Дисертації: "Jonctions magnétiques tunnel"

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Coelho, Paulo Veloso. "Doubles jonctions tunnel magnétiques pour dispositifs spintroniques innovants." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY048/document.

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Анотація:

Un des dilemmes au quel doit faire face la technologie MRAM est la réduction de la consommation énergétique et l’amélioration des vitesses d’accès aux données sans compromettre la rétention des données. Une des solutions possibles passe par les jonctions tunnel magnétiques à double barrière(JTMDB) dont l’amplitude du couple de transfert de spin de la couche de stockage peut être réglée par le choix de la configuration magnétique des électrodes. Cela permet ainsi des modes d’opération lecture/écriture plus fiables pour les MRAM. Malgré la réduction de moitié du courant de commutation, une étude précédente sur les JTMDB avec aimantation dans le plan signale des commutations indésirables en mode lecture liées au couple de transfert de spin perpendiculaire. Dans cette thèse, nous étudions plus en détail l’interaction complexe entre les couples de transfert de spin planaire et perpendiculaire dans ces structures à double barrière. Les mesures effectuées en utilisant courant DC ou des impulsions en tension de courte durée dans des JTMDB avec des barrières symétriques et asymétriques ont montré la présence du couple de transfert de spin perpendiculaire en mode lecture et en mode écriture. De plus, dans les JTMDB avec barrières symétriques en mode lecture, nous démontrons la commutation pure déclenchée par le couple de transfert de spin perpendiculaire qui est proportionnel à la tension quadratique et ajusté par le préfacteur. En outre, ce couple de transfert de spin favorise l’alignement antiparallèle entre les aimantations de la couche de stockage et les deux couches de référence. Les résultats obtenus expérimentalement sont en accord avec des simulations macrospin effectuée avec un choix adéquat des préfacteurs des couples de transfert de spin planaire et perpendiculaire. Afin de supprimer l’influence du couple de transfert de spin perpendiculaire, réduire encore plus le courant d’écriture et permettre la miniaturisation des JTM, nous avons développé et fabriqué des JTMDB avec anisotropie perpendiculaire (p-JTMDB). Des nouvelles multicouches sans couche de croissance avec une anisotropie magnétique perpendiculaire amélioré ont été conçues et introduites dans p-JTMDB fonctionnelles comme référence du haut. Les p-JTMDB optimisées ont été fabriquées en nanopiliers de diamètre inférieur à 300 nm et le couple de transfert de spin étudié expérimentalement en mode lecture et écriture. L’utilisation du W au lieu de Ta comme couche intercalaire dans la couche de stockage FeCoB/couche intercalaire/FeCoB a montré une amélioration de l’efficacité du couple de transfert de spin d’un facteur 3. En mode écriture, les p-JTMDB ont aussi démontré un considérable renforcement de l’efficacité du couple de transfert de spin par comparaison aux p-JTM à simple barrière. En mode lecture, la commutation est empêchée au centre de la région bistable mais la stabilité thermique de l’état magnétique se dégrade aux tensions élevées. Parmi plusieurs explications proposées pour ce phénomène, la réduction de la aimantation à saturation et de l’anisotropie effective avec l’augmentation de la température par effet Joule semble la plus probable selon des simulations macrospin
One of the dilemmas faced by the present STT-MRAM technology is the reduction of the power consumption and increase of data access speed without jeopardizing the data retention. A possible solution lies on the double barrier magnetic tunnel junction (DBMTJ) where the amplitude of the spin transfer torque (STT) on the storage layer can be tuned through a proper magnetic configuration of the outer electrodes. Thus providing more reliable read/write operation modes for MRAM. Despite the reduction in half of the switching current, previous studies on DBMTJs with in-plane magnetization report undesired switchings in read mode associated with field-like torque. In this thesis, we further investigate the complex interplay between damping-like and field-like torques in these double barrierstructures. Measurements using DC current and short voltage pulses in DBMTJ with symmetric and asymmetric barriers have revealed a strong presence of the field-like torque both in write and read modes. Moreover, in DBMTJs with symmetric barriers set in read mode, we demonstrate pure field-like torque switching which is proportional to a quadratic voltage and adjusted by a b2 prefactor. Furthermore, this torque favors a antiparallel alignment between the storage layer magnetization and the two references’ magnetizations. The results obtained experimentally were in agreement with macrospin simulation performed with a proper tuning of the damping-like and field-like torque prefactors. In order to suppress the field-like torque and aiming for a further reduction of the writing currents and enhancedscalability of MTJs, we developed and realized DBMTJs with perpendicular anisotropy (p-DBMTJs). Novel seedless multilayers with improved perpendicular magnetic anisotropy to be used as top reference were designed and implemented in functional p-DBMTJs. The optimized p-DBMTJs were patterned into sub-300nm nanopillars and the spin transfer torque studied experimentally in write and read modes.The use of W instead of Ta as a spacer in the FeCoB/spacer/FeCoB composite storage layer showed a 3x improvement of STT efficiency. In write mode, p-DBMTJs have also demonstrated a considerable enhancement of STT efficiency when compared to single barrier p-MTJs. In read mode, switching has been prevented at the center of the bistable region but its thermal stability degraded with high voltage. Among several proposed explanations of this phenomenon, the reduction of the saturation magnetization and effective anisotropy with increasing temperature has been supported by macrospin simulations as the most probable one

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Mizrahi, Alice. "Jonctions tunnel magnétiques stochastiques pour le calcul bioinspiré." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLS006/document.

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Les jonctions tunnel magnétiques sont des candidats prometteurs for le calcul. Mais quand elles sont réduites à des dimensions nanométriques, conserver leur stabilité devient difficile. Les jonctions tunnel magnétiques instables subissent des renversements aléatoires de leur aimantation et se comportent comme des oscillateurs stochastiques. Pourtant, la nature stochastique de ces jonctions tunnel superparamagnétiques n’est pas une faille mais un atout qui peut être utilisé pour le calcul bio-inspiré. En effet, notre cerveau a évolué de sorte qu’il puisse fonctionner dans un environnement bruité et avec des composants instables. Dans cette thèse, nous montrons plusieurs applications possibles des jonctions tunnel superparamagnétiques.Nous démontrons qu’une junction tunnel superparamagnétique peut être synchronisée en fréquence et en phase à une faible tension oscillante. De manière contre intuitive, notre expérience montre que cela peut être fait grâce à l’injection de bruit dans le système. Nous développons un modèle théorique pour comprendre ce phénomène et prédire qu’il permet un gain énergétique d’un facteur cent par rapport à la synchronisation d’oscillateurs à transfert de spin traditionnels. De plus, nous utilisons notre modèle pour étudier la synchronisation de plusieurs jonctions couplées. De nombreuses méthodes théoriques réalisant des tâches cognitives telles que la reconnaissance de motifs et la classification grâce à la synchronisation d’oscillateurs ont été proposés. Utiliser la synchronisation induite par le bruit de jonctions tunnel superparamagnétiques permettrait de réaliser ces tâches à basse énergie.Nous faisons une analogie entre les jonctions tunnel superparamagnétiques et les neurones sensoriels qui émettent des pics de tension séparés par des intervalles aléatoires. En poursuivant cette analogie, nous démontrons que des populations de jonctions tunnel superparamagnétiques peuvent représenter des distributions de probabilité et réaliser de l’inférence Bayésienne. De plus, nous démontrons que des populations interconnectées peuvent faire du calcul, notamment de l’apprentissage, des transformations de coordonnées et de la fusion sensorielles. Un tel système est faisable de manière réaliste et pourrait permettre de fabriquer des capteurs intelligents à bas coût énergétique
Magnetic tunnel junctions are promising candidates for computing applications. But when they are reduced to nanoscale dimensions, maintaining their stability becomes an issue. Unstable magnetic tunnel junctions undergo random switches of the magnetization between their two stable states and thus behave as stochastic oscillators. However, the stochastic nature of these superparamagnetic tunnel junctions is not a liability but an asset which can be used for the implementation of bio-inspired computing schemes. Indeed, our brain has evolved to function in a noisy environment and with unstable components. In this thesis, we show several possible applications of superparamagnetic tunnel junctions.We demonstrate how a superparamagnetic tunnel junction can be frequency and phase-locked to a weak oscillating voltage. Counterintuitively, our experiment shows that this is achieved by injecting noise in the system. We develop a theoretical model to understand this phenomenon and predict that it allows a hundred-fold energy gain over the synchronization of traditional dc-driven spin torque oscillators. Furthermore, we leverage our model to study the synchronization of several coupled junctions. Many theoretical schemes using the synchronization of oscillators to perform cognitive tasks such as pattern recognition and classification have been proposed. Using the noise-induced synchronization of superparamagnetic tunnel junctions would allow implementing these tasks at low energy.We draw an analogy between superparamagnetic tunnel junctions and sensory neurons which fire voltage pulses with random time intervals. Pushing this analogy, we demonstrate that populations of junctions can represent probability distributions and perform Bayesian inference. Furthermore, we demonstrate that interconnected populations can perform computing tasks such as learning, coordinate transformations and sensory fusion. Such a system is realistically implementable and could allow for intelligent sensory processing at low energy cost

