Nouvelle génération de mémoire à changement de phase non volatile pour des applications à très basse consommation

Toward the Next generation of Non Volatile Phase-Change Memory Targeting Ultra-Low Power Consumption

• Auteur / Autrice : Anna Lisa Serra
• Direction : Véronique Sousa, Gabriele Navarro
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 05/03/2021
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électronique et de technologie de l'information (Grenoble ; 1967-....)
• Jury : Président / Présidente : Abdelkader Souifi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Lambert Alff, Daniele Ielmini, Roberto Simola, Andrzej Kusiak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lambert Alff, Daniele Ielmini

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ordinateurs -- Mémoires

Memristors

Conductivité thermique

Matériaux à changement de phase

Mots clés libres

Pcm

Basse consommation

Confinement thermique

Pcm

Thermal confinement

Low power consumption

Résumé

Dans un monde de plus en plus bâti sur la technologie, le besoin de stocker une grande quantité d'informations dans un espace limité devient considérable. La miniaturisation des dispositifs de mémoire unitaire devient nécessaire pour l'augmentation de la densité de stockage. La technologie mémoire la plus courante, c.-à-d., la technologie Flash, devient de plus en plus problématique à cause des limitations intrinsèques de la mise à l'échelle. Parmi les solutions les plus intéressantes pour remplacer la mémoire Flash, on trouve les mémoires résistives non volatiles (ou NVRMs). Parmi les NVRMs, la plus prometteuse en termes de mise à l'échelle est la mémoire à changement de phase (PCM). Néanmoins, la PCM manque d'efficacité thermique puisque seulement 1% de l'énergie générée pendant la programmation est effectivement utilisée pour programmer la cellule mémoire. L'amélioration des performances thermiques des cellulesPCM est donc fondamentale pour réduire considérablement l'énergie engagée pendant la programmation.L'objectif principal de ce travail est de contribuer au développement de la prochaine génération de PCM. Les études se sont concentrées sur trois axes principaux : i) la caractérisation de la conductivité thermique de différents matériaux intégrés dans un dispositif PCM; ii) les simulations électrothermiques en 3D qui donnent la possibilité de déterminer les sources principales des pertes de chaleur dans la cellule mémoire; iii) la caractérisation électrique.Plusieurs dispositifs à l'état de l'art ont été proposés, chacun ayant un meilleur confinement thermique pour des applications automobile ou aérospatiales.

In a world transitioning to the digital era, the necessity to store a large amount of information in a limited space is becoming crucial. Therefore, the device down-scaling and the consequent increase in the memory density are highly relevant. The most diffused memory technology, i.e., the Flash, is not suitable to fulfil the scaling requirements at low-cost. As an alternative to Flash, recently, Non-Volatile Resistive Memories (NVRMs) were developed. One of the most promising NVRMs in terms of scalability is the Phase-Change Memory (PCM); however, it lacks thermal efficiency since only 1% of the energy generated during the programming of the cell is used to store the information.In this work, the thermal optimization of the cell is carried out by focusing on three main aspects: i) the measurement of the thermal conductivity of the materials integrated in the device; ii) the 3D electro-thermal simulations identifying the main sources of dissipation in the cell; iii) the electrical characterization.As a result, different approaches for thermally-engineered state-of-art PCM were proposed, targeting low-power automotive or aerospace applications.