to increase the homogeneity of these memories by controlling the electrical behaviour of the structure. The study initially focused on the challenges of memory manufacturing and in particular on the deposition of nanoparticles. To have a beneficial effect, the manufacture of these products must be perfectly controlled. The study then details the electrical characterization of the memories. We discuss about the phenomena that are at the origin of the change in resistivity in order to try to better control them.