Design and optimization of low-power embedded resistive memory (RRAM)

par Basma Hijazi

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

Sous la direction de Hassen Aziza et de Mohammad M. Mansour.

Soutenue le 29-09-2020

à Aix-Marseille en cotutelle avec l'American University of Beirut , dans le cadre de Ecole Doctorale Sciences pour l'Ingénieur : Mécanique, Physique, Micro et Nanoélectronique (Marseille) , en partenariat avec Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP) (Marseille, Toulon) (laboratoire) .

Le président du jury était Alberto Bosio.

Le jury était composé de Leonel Sousa, Ali Chehab, Karine Castellani-Coulié, Luigi Dilillo.

Les rapporteurs étaient Mustapha M. Hamad.

mots clés

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• Nanoélectronique
• Ordinateurs -- Mémoires
• Ordinateurs -- Mémoires à accès sélectif
• Mémoires non-volatiles à accès sélectif
• Memristors

Titre traduit

Conception et optimisation d'une mémoire résistive (RRAM) embarquée basse consommation

Résumé

L’objectif de la thèse est de démontrer les avantages que peuvent apporter l’intégration de mémoires non volatiles résistives dans les applications embarquées basses consommation sur la base d’un circuit mémoire complet. Ces applications présentent des contraintes, largement supérieures aux contraintes habituelles, en termes d’ultra faible consommation et de sécurité (intégrité, confidentialité des données, notamment dans le domaine de l’e-santé). Un aspect important du travail de thèse est consacré à la fiabilité de ces mémoires aussi bien au niveau circuit qu’au niveau système. Cela passe par la mise en place de techniques de test embraquées au niveau circuit et l’utilisation de code de correcteurs d’erreurs niveau Système. Le sujet de thèse propose deux volets : il s'agit d'abord d'étudier les différentes cellules mémoires résistives les plus assujetties à une utilisation dans un système embarqué basse consommation. Le deuxième volet consistera à élaborer toute la circuiterie de mise en œuvre du plan mémoire construit à partir des cellules élémentaires. L’innovation apportée par cette étude est double : type de cellule mémoire étudié et l’évaluation de la fiabilité de ces mémoires

mots clés

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Résumé

The objective of the thesis is to demonstrate the advantages that the integration of resistive non-volatile memories can bring in low-power on-board applications on the basis of a complete memory circuit. These applications present constraints, far greater than the usual ones, in terms of ultra-low consumption and security (integrity, data confidentiality, especially in the field of e-health). An important aspect of the thesis work is devoted to the reliability of these memories both at the circuit level and at the system level. This requires the implementation of embedded test techniques at the circuit level and the use of system level error correcting code. The thesis subject has two components: it is first of all to study the different resistive memory cells most subject to use in a low consumption on-board system. The second part will consist of developing all the circuitry for implementing the memory plane built from elementary cells. The innovation brought by this study is twofold: type of memory cell studied and the evaluation of the reliability of these memories