L’environnement spatial soumet les systèmes électroniques à rude épreuve où ils subissent de fortes variations de température, et surtout un bombardement incessant de particules très énergétiques. Ces particules peuvent créer des dégâts considérables dans les composants microélectroniques comme les mémoires à semi-conducteurs et altérer les données de façon catastrophique. Les mémoires magnétiques à accès aléatoires (MRAM pour Magnetic Random Access Memory) sont connues pour être quasiment insensibles aux bombardements fortement énergétiques. Il s’agit néanmoins d’un type de MRAM très encombrant dont il est difficile de réduire les dimensions. À l’Irig, des physiciens travaillent sur des MRAM dont les dimensions peuvent être aisément réduites et qui pourraient de ce fait constituer des candidats intéressants pour remplacer les mémoires utilisées actuellement par l’industrie spatiale.

Les mémoires les plus courantes fonctionnent par piégeage et dépiégeage de charges électriques. Dans l’espace (satellites géostationnaires, missions spatiales lointaines…) ces composants sont soumis à un bombardement intense de particules ayant des énergies très importantes (électrons, protons, rayons gamma,…). Certaines de ces particules, souvent les plus énergétiques, peuvent traverser les dispositifs de blindage et venir endommager les mémoires ou perturber leur fonctionnement. En effet, une particule fortement énergétique est capable de « dépiéger » une charge, ou au contraire d’en créer une, ce qui a pour effet de modifier l’information de façon ponctuelle ou définitive.
Les MRAM stockent l’information en utilisant l’orientation relative des aimantations magnétiques de deux couches magnétiques. En l’absence de charge, les mémoires MRAM ne sont pas susceptibles à ce type de phénomène. Les chercheurs de l’Irig étudient différents types de MRAM. Ils ont étudié la tenue aux irradiations de Jonctions Tunnel Magnétiques (JTM) de mémoires pouvant servir à des mémoires MRAM à forte densité (d’au moins 1 Go), qui mettent en jeu les processus de fabrications les plus récents qu’ils ont développés.


Chambre d’irradiation au cyclotron de Louvain. L’image insérée montre le faisceau d’ions (croix violette) sur le circuit au cours de l’irradiation.

Les expériences d’irradiations ont été effectuées au Cyclotron de l’Université Catholique de Louvain (UCL). L’irradiation des mémoires avec des ions lourds ¹²⁴Xe³⁵⁺ de 995 MeV (les ions les plus énergétiques disponibles à Louvain, représentatifs de l’énergie des particules pouvant impacter les circuits) montre une sensibilité insignifiante des JTM face à ces particules et aucune modification de leurs propriétés électriques. Par ailleurs, les chercheurs ont observé que les propriétés de magnétorésistance étaient légèrement améliorées après irradiations. En revanche, des modifications de certaines propriétés magnétiques peuvent être observées, notamment la réduction du champ coercitif et un décalage du cycle hystérésis. Ces derniers changements pourraient conduire à une dégradation de l’utilisation de la mémoire, notamment en termes de stabilité. Les causes de ces dégradations semblent être la conséquence d’un effet de chauffage induit par l’irradiation (énergie déposée par les particules).

L'hystérésis (ou hystérèse), est la propriété d'un système dont l'évolution ne suit pas le même chemin selon qu'une cause extérieure augmente ou diminue.