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Chatterjee, Jyotirmoy. "Optimisation de jonctions tunnel magnétiques pour STT-MRAM et développement d'un nouveau procédé de nanostructuration de ces jonctions." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAT130/document.

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Le but de la thèse sera d'étudier la faisabilité d'un nouveau procédé de nanostructuration des jonctions tunnel de dimension sub-30nm récemment imaginé et breveté par Spintec et le LTM et de tester les propriétés des jonctions tunnel obtenus sur les plans structural, magnétique et des propriétés électriques. Une attention particulière sera mise sur la caractérisation des défauts générés en bord de piliers lors de la gravure des jonctions tunnels et l'impact de ces défauts sur les propriétés magnétiques et de transport. Une autre partie de la thèse concerne l'optimisation des propriétés magnétiques et de transport des empilements jonctions tunnel magnétiques en vue d'en améliorer la stabilité thermique, l'amplitude de magnétoresistance tunnel et la facilité de gravure de l'empilement.En particulier l'insertion de nouveaux matériaux réfractaires (W, ) dans les empilements a été étudiée pour améliorer la stabilité de l'empilement lors des recuits à haute température. Des améliorations ont également été apportées pour renforcer la stabilité de la couche de référence de la jonction tunnel lorsque cette dernière est située au dessus de la barrière tunnel. Par ailleurs, une nouvelle couche de couplage antiferromagnétique a été mise au point permettant de réduire significativement l'épaisseur totale de l'empilement et par là même facilitant sa gravure.Tous ces résultats ont été obtenus par des mesures magnétiques et de transport réalisées sur les couches continues et sur des piliers de taille nanométriques
The first aim of the thesis is to study the feasibility of a new process for nanopatterning of sub-30nm diameter tunnel junctions recently patented by Spintec and LTM and to test the properties of tunnel junctions obtained, from the point of view of magnetic and electrical properties. Particular attention will be paid on the characterization of defects generated at the pillar edges when patterning the tunnel junctions and the impact of these defects on the magnetic and transport properties. Another part of the thesis is focused on improving the magnetic and transport MTJ stacks with higher thermal budget tolerance. As a part of this, new materials (W, etc) were used as cap layer or as a spacer layer in composite free layer of pMTJ stacks. Moreover, different magnetic materials combined with different non-magnetic spacer have been investigated to improve the thermal stability factor of the composite storage layers. Detailed structural characterizations were performed to demonstrate the improvements in magnetic and electrical properties. A new RKKY coupling layer was found which allowed to obtain an extremely thin pMTJ stack by reducing the SAF layer thickness to 3.8nm. Seed lees multilayers with enhanced PMA is necesssary to realize a top-pinned pMTJ stack which is necessary to configure a spin-orbit torque MRAM (SOT-MRAM)stack and double magnetic tunnel junction stacks (DMTJs). A new seed less multilyar with enhanced PMA and subsequently advanced stacks such as conventional-DMTJ, thin-DMT, SOT-MRAM stacks, Multibit memory were realized. Finally, electrical properties patterned memory devices were also studied to correlate with the magnetic properties of thin films

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Mouchel, Myckael. "Développement de jonctions tunnel magnétiques bas bruit pour les capteurs de champ magnétique." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAY104.

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Les capteurs de champ magnétique à base de jonctions tunnel magnétiques sont parmi les solutions les plus prometteuses dans le cadre de la miniaturisation toujours plus poussée des composants. Crocus Technology, entreprise partenaire de cette thèse, conçoit depuis plusieurs années des capteurs parmi les plus petits du marché. Malgré leur très bonne sensibilité, ils présentent un bruit en 1/f très important dégradant fortement leur capacité à détecter des champs magnétiques de faible amplitude. Les travaux de cette thèse s’inscrivent dans un contexte de réduction du bruit et d’amélioration de la détection de ces capteurs. Des études approfondies du bruit dans les capteurs commerciaux de Crocus ont été conduites afin de bâtir une bonne compréhension des mécanismes à l’origine de ce bruit. Ces études ont été menées grâce à un banc d’expérience spécifiquement destiné à la réalisation de mesures de bruit conjointement à une caractérisation magnéto-électrique des échantillons. Ainsi, nous avons pu relier le bruit mesuré au comportement des capteurs sous différentes conditions de champ magnétique en développant un modèle explicatif sur la base de « l’empreinte des propriétés magnétiques des échantillons sur leur bruit ». Cette thèse s’est achevée par un projet 6-sigma piloté par l’auteur et ayant permis de mettre en place les solutions nécessaires à la réalisation d’un objectif ambitieux de réduction du bruit. La détectivité a ainsi pu être améliorée de presque deux ordres de grandeur et ainsi atteindre les 13 nT/√Hz à 10 Hz en l’espace de quelques mois, sans dégrader l’intégrabilité des capteurs et en respectant des contraintes industrielles
Magnetic tunnel junctions based magnetic field sensors are one of the most promising solutions in the framework of electronic components miniaturization. Crocus Technology, the industrial stakeholder of this thesis, has been designing some of the market smallest TMR sensors for several years. Despite their good sensitivity, they exhibit a large 1/f noise, deteriorating their capability to detect low magnetic fields. This thesis falls within a context of noise reduction and detection improvement of the sensors. In-depth noise studies of existing sensors have been performed in order to better apprehend the origins of such noise. These studies have been carried out thanks to a specifically designed experimental bench allowing simultaneous noise and magneto-electrical characterizations of the devices. Thereby, we have been able to link the observed noise to the response of the sensors under specific magnetic field conditions by developing an illustrative model based on “magnetic-to-noise fingerprint of the sensors”. This thesis was further completed by a 6-sigma project, led by the author, which allowed us to implement the needful solutions to answer an ambitious objective of noise reduction. The detectivity has been improved by nearly two orders of magnitude, thus reaching 13 nT/√Hz at 10 Hz in a few months, without deteriorating the integrability of the sensors while satisfying industrial constraints

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Chanthbouala, André. "Jonctions tunnel magnétiques et ferroélectriques : nouveaux concepts de memristors." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00932584.

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Durant ce travail de thèse, nous avons étudié deux concepts originaux de memristor fondés sur des effets purement électroniques. Un memristor est une nanorésistance variable non-volatile dont la valeur dépend de la quantité de charges qui l'a traversée. Ce composant est particulièrement prometteur pour des applications en tant qu'élément de mémoire binaire multi-niveaux ou en tant que synapse artificielle pour intégration dans des architectures de calculs neuromorphiques. Le premier concept, le memristor spintronique, se base sur une jonction tunnel magnétique dans laquelle une paroi magnétique est introduite. Par l'effet de magnétorésistance tunnel, la résistance de la jonction dépend de la configuration magnétique, et donc de la position de la paroi. La variation de résistance est obtenue en déplaçant la paroi grâce à un courant par effet de transfert de spin. Le deuxième concept, le memristor ferroélectrique, se base sur une jonction tunnel dont la barrière est ferroélectrique. La résistance d'une telle jonction dépend de l'orientation de la polarisation de la barrière ferroélectrique. Nous montrons qu'elle a un fort potentiel en tant qu'élément de mémoire binaire de part la vitesse et l'énergie d'écriture. Le comportement memristif est obtenu par un retournement progressif de la polarisation électrique. Les résultats expérimentaux obtenus apportent la preuve des concepts. Contrairement aux memristors existants basés sur des processus comme l'électromigration ou le changement de phase, ces deux concepts fondés sur des effets purement électroniques sont prometteurs en termes de rapidité et d'endurance.

