La mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) est sur le point de remplacer la mémoire informatique traditionnelle basée sur des semi-conducteurs à oxyde de métal complémentaires (CMOS). La MRAM surpassera tous les autres types de dispositifs de mémoire en termes de non-volatilité, de faible dissipation d'énergie, de vitesse de commutation rapide, de dureté de rayonnement et de durabilité. Bien que la MRAM à bascule soit actuellement un produit commercial, il est clair que les développements futurs de la MRAM seront basés sur le couple de transfert de spin, qui utilise le moment cinétique de spin des électrons au lieu de leur charge. La MRAM nécessitera une fusion des technologies magnétiques et microélectroniques. Cependant, les chercheurs et développeurs en magnétisme et en microélectronique assistent à différentes conférences techniques, publient dans différents journaux, utilisent différents outils et ont des formations différentes en physique de la matière condensée, en génie électrique et en science des matériaux.
Ce livre est une introduction à la MRAM pour les ingénieurs en microélectronique, rédigé par des spécialistes des matériaux et dispositifs magnétiques. Il présente les phénomènes fondamentaux impliqués dans la MRAM, les matériaux et les piles de films utilisés, les principes de base des différents types de MRAM (couple de rotation et de transfert de spin, aimant dans le plan ou perpendiculaire au plan), le la technologie magnétique back-end et les développements récents en matière d'architectures logique en mémoire. Il aide à combler le fossé culturel entre la microélectronique et les communautés magnétiques.
.........Table des matières.........
About the Editors xi
Preface xiii
CHAPTER 1 Basic Spintronic Transport Phenomena 1
Nicolas Locatelli and Vincent Cros
1.1 Giant Magnetoresistance 2
1.2 Tunneling Magnetoresistance 9
1.3 The Spin-Transfer Phenomenon 20
CHAPTER 2 Magnetic Propoerties of Materials for MRAM 29
Shinji Yuasa
2.1 Magnetic Tunnel Junctions for MRAM 29
2.2 Magnetic Materials and Magnetic Properties 31
2.3 Basic Materials and Magnetotransport Properties 39
CHAPTER 3 Micrimagnetism Applied to Magnetic Nanotructures 55
Liliana D. Buda-Prejbeanu
3.1 Micromagnetic Theory: From Basic Concepts Toward the Equations 55
3.2 Micromagnetic Configurations in Magnetic Circular Dots 67
3.3 STT-Induced Magnetization Switching: Comparison of Macrospin and Micromagnetism 70
3.4 Example of Magnetization Precessional STT Switching: Role of Dipolar Coupling 73
CHAPTER 4 Magnetization Dynamics 79
William E. Bailey
4.1 Landau-Lifshitz-Gilbert Equation 79
4.2 Small-Angle Magnetization Dynamics 84
4.3 Large-Angle Dynamics: Switching 90
4.4 Magnetization Switching by Spin-Transfer 95
CHAPTER 5 Magnetic Random-Access Memory 101
Bernard Dieny and I. Lucian Prejbeanu
5.1 Introduction to Magnetic Random-Access Memory (MRAM) 101
5.2 Storage Function: MRAM Retention 104
5.3 Read Function 110
5.4 Field-Written MRAM (FIMS-MRAM) 112
5.5 Spin-Transfer Torque MRAM (STT-MRAM) 118
5.6 Thermally-Assisted MRAM (TA-MRAM) 135
5.7 Three-Terminal MRAM Devices 150
5.8 Comparison of MRAM with Other Nonvolatile Memory Technologies 153
5.9 Conclusion 157
CHAPTER 6 Magnetic Back-End Technology 165
Michael C. Gaidis
6.1 Magnetoresistive Random-Access Memory (MRAM) Basics 165
6.2 MRAM Back-End-of-Line Structures 166
6.3 MRAM Process Integration 169
6.4 Process Characterization 187
CHAPTER 7 Beyond MRAM: Nonvolatile Logic-In-Memory VLSI 199
Takahiro Hanyu, Tetsuo Endoh, Shoji Ikeda, Tadahiko Sugibayashi, Naoki Kasai, Daisuke Suzuki, Masanori Natsui, Hiroki Koike, and Hideo Ohno
7.1 Introduction 199
7.2 Nonvolatile Logic-in-Memory Architecture 203
7.3 Circuit Scheme for Logic-in-Memory Architecture Based on Magnetic Flip-Flop Circuits 209
7.4 Nonvolatile Full Adder Using MTJ Devices in Combination with MOS Transistors 214
7.5 Content-Addressable Memory 217
7.6 MTJ-based Nonvolatile Field-Programmable Gate Array 224
APPENDIX 231
INDEX 233