Dispositifs spintroniques aux noeuds technologiques avancés contenant des quantités réduites de Pt et de Ru

Dans le domaine des technologies de l'information et de la communication (ICT), le développement des mémoires non volatiles est crucial pour réduire la quantité d'énergie nécessaire au stockage et au traitement des données. La mémoire à accès aléatoire STT-MRAM est déjà utilisée comme alternative à la mémoire flash intégrée (e-flash) et envisagée pour le remplacement de la RAM statique (mémoire à accès aléatoire statique) en raison de ses hautes performances et de sa facilité d'intégration avec la technologie semi-conducteur à oxyde métallique complémentaire (CMOS). Cependant, la MRAM contient plusieurs matériaux classés comme critiques, notamment par l'Union européenne (UE), avec un risque d'approvisionnement élevé. Le platine (Pt) est utilisé en combinaison avec du cobalt (Co) pour former une structure antiferromagnétique synthétique (SAF) qui fournit la stabilité requise pour la couche de référence de la jonction tunnel magnétique (MTJ), le composant principal de la MRAM. En raison des quantités infimes de Pt présentes dans le minerai initial (quelques ppm), de l'énergie (2000 MJ/kg), des émissions de carbone (12500 kg.eq/kg) et du prix (25000 euro/kg) associés à l'extraction et le raffinement ultérieur de ce métal sont très élevés.Le but de ce travail est de réaliser des dispositifs spintroniques, sans l'utilisation de Pt et Ru critiques. Dans une première approche, nous avons analysé la possibilité d'utiliser l'anisotropie de forme perpendiculaire pour la couche de référence p-MRAM, ce qui permet l'utilisation de matériaux ferromagnétiques plus courants tels que FeCoB ou NiFe. Dans une deuxième approche, nous étudions la possibilité de substituer le Pt par du nickel (Ni) plus commun dont les besoins sont inférieurs de quelques ordres de grandeur (200 MJ/kg, 6,5 kg.eq/kg, 12 euro/kg) mais qui fournit tout de même des anisotropie magnétique (PMA) lorsqu'il est combiné avec du cobalt.La conclusion de nos études est que l'utilisation du nickel ou d'éléments ferromagnétiques plus courants peut apporter de bonnes performances et de fortes réductions en termes d'énergie, de prix ou d'émissions de carbone. Cependant, en raison des quantités infimes de métaux critiques utilisés dans la MRAM, les avantages restent faibles par rapport aux exigences de fabrication des tranches de silicium sur lesquelles ces types de dispositifs sont développés. Par conséquent, il convient de mettre davantage l'accent sur la réduction de l'impact environnemental de la fabrication