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Chanthbouala, André. "Jonctions tunnel ferroélectriques ou magnétiques : nouveaux concepts de memristor." Paris 6, 2013. http://www.theses.fr/2013PA066520.

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Durant ce travail de thèse, nous avons étudié deux concepts originaux de memristor fondés sur des effets purement électroniques. Un memristor est une nanorésistance variable non-volatile dont la valeur dépend de la quantité de charges qui l’a traversée. Ce composant est particulièrement prometteur pour des applications en tant qu’élément de mémoire binaire multi-niveaux ou en tant que synapse artificielle pour intégration dans des architectures de calculs neuromorphiques. Le premier concept, le memristor spintronique, se base sur une jonction tunnel magnétique dans laquelle une paroi magnétique est introduite. Par l’effet de magnétorésistance tunnel, la résistance de la jonction dépend de la configuration magnétique, et donc de la position de la paroi. La variation de résistance est obtenue en déplaçant la paroi grâce à un courant par effet de transfert de spin. Le deuxième concept, le memristor ferroélectrique, se base sur une jonction tunnel dont la barrière est ferroélectrique. La résistance d’une telle jonction dépend de l’orientation de la polarisation de la barrière ferroélectrique. Nous montrons qu’elle a un fort potentiel en tant qu’élément de mémoire binaire de part la vitesse et l’énergie d’écriture. Le comportement memristif est obtenu par un retournement progressif de la polarisation électrique. Les résultats expérimentaux obtenus apportent la preuve des concepts. Contrairement aux memristors existants basés sur des processus comme l’électromigration ou le changement de phase, ces deux concepts fondés sur des effets purement électroniques sont prometteurs en termes de rapidité et d’endurance
A memristor is a variable non-volatile nanoresistance which value depends on the quantity of charges that have flown through. This device is very promising as a multi-level binary memory but also as an artificial synapse for brain-inspired computing architecture. During this thesis, we have studied two new concepts of memristor based on purely electronic effects. The first concept, the spintronic memristor, is based on a magnetic tunnel junction in which a domain wall is created. The resistance of the junction depends on the position of the domain wall. The resistance variations are obtained by displacement of the domain wall induced by spin transfer effect. The second concept, the ferroelectric memristor, is based on a tunnel junction with a ferroelectric barrier. The resistance of such a junction depends on the orientation of the polarization. We show that those junctions exhibit good performances as a binary memory element. The memristive behaviour is obtained by a gradual switching of the polarization. The experimental results bring a proof of those concepts. Unlike other memristors based on mechanisms such as electromigration or phase change, our two concepts based on purely electronic effect are expected to be faster and more reliable

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Delprat, Sophie. "Jonctions tunnel magnétiques avec des monocouches moléculaires auto-assemblées." Thesis, Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066137/document.

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Le sujet de cette thèse concerne la spintronique moléculaire. Des jonctions tunnel magnétiques formées par une barrière tunnel moléculaire (monocouche auto-assemblée) insérée entre deux électrodes métalliques ferromagnétiques ont été étudiées. Afin de fabriquer les dispositifs, un procédé de greffage des molécules sur des substrats ferromagnétiques a été mis en place et une technique de lithographie a été développée pour définir des jonctions de taille submicronique. L’ensemble de ce travail expérimental a permis l’obtention de jonctions non court-circuitées et mesurables, où le transport électronique est bien du transport par effet tunnel.Les mesures de magnétotransport de ces échantillons ont amené des résultats intéressants et nouveaux : les jonctions, dont la barrière est formée par des alcanes-thiols, présentent de la magnétorésistance à température ambiante, allant jusqu’à 12%. Une partie de la thèse s’attelle à la compréhension des différents comportements magnétorésistifs observés : un modèle de barrière tunnel à deux niveaux est proposé pour les décrire.La dernière partie du travail présente des résultats préliminaires obtenus lorsque la barrière moléculaire est formée par des molécules aromatiques ou commutables et met en évidence des phénomènes nouveaux par rapport au cas précédent.L’ensemble des résultats prouve le fonctionnement de jonctions tunnel magnétiques à base de monocouches moléculaires à température ambiante et ouvre la voie à l’utilisation de molécules plus complexes pour une électronique de spin moléculaire multifonctionnelle
This thesis work enters within the molecular spintronic fields. Magnetic tunnel junctions based on molecular self assembled monolayers have been investigated. The devices structure is a molecular monolayer inserted between two ferromagnetic electrodes.A process to graft molecules on a ferromagnet’s surface and a lithography technique have been developed to define the junctions. This experimental work has led to non short-circuited and measurable junctions, in which an electronic tunnel transport has been demonstrated.Interesting and new results have been found out from magnetoresistance measurement of the samples: junctions made with alkanes-thiols barrier have shown magnetoresistance signal at room temperature (up to 12%). In order to explain the magnetoresistive behaviour, a simple model where the barrier is discribed by two levels has been proposed.The last part of the thesis reports preliminary results obtained when the barrier is made of aromatic molecules or switchable molecules and it points out new phenomenons compared to the alkanes case.The overall work proves that devices made from magnetic tunnel junctions with self-assembled monolayers work at room temperature. It is then possible to consider switchable molecules to build multifunctional molecular spintronics devices

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Delprat, Sophie. "Jonctions tunnel magnétiques avec des monocouches moléculaires auto-assemblées." Electronic Thesis or Diss., Paris 6, 2017. http://www.theses.fr/2017PA066137.

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Le sujet de cette thèse concerne la spintronique moléculaire. Des jonctions tunnel magnétiques formées par une barrière tunnel moléculaire (monocouche auto-assemblée) insérée entre deux électrodes métalliques ferromagnétiques ont été étudiées. Afin de fabriquer les dispositifs, un procédé de greffage des molécules sur des substrats ferromagnétiques a été mis en place et une technique de lithographie a été développée pour définir des jonctions de taille submicronique. L’ensemble de ce travail expérimental a permis l’obtention de jonctions non court-circuitées et mesurables, où le transport électronique est bien du transport par effet tunnel.Les mesures de magnétotransport de ces échantillons ont amené des résultats intéressants et nouveaux : les jonctions, dont la barrière est formée par des alcanes-thiols, présentent de la magnétorésistance à température ambiante, allant jusqu’à 12%. Une partie de la thèse s’attelle à la compréhension des différents comportements magnétorésistifs observés : un modèle de barrière tunnel à deux niveaux est proposé pour les décrire.La dernière partie du travail présente des résultats préliminaires obtenus lorsque la barrière moléculaire est formée par des molécules aromatiques ou commutables et met en évidence des phénomènes nouveaux par rapport au cas précédent.L’ensemble des résultats prouve le fonctionnement de jonctions tunnel magnétiques à base de monocouches moléculaires à température ambiante et ouvre la voie à l’utilisation de molécules plus complexes pour une électronique de spin moléculaire multifonctionnelle
This thesis work enters within the molecular spintronic fields. Magnetic tunnel junctions based on molecular self assembled monolayers have been investigated. The devices structure is a molecular monolayer inserted between two ferromagnetic electrodes.A process to graft molecules on a ferromagnet’s surface and a lithography technique have been developed to define the junctions. This experimental work has led to non short-circuited and measurable junctions, in which an electronic tunnel transport has been demonstrated.Interesting and new results have been found out from magnetoresistance measurement of the samples: junctions made with alkanes-thiols barrier have shown magnetoresistance signal at room temperature (up to 12%). In order to explain the magnetoresistive behaviour, a simple model where the barrier is discribed by two levels has been proposed.The last part of the thesis reports preliminary results obtained when the barrier is made of aromatic molecules or switchable molecules and it points out new phenomenons compared to the alkanes case.The overall work proves that devices made from magnetic tunnel junctions with self-assembled monolayers work at room temperature. It is then possible to consider switchable molecules to build multifunctional molecular spintronics devices

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Manchon, Aurélien. "Magnétorésistance et transfert de spin dans les jonctions tunnel magnétiques." Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10301.

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L'observation du renversement d'aimantation induit par courant polarisé (CIMS) dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM) a ouvert de nouvelles perspectives d'applications pour l'électronique de spin, en particulier à travers les mémoires magnétiques (MRAM). Cette réalisation exige une bonne maîtrise de l'oxydation de la barrière tunnel mais aussi une connaissance approfondie du phénomène de transfert dans ces dispositifs. En premier lieu, une étude expérimentale de l'influence de l'oxygène sur les propriétés magnétiques d'une tricouche Pt/Co/MOx (MOx est un métal oxydé) est présentée. La modification d'anisotropie magnétique due aux atomes d'oxygène peut être utilisée pour contrôler l'oxydation des barrières tunnel. Le second aspect étudié est la détermination, théorique et expérimentale, des caractéristiques du transfert de spin dans les JTM. Ces caractéristiques sont d'abord discutées à travers un modèle d'électrons libres puis estimatées expérimentalement dans des JTM à travers la réalisation de diagrammes de phase statiques
The recent observation of current-induced magnetization switching (CIMS) in magnetic tunnel junctions (MTJs) has opened new possibilities of applications for spin electronics, especially with magnetic memories (MRAM). This achievement demands the accurate control of the barrier oxidation in order to obtain MTJs with good magnetic and electronic properties. Moreover, spin transfer torque is expected to show different characteristics in MTJ compared to metallic spin valves. In a first step, an experimental study of the influence of oxygen on the magnetic properties of a Pt/Co/MOx trilayers (MOx is an oxidized metal) is presented. These modifications may be used as a probe of the oxidation state of the tunnel barrier. In a second step, we study the specific properties of spin transfer torque in a MTJ. These properties are first described within a free electron model and then estimated experimentally in MgO-based MTJ through the measurement of static phase diagrams

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Rodary, Guillemin. "Transport dépendant du spin dans des doubles jonctions tunnel magnétiques." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008574.

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L'objectif de ce travail a été la détection d'un magnéto-courant dans le transistor magnétique à base de double jonction tunnel. Ce magnéto-courant a pour origine l'émission d'un courant d'électrons chauds subissant un transport balistique et étant polarisé en spin. Des échantillons ont été élaborés par pulvérisation cathodique. Une technique innovante de prise de contact électrique des trois électrodes d'une double jonction tunnel par lithographie et gravure ionique a été mise en oeuvre. Il a été montré l'influence de cette structuration des échantillons sur les propriétés de transport des jonctions tunnels magnétiques. Grâce aux trois contacts, il a été possible de comparer les propriétés individuelles de la jonction inférieure et de la jonction supérieure, et ainsi de montrer l'influence de la position de la jonction sur ses propriétés de magnétorésistance : la rugosité cumulative des couches entraîne une dégradation des propriétés de transport. Enfin, des mesures en configuration transistor ont été effectuées. L'injection d'un courant d'électrons chauds a été mise en évidence, ainsi que la détection d'un magnéto-courant collecté. Un courant de fuite est également collecté dont la proportion par rapport au courant d'électrons chauds a été quantifiée. Son origine et les moyens de diminuer son importance ont été discutés.

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Bandiera, Sebastien. "Jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire et écriture assistée thermiquement." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656105.

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Dans le cadre de l'augmentation de la densité de stockage des mémoires magnétorésistives à accès direct (MRAM), les matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire sont particulièrement intéressants car ils possèdent une très forte anisotropie. Cependant, cette augmentation d'anisotropie induit également un accroissement de la consommation d'écriture. Un nouveau concept d'écriture assistée thermiquement a été proposé par le laboratoire SPINTEC. Le principe est de concevoir une structure très stable à température ambiante, mais qui perd son anisotropie lorsqu'elle est chauffée, facilitant ainsi l'écriture. Le but de cette thèse est de valider expérimentalement ce concept. Les premiers chapitres sont consacrés à l'optimisation des matériaux à anisotropie perpendiculaire que sont les multicouches (Co/Pt), (Co/Pd) et (Co/Tb). Leur intégration dans une jonction tunnel magnétique est ensuite présentée. L'évolution de l'anisotropie en température, paramètre crucial au bon fonctionnement de l'assistance thermique, a également été étudiée. Enfin, il est démontré que l'écriture thermiquement assistée est particulièrement efficace : les structures développées présentent une consommation d'écriture réduite par rapport aux structures classiques et une forte stabilité à température ambiante.

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Bandiera, Sébastien. "Jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire et écriture assistée thermiquement." Thesis, Grenoble, 2011. http://www.theses.fr/2011GRENY053/document.

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Dans le cadre de l'augmentation de la densité de stockage des mémoires magnétorésistives à accès direct (MRAM), les matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire sont particulièrement intéressants car ils possèdent une très forte anisotropie. Cependant, cette augmentation d'anisotropie induit également un accroissement de la consommation d'écriture. Un nouveau concept d'écriture assistée thermiquement a été proposé par le laboratoire SPINTEC. Le principe est de concevoir une structure très stable à température ambiante, mais qui perd son anisotropie lorsqu'elle est chauffée, facilitant ainsi l'écriture. Le but de cette thèse est de valider expérimentalement ce concept. Les premiers chapitres sont consacrés à l'optimisation des matériaux à anisotropie perpendiculaire que sont les multicouches (Co/Pt), (Co/Pd) et (Co/Tb). Leur intégration dans une jonction tunnel magnétique est ensuite présentée. L'évolution de l'anisotropie en température, paramètre crucial au bon fonctionnement de l'assistance thermique, a également été étudiée. Enfin, il est démontré que l'écriture thermiquement assistée est particulièrement efficace : les structures développées présentent une consommation d'écriture réduite par rapport aux structures classiques et une forte stabilité à température ambiante
In order to increase the storage density of magnetoresistive random access memories (MRAM), magnetic materials with perpendicular anisotropy are very appealing thanks to high anisotropy. However, the enhancement of anisotropy induces an increase of writing consumption as well. A new thermally assisted switching concept has been proposed by SPINTEC laboratory. The principle is to design a highly stable structure at stand-by temperature which loses its anisotropy when heated, making thus the switching easier. The aim of this thesis is to validate experimentally this concept. The first chapters describe the optimisation of out-of-plane magnetic materials such as (Co/Pt), (Co/Pd) and (Co/Tb) multilayers. Their integration in magnetic tunnel junctions is then presented. The evolution of anisotropy with temperature is a critical parameter for thermally assisted writing and has been therefore studied. Finally, the efficiency of this thermally assisted writing is demonstrated: the developed structures present a reduced consumption compared to standard structures and high stability at room temperature

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Clément, Pierre-Yves. "Transport électronique dans les jonctions tunnel magnétiques à double barrière." Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENY040/document.

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Afin de concurrencer les mémoires à accès aléatoire de type DRAM actuellement sur le marché, les mémoires magnétiques ont depuis quelques années fait l'objet de nombreuses études afin de les rendre aussi performantes que possible. Dans ce contexte, les jonctions tunnel magnétiques à double barrière pourraient présenter des avantages significatifs en termes de vitesse de lecture et de consommation électrique. Nous avons en effet fait la démonstration que les structures à double barrière permettent, pour une configuration antiparallèle des aimantations des polariseurs, d'accroître les effets de transfert de spin assurant ainsi des courants d'écriture faibles. Dans la configuration parallèle des polariseurs, le phénomène est inversé et le couple par transfert de spin résultant est considérablement réduit. Cela permettrait de lire l'information plus rapidement en utilisant des tensions du même ordre de grandeurs que celles utilisées pour l'écriture. Nous avons par ailleurs proposé une méthode d'analyse permettant de caractériser les deux barrières tunnel par des mesures électriques en pleine plaque, ce qui facilite le développement des matériaux et atteste des propriétés électriques attendues avant nanofabrication
Since a few years, magnetic memories have been extensively studied in order to compete with already existing Random Access Memories such as DRAM. In this context, double barrier magnetic tunnel junctions may have significant assets in terms of reading speed and electrical consumption. In fact, we demonstrated that spin transfer torque is enhanced when polarizers magnetizations are antiparallel, thus yielding a decrease of the writing current. On the contrary, when polarizers are parallel, spin transfer torque is drastically shrinked, thus allowing fast reading of the storage layer state at a voltage as large as the writing voltage. Moreover, we proposed an analysis method to characterize both tunnel barriers by full-sheet electrical measurements, leading to considerable gain of time in material developpement

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Conraux, Yann. "Préparation et caractérisation d’un alliage amorphe ferrimagnétique de GdCo entrant dans la conception de jonctions tunnel magnétiques : résistance des jonctions tunnel magnétiques aux rayonnements ionisants." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2005. http://www.theses.fr/2005GRE10148.

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Les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM) sont en passe de supplanter les autres formes de mémoires à accès aléatoire utilisant des états de charge électrique, et ce grâce à leurs nombreux avantages techniques : non-volatilité, rapidité, faible consommation énergétique, robustesse. Egalement, les MRAM sont prétendues insensibles aux rayonnements ionisants, ce qui n'a pas été vérifié expérimentalement jusqu'à présent. L'architecture actuelle des MRAM est basée sur l'utilisation de jonctions tunnel magnétiques (JTM). Ces MRAM peuvent présenter un inconvénient de taille, car elles sont susceptibles d'exhiber des erreurs d'adressage, en particulier lorsque l'intégration (la densité de points mémoire) est de plus en plus poussée. Le travail mené pendant cette thèse concerne ces deux points : - vérifier la fiabilité fonctionnelle des MRAM à base de JTM exposées aux rayonnements ionisants de haute énergie ; - étudier un alliage amorphe ferrimagnétique, le GdCo, susceptible d'entrer dans la composition de JTM et permettant de s'affranchir des éventuelles erreurs d'adressage par un processus d'inhibition thermique des points mémoire. Ces travaux de thèse ont démontré que les MRAM à base de JTM conservent pleinement leurs propriétés fonctionnelles lorsqu'elles sont soumises à un rayonnement ionisant intense, et que le GdCo est un matériau très intéressant du point de vue de la physique du solide et du magnétisme, que ses propriétés physiques sont très prometteuses quant à ses applications, et que son intégration dans une JTM réclame encore des évolutions technologiques
The magnetic random access memories (MRAM) are on the way to supplant the other forms of random access memories using the states of electric charge, and this thanks to their many technical advantages: not-volatility, speed, low consumption power, robustness. Also, the MRAM are alleged insensitive with the ionizing radiations, which was not checked in experiments until now. The current architecture of the MRAM is based on the use of magnetic tunnel junctions (MTJ). These MRAM can present an important disadvantage, because they are likely of present errors of addressing, in particular when integration (density of memory cells) is increasingly thorough. The work undertaken during this thesis relates to these two points: - to check the functional reliability of the MRAM containing JTM exposed to high energy ionizing radiations ; - to study a ferrimagnetic amorphous alloy, GdCo, likely to enter the composition of JTM and allowing to free from the possible errors of addressing by a process of thermal inhibition of the memory cells. This work of thesis showed that the MRAM containing JTM preserve their functional properties fully when they are subjected to intense ionizing radiations, and that GdCo is a very interesting material from the point of view of the solid state physics and magnetism, that its physical properties are very promising as for its applications, and that its integration in a JTM still claims technological developments

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Hassen, Emeline. "Elaboration de jonctions tunnel magnétiques à barrière SrTiO3 pour application bas RA." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00845676.

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Ce travail de thèse porte sur l'élaboration et la caractérisation de jonctions tunnel magnétiques (JTM) polycristallines à barrière d'oxyde de titane de strontium, SrTiO3, qui se situe parmi les nouvelles barrières tunnel aux bandes interdites les plus étroites, recensées par la littérature. De telles barrières pourraient répondre à un besoin applicatif crucial : avoir un produit résistance x surface, RA, plus faible dans les JTM, ou à son corollaire, avoir une épaisseur de barrière plus forte à RA égal tout en conservant une magnétorésistance tunnel, TMR, élevée. De précédents travaux ont montré que le SrTiO3 présente une température de cristallisation inhabituellement basse (< 400°C) lorsqu'il est déposé par pulvérisation par faisceau d'ions (IBS) ce qui peut le rendre compatible avec les électrodes magnétiques standards constitutives des JTM. Le dépôt par IBS restant une technique pour le moins exotique au regard de l'état de l'art des JTM, nous avons dans un premier temps élaboré des JTM à barrière d'oxyde de magnésium, MgO, matériau phare de la spintronique. Cette étude a permis de mettre en avant les paramètres spécifiques à cette technique de dépôt influant sur les propriétés de transport des JTM, notamment le type d'oxydation. Dans un second temps, nous avons réalisé des JTM CoFeB/SrTiO3/CoFeB par IBS à partir d'une cible céramique de SrTiO3, en nous inspirant du travail effectué sur le MgO. Les influences de plusieurs paramètres de dépôt, d'oxydation et de recuit ont été analysées, conduisant à deux tendances opposées avec des systèmes présentant soit à une TMR élevée (18 %), soit un RA faible (2.6 Ohm.µm²). Des JTM SrTiO3 ont ensuite été nanostructurées pour la première fois et les tests électriques ont montré que les JTM ayant un bas RA présentaient un comportement ohmique alors que celles ayant une TMR élevée présentaient le comportement tunnel attendu. De plus, ces dernières présentent un claquage diélectrique intrinsèque à l'oxyde. En parallèle, des études microstructurales ont montré une qualité morphologique des JTM SrTiO3 semblable à celle des JTM MgO à l'état de l'art. Toutefois, ces observations n'ont pas permis de statuer sur le caractère cristallisé ou non des barrières en SrTiO3. Plusieurs pistes visant à déterminer la température de cristallisation du SrTiO3 dans la gamme des épaisseurs extraordinairement faibles des barrières tunnel ont été proposées.

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Najjari, Nabil. "Basculement électrique dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO." Strasbourg, 2011. http://www.theses.fr/2011STRA6084.

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Ce travail de thèse s’inscrit dans le contexte des études actuelles sur les jonctions tunnels magnétiques (JTM) à base de MgO qui constituent les cellules élémentaires de mémoires non-volatiles MRAM. La première partie constitue une introduction générale de l’étude. Les phénomènes de basculement de résistance sont tout d’abord décrits. Les différentes origines de ces phénomènes de basculement de résistance sont rappelées. La deuxième partie traite de la synthèse des échantillons. Les différentes étapes du procédé de structuration sont présentées, ainsi que les difficultés rencontrées et les solutions proposées. La troisième partie présente 3 séries d’échantillons épitaxies de composition Fe/Cr/MgO/Fe, Fe/V/MgO/Fe et Fe/MgO/Cr/MgO/Fe. Les échantillons témoins présentent les propriétés « standards » de JTM à base de MgO avec une magnétorésistance de 120% qui témoigne d’une bonne qualité des échantillons préparés. Par contre dès que des couches de Cr et encore plus de V sont introduites au contact de la barrière, d’importants effets de basculement de résistance sont observés. Cet effet est clairement reproductible. Ceci est expliqué par un modèle statistique de piégeage d’électrons dans la barrière de MgO. Finalement, nous avons réalisé des systèmes exotiques à double barrière entièrement épitaxies Fe/MgO/Cr/MgO/Fe. Les mesures de microscopie électronique et les résultats de transport électrique indiquent que cette couche de Cr coalesce en forme d’amas plus ou moins disjoints. Ces derniers sont ainsi vus comme super-paramagnétiques et non pas antiferromagnétiques
The topic of this study is the magnetic tunnel junctions (MTJ) based on MgO, which are the basic units of non-volatile memory MRAM. The first part provides a general introduction. The phenomenon of resistance switching is first described. The different origins of resistance switching are discussed. The second part deals with the synthesis of the samples. The different steps of the sample fabrication are presented along with the difficulties encountered and proposed solutions. The third section deals with three epitaxial samples : Fe/Cr/MgO/Fe, Fe/V/MgO/Fe and Fe/MgO/Cr/MgO/Fe. Standard samples have a magnetoresistance of 120% indicating a good quality of prepared samples. As soon as layers of Cr or V are introduced, a significant and reproducible resistance switching effect is observed. A statistical model of electron trapping in the MgO barrier explains these phenomena. Finally, we studied an exotic fully epitaxial double barrier systems Fe/MgO/Cr/MgO/Fe. Electron microscopy and electrical transport measurements indicate that the Cr layer forms separated clusters. Therefore, behaviour of the clusters is superparamagnetic rather than antiferromagnetic

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Diouf, Baye Boucar. "Elaboration et étude de jonctions tunnel magnétiques NiO/Co/Al2O3/Co." Toulouse, INSA, 2003. http://www.theses.fr/2003ISAT0005.

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Cette thèse préparée au LPMC s'inscrit dans le cadre de la recherche aujourd'hui très active en Electronique de Spin. Les jonctions tunnel à forte magnétorésistance (TMR) à température ambiante sont trés prometteurs pour des applications telles que des MRAM ou des têtes de lecture de disques durs, ceci dans un futur relativement proche. Plusieurs objectifs majeurs ont été atteints dans ce travail en combiant sputtering et masques de contact ou lithographie pour la fabrication des dispositifs et pour leur caratérisation, des mesures de transport, de magnétorésistance, la magnétométrie MOKE, la microscopie Kerr et des études en HREM. Le point fondamental pour assurer le transport électrique par effet tunnel est la maîtrise de la fabrication de barrière tunnel, ici Al2O3 ou aussi MgO et NiO, ou une combinaison de ces matériaux. L'épaisseur des barrières fines et continues est comprise entre 10 et 20 Å. L'étude du couplage d'échange entre l'antiferromagnétique NiO et le ferromagnétique Co et de l'influence des conditions de dépôt des couches sur leurs propriétés magnétiques ont permis d'avoir un contrôle des anisotropies uniaxiale et unidirectionnelle des bicouches NiO/Co utilisées comme électrode dure de la jonction tunnel et de mettre en évidence les épaisseurs convenables pour un bon compromis aimantation rémanente/champ coercitif. Ceci afin d'assurer une configuration magnétique parfaitement antipallèle des électrodes une fois la jonction tunnel constituée, l'électrode douce étant une couche de cobalt seule. Ces solides études de base ont permis la réalisation sur substrat de verre des jonctions tunnel NiO/Co/Al2O3/Co étudiées, leur réponse magnétorésistive est parfaitement contrôlée et avec une amplitude pouvant atteindre plus de 20% à température ambiante, ce qui est pratiquement le maximum que l'on puisse obtenir avec des électrodes de Co dont la polarisation de spin est d'environ 33%. Sur le plan théorique nous avons réalisé un modèle décrivant les mécanismes de la TMR, ce modèle simple et réaliste s'inspire de la première expérience (Stern et Gerlach) mettant en évidence la quantification du moment de spin de l'électron
This thesis prepared in LPMC at INSA Toulouse is done in the framework of the active research field of spin electronic. Magnetic tunnel junctions with high TMR signal are competitive components for read heads or MRAM. Many objectives have been touched in this work. We have combined sputtering and shadow mask or lithography technology to fabricate or samples and their characterization was done using transport and magneto-transport measurements, MOKE magnetometry, Kerr microscopy and HREM studies. The key point to achieve electrical transport by tunnelling effect is the control of the barrier fabrication, we made Al2O3, MgO, NiO barriers or a combination of these materials, using natural oxidation. The thickness of the thin and continuous barriers is between 10 and 20 Å. The study of exchange coupling between the antiferromagnetic material NiO and the ferromagnetic material Co and the consideration of the influence of the fabrication conditions of the thin films leaded to control the uniaxial and unidirectional anisotropies in the bilayers NiO/Co used as hard electrode in the tunnel junction. We have determinate convenient thickness for a good compromise between remnant magnetization and coercive field. So a perfect antiparallel configuration can be obtained, the soft electrode being a film of Co of 100 Å thickness. These fundamental studies permitted to fabricate NiO/Co/Al2O3/Co magnetic tunnel junctions on float glass substrates. Their TMR response is perfectly controlled and can touched more than 20% at room temperature, this corresponds almost to the maximum possible with Co electrode if we refer to the 33% spin polarisation of cobalt. We also propose a simple and realistic model describing TMR mechanism, this model is based on the on the first experiment (Stern and Gerlach) proving the quantification of the electron intrinsic momentum

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Tiuşan, Coriolan. "Magnétisme et transport polarisé en spin dans des jonctions tunnel magnétiques : utilisation du transport tunnel comme une sonde micro magnétique." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2000. http://www.theses.fr/2000STR13058.

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Manchon, Aurélien. "MAGNETORESISTANCE ET TRANSFERT DE SPIN DANS LES JONCTIONS TUNNEL MAGNETIQUES." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203385.

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L'observation du renversement d'aimantation induit par courant polarisé (CIMS) dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM) a ouvert de nouvelles perspectives d'applications pour l'électronique de spin, en particulier à travers les mémoires magnétiques (MRAM). Cette réalisation exige une bonne maîtrise de l'oxydation de la barrière tunnel mais aussi une connaissance approfondie du phénomène de transfert dans ces dispositifs.
En premier lieu, une étude expérimentale de l'influence de l'oxygène sur les propriétés magnétiques d'une tricouche Pt/Co/MOx (MOx est un métal oxydé) est présentée. La modification d'anisotropie magnétique due aux atomes d'oxygène peut être utilisée pour contrôler l'oxydation des barrières tunnel. Le second aspect étudié est la détermination, théorique et expérimentale, des caractéristiques du transfert de spin dans les JTM. Ces caractéristiques sont d'abord discutées à travers un modèle d'électrons libres puis estimatées expérimentalement dans des JTM à travers la réalisation de diagrammes de phase statiques.

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Dounia, Salim. "Optimisation des performances de capteurs de champ à base de jonctions tunnel magnétiques." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY025.

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Les capteurs de champ magnétique à base de jonctions tunnel magnétiques constituent une solution prometteuse dans le cadre du développement de dispositifs miniatures de basse consommation. Les performances de ces capteurs dépendent fortement de l’état magnétique (macrospin ou vortex) et des dimensions de la couche libre. Crocus Technology entreprise partenaire de cette thèse conçoit depuis plusieurs années des capteurs à base de jonctions tunnel. Malgré leur très bonne sensibilité, les capteurs dont la couche libre est à l’état macrospin, présentent un bruit important, dégradant fortement la capacité à détecter des champs de faible amplitude, et une hystérèse, qui réduit la gamme de mesure. Les travaux de cette thèse se situent dans ce contexte d’amélioration de la détectivité et de réduction de l’hystérèse et sont consacrés à l’étude de capteurs dont la couche sensible est à l’état vortex en vertu du faible bruit et de l’hystérèse réduite générés par ces capteurs. L’objectif est d’améliorer les performances des capteurs à base de jonctions tunnel à l’état vortex en étudiant différentes formes de plots et différents empilements magnétiques via des simulations micromagnétiques et des caractérisations électriques. Les premiers résultats présentés portent sur l’amélioration de la sensibilité sans dégradation de la linéarité pour des capteurs à base de plots non circulaires et les solutions identifiées par simulations micromagnétiques sont vérifiées expérimentalement. La deuxième partie de ce travail concerne la mesure et l’étude du bruit dans ces capteurs pour différentes formes de plots et empilements magnétiques. On montre que la sensibilité et le bruit dans les capteurs sont corrélés et associés à la qualité de l’interface avec la barrière tunnel en MgO. Le rôle des inserts non-magnétiques pour améliorer la détectivité est démontré. La troisième partie de ce travail porte sur la suppression de l’hystérèse dans ces capteurs. On montre par simulations micromagnétiques que l’hystérèse est contrôlée grâce à une entaille au bord des plots. On montre également que des plots elliptiques avec méplat permettent d’augmenter la gamme de mesure. Une hystérèse résiduelle est néanmoins générée par la présence de l’entaille. On développe par la suite un modèle analytique permettant de confirmer les résultats de simulations et de déterminer les dimensions des plots et du méplat permettant de supprimer cette hystérésis. Finalement, la dernière partie de ce travail porte sur la suppression de l’hystérèse résiduelle via l’interaction magnétostatique entre plots voisins dans une matrice indépendamment de la forme du plot et de l’entaille. Un modèle analytique est développé pour étudier cette interaction mais il doit encore être amélioré afin de confirmer les résultats de simulations
Magnetic field sensors based on magnetic tunnel junctions are a promising solution in the development of miniature low power devices. The performances of these sensors are highly dependent on the free layer dimensions and thus it’s magnetic state (macrospin/vortex). Crocus Technology, the industrial stakeholder of this thesis, has been designing some of the smallest TMR sensors for several years. Sensors at macrospin state, despite their good sensitivity, have a high noise level strongly degrading their ability to detect low magnetic fields, and an undesired hysteresis. This thesis takes place in this context of improving detectivity and reducing hysteresis. It focuses on the study of TMR sensors with a free layer at vortex state to take advantage of the low noise and reduced hysteresis expected for this magnetic state. The objective is to improve the performances of these TMR sensors by studying different dot shapes and magnetic stacks via micromagnetic simulations and electrical characterizations. The first results presented in this thesis concern the improvement of sensitivity without degradation of linearity for sensors based on non-circular dots; experiments confirm the validity of the solutions obtained by micromagnetic simulations. The second part of this work concerns the measure and study of noise and detectivity for different dot shapes and magnetic stacks. We show that noise and sensitivity are correlated and that noise is linked to grains at the interface with MgO tunnel barrier. In particular, we demonstrate that non-magnetic inserts improve detectivity. The third part of this work deals with hysteresis reduction in these sensors. Using micromagnetic simulations, we show that hysteresis can be controlled thanks to a cut at the dot edge. We also note that elliptical dots with a flat cut improve the measuring range. A residual hysteresis is however generated by the cut. An analytical model is then developed in order to confirm simulations results and to determine dots geometry leading to hysteresis suppression. Finally, the last part of this work deals with the suppression of the residual hysteresis via the magnetostatic interaction between neighbouring dots independently of their shape. An analytical model is developed but needs further improvements to confirm simulation results

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Fix, Thomas. "Couches minces de Sr2FeMoO6 élaborées par ablation laser pour des jonctions tunnel magnétiques." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2006. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2006/FIX_Thomas_2006.pdf.

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Lorsque deux couches ferromagnétiques sont séparées par une fine couche isolante (ou semi-conductrice) le transport électronique est autorisé par effet tunnel. Ce type d’empilement, qui est appelé jonction tunnel magnétique, est très prometteur au niveau des applications. La magnétorésistance observée est alors appelée magnétorésistance tunnel. La magnétorésistance tunnel est liée à la polarisation en spin des électrodes, c’est-à-dire qu’elle est liée à l’asymétrie des densités d’états des électrodes au niveau de Fermi pour les deux directions de spin. Une solution pour avoir une polarisation plus importante et par conséquent une magnétorésistance élevée est d’utiliser des oxydes ferromagnétiques à caractère demi-métallique, pour lesquels le niveau de Fermi passe au cœur d’une bande d’énergie dans l’une des directions de spin et passe par un gap d’énergie dans l’autre direction. L’enjeu est d’obtenir un demi-métal à température ambiante. Nous nous somme intéressés au demi-métal double pérovskite Sr2FeMoO6, matériau qui offre une température de Curie relativement élevée, et qui est donc potentiellement demi-métallique à température ambiante. La synthèse sous forme de poudre et le dépôt en couches minces par ablation laser de ce matériau sont étudiés grâce à différentes techniques. Enfin, des jonctions tunnel magnétiques à base de Sr2FeMoO6 sont élaborées et les propriétés de transport sont examinées
When two ferromagnetic layers are separated by a thin insulator (or semiconductor), the electronic transport is enabled by tunnelling. This type of stack, called magnetic tunnel junction, is very promising for applications. The magnetoresistance observed in this case is called tunnel magnetoresistance. It is related to the spin polarization of the electrodes, in other words to the asymmetry of the density of states of the electrodes at Fermi energy for the two spin directions. A solution to obtain a higher spin polarization and thus a high magnetoresistance is to use half-metallic ferromagnetic oxides, for which the Fermi energy crosses an energy band for one spin direction and a band gap for the other direction. The challenge is to obtain a half-metal at room temperature. We focus on the half-metal double perovskite Sr2FeMoO6, which offers a relatively high Curie temperature, and is therefore potentially half-metallic at room temperature. The powder synthesis and the thin film deposition by pulsed laser deposition are studied using various techniques. Finally, magnetic tunnel junctions based on Sr2FeMoO6 are grown and the transport properties are examined

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Guth, Michel. "Propriétés de transport de jonctions tunnels magnétiques utilisant un composé II-VI de ZnS comme barrière tunnel." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2003. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2003/GUTH_Michel_2003.pdf.

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Zermatten, Pierre-Jean. "Étude du transport tunnel dépendant du spin dans des jonctions tunnels magnétiques épitaxiées Fe/MgO/Fe bcc." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10139.

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La prédiction et l'observation de très forts taux de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO a ouvert de nouvelles perspectives d'applications dans le domaine de l'électronique de spin. Ces forts taux de TMR ne peuvent s'expliquer qu'en prenant en compte la structure cristalline des électrodes et le filtrage de la barrière tunnel dépendant des symétries. Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication. Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0. 2eV et 1. 1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS
Many possible applications have arisen in the domain of spin electronics since the prediction and experimental observation of high tunneling magneto-resistance (TMR) values in MgO-based tunnel junctions. These high TMR values are due to the crystallinity of the stack, which allows the electronic transport to be described by Bloch wave functions and gives a symmetry dependence of the spin filtering in the tunnel barrier. An original experimental set-up has been developed during this PhD that is able to measure the electronic properties of nano-objects under an applied magnetic field. It combines fast electronic acquisition cards and an atomic force microscope (AFM) equipped with a full metallic tip. This set-up is highly versatile and allows nano-objects to be electrically contacted without difficult nano-fabrication steps. This set-up has been used in order to study the influence of the interfaces on the electronic properties of the fully epitaxial magnetic tunnel junction Fe/MgO/Fe (100). Two interface resonant states (IRS) have been observed for the first time in this system at 0. 2 eV and 1. 1 eV above the Fermi energy of the minority spin electrons. These IRS drastically modify the tunnel transport and even reverse the dynamic TMR. The transport symmetry of the IRS has been found from a study of samples with different MgO thicknesses

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Zermatten, Pierre-Jean. "Étude du transport tunnel dépendant du spin dans des jonctions tunnels magnétiques épitaxiées Fe/MgO/Fe bcc." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00345079.

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La prédiction et l'observation de très forts taux de magnétorésistance tunnel (TMR) dans des jonctions tunnel magnétiques à base de MgO a ouvert de nouvelles perspectives d'applications dans le domaine de l'électronique de spin. Ces forts taux de TMR ne peuvent s'expliquer qu'en prenant en compte la structure cristalline des électrodes et le filtrage de la barrière tunnel dépendant des symétries.
Un dispositif original de mesures de transport sous champ magnétique d'objets de taille nanométrique a été développé au cours de cette thèse. Il associe une électronique d'acquisition rapide et un Microscope à Force Atomique (AFM) muni d'une pointe métallique. Ce dispositif très versatile permet de contacter électriquement et d'étudier de différents types de nano-objets sans étapes compliquées de nanofabrication.
Ce dispositif a été utilisé pour étudier l'influence des interfaces sur le transport dans des jonctions tunnel Fe/MgO/Fe (100) cristallines obtenues par épitaxie. Deux états résonants d'interface (IRS) ont été observés pour la première fois dans ce système à 0.2eV et 1.1eV au dessus du niveau de Fermi pour les électrons minoritaires. Ces IRS modifient fortement le transport tunnel et le dominent autour de 1V avec une inversion de la TMR dynamique. Une étude en fonction de l'épaisseur de MgO a permis de trouver la symétrie dominant le transport de ces IRS.

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Nistor, Lavinia. "Jonctions tunnel magnétiques à aimantation perpendiculaire : anisotropie, magnétorésistance, couplages magnétiques et renversement par couple de transfert de spin." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00648593.

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Le but de cette thèse est l'étude des propriétés de jonctions tunnel magnétiques à aimantation perpendiculaire, en utilisant l'anisotropie perpendiculaire présente à l'interface entre un métal magnétique et un oxyde. En théorie, dans le cas des applications mémoires, les jonctions tunnel perpendiculaires devraient nécessiter moins d'énergie (courant) pour l'écriture par courant polarisé en spin. Mais la fabrication de telles structures représente un défi et une tâche difficile puisque les propriétés de transport (TMR) et d'anisotropie imposent des contraintes sur les matériaux utilisées en limitant la fenêtre de travail, notamment en ce qui concerne l'épaisseur des couches magnétiques. Pour atteindre cet objectif nous avons tout d'abord étudié les propriétés de ces structures comme l'anisotropie de l'interface métal magnétique-oxyde, le transport tunnel et le couplage entre les couches magnétiques à travers la barrière isolante. L'amplitude de l'anisotropie d'interface entre un métal magnétique et un oxyde dépend de l'épaisseur des couches magnétiques, de la température de recuit et la concentration de l'oxygène à l'interface. Différentes structures ont été réalisées afin de choisir la structure la mieux adaptée pour les applications mémoires MRAM. Une corrélation entre la TMR et l'anisotropie a été observée permettant de valider l'origine de l'anisotropie perpendiculaire : la formation de liaisons métal magnétique-oxygène. Un couplage antiferromagnétique à été aussi observé entre les couches magnétiques à anisotropie perpendiculaire à travers l'oxyde. Une étude détaillée sur le couplage a été faite en fonction de la température de recuit et de l'épaisseur des couches magnétiques pour mieux comprendre l'origine du couplage et une possible relation avec l'amplitude de l'anisotropie perpendiculaire. Finalement des jonctions perpendiculaires ont été nano-lithographiées et des mesures de commutation d'aimantation par transfert de spin sur des piliers nanométriques ont été réalisées avec de faibles courants critiques.

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Iovan, Adrian. "Elaboration et caractérisation de jonctions tunnel à plusieurs barrières pour l'intégration dans une nouvelle génération de mémoires magnétiques." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2004. https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2004/IOVAN_Adrian_2004.pdf.

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Après la découverte d'une grande magnétorésistance tunnel (MRT) dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM) à température ambiante, beaucoup d’applications potentielles basées sur le transport polarisé ont émergé, en particulier pour l’utilisation des jonctions tunnel au sein de mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM). Cependant, les MRAM actuellement proposées, nécessitent d’ajouter un commutateur semi-conducteur (un transistor CMOS ou une diode PN ) en série avec la cellule mémoire (JTM). En effet, dans une matrice de JTM, il faut supprimer (ou bloquer) les courants parasites provenant des autres éléments lors de la lecture de l’état magnétique d’un élément donné. Cependant, ce procédé est pénalisé par la difficulté technologique de combiner une partie semi-conductrice, où la conduction se fait dans une géométrie planaire, et une partie métal/oxyde. Un des moyens de contourner cette difficulté d’intégration est d’introduire une diode à base de multicouches métal/isolant (Metal Insulator Diode MID). Dans ce cas, on peut fabriquer des diodes avec la même taille latérale que les jonctions magnétiques conduisant à une augmentation de la densité de stockage de la MRAM. Dans ce travail de thèse, nous avons élaboré de telles structures et nous avons validé le fonctionnement d'une diode Métal/Isolant avec un rapport de rectification élevé. La deuxième partie de ce travail est consacrée à l’intégration en série de la diode MID ainsi obtenue avec une jonction magnétique donnant le signal magnétorésistif (fonction de mémoire) dans une structure MID-RAM. Le fonctionnement de la MID-RAM a été validé à l’aide de simulations et de contacts macroscopiques entre une diode MID et une jonction magnétique. Une structure intégrée a été réalisé montrant à la fois un signal MRT et une rectification du courant. Cependant, nous montrons que cette intégration se heurte à des difficultés liées au caractéristiques intrinsèques du transport dans ces structures
After discovery of a great tunnel magnetoresistance (TMR) in magnetic tunnel junctions (MTJ) at room temperature, several potential applications based on polarized transport have emerged. Large TMR values at room temperature are very promising, in particular, for the use of the tunnel junctions within magnetic random access memory (MRAM) devices. However, the MRAM currently proposed, which incorporate magnetic junctions tunnel, require to add a semiconductor switch (a CMOS transistor or a PN diode) in series with the cell memory (MTJ). Indeed, in a matrix of MTJ, it is necessary to remove (or block) the stray currents coming from the other elements during the reading of the magnetic state of a given element. However, this process is penalized by the technological difficulty to combine a semiconductor part, where conduction is done in a planar geometry, and a metal/oxide part. One of the means of circumventing this difficulty of integration is to introduce a diode based on metal/insolator multilayers. In this case, diodes can be manufactured with the same size as the magnetic junctions that will lead to an increase of the storage density in the MRAM. In this thesis, we have elaborated such structures and have validated the operating mode of a Metal-Insulator Diode (MID) with a high rectification ratio. The second part of this work is devoted to the integration of the diode thus obtained with a magnetic junction giving the magnetoresitif signal in a MID-RAM structure. This corresponds to contacting the MID diode (blocking function) in series with a magnetic tunnel junction (memory function RAM). The operating mode of the MID-RAM has been validated using simulations and macroscopic contacts between a MID and a magnetic junction. An integrated structure has been realised exhibiting simultaneously TMR signal and rectified current. However, we show that this integration comes up against difficulties related to intrinsic properties of the transport in such structures

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Petit, Sébastien. "Influence du couple de transfert de spin sur les fluctuations magnétiques thermiquement activées dans les jonctions tunnel magnétiques." Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10237.

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La réduction croissante des tailles des dispositifs de l'électronique de spin s'accompagne d'une diminution du rapport signal sur bruit, notamment du fait de l'augmentation des fluctuations magnétiques à l'approche de la limite super-paramagnétique. Simultanément la réduction des dimensions de ces dispositifs a entraîné l'apparition d'un nouveau phénomène: le transfert de spin, qui se traduit par un couple exercé par un courant polarisé en spin sur l'aimantation d'une couche ferromagnétique. Pour une densité de courant supérieure à une valeur seuil appelée courant critique, l'aimantation de la couche ferromagnétique peut être renversée ou être mise en précession. De nombreuses études ont été réalisées sur ces deux effets que ce soit d'un point de vue fondamental ou appliqué. Mais peu ont été effectuées pour des courants inférieurs au courant critique, c'est-à-dire dans un régime où le transfert de spin doit exister sans présenter d'effets macroscopiques sur la dynamique de l'aimantation. Dans ce contexte, nous avons montré que le couple de transfert de spin agit fortement sur les fluctuations de l'aimantation à la résonance ferromagnétique dans les jonctions tunnel magnétiques, même pour des courants bien inférieurs au seuil critique. Pour ce faire, nous avons mis en place un banc de mesure de bruit large bande: DC - 26 GHz dont le seuil de détection est inférieur à 0,5 nV/. . JHz. De plus, grâce à un modèle développé à partir du théorème de fluctuation-dissipation, nous avons pu expliquer les modifications du spectre des fluctuations magnétiques induites par le courant. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'existence de deux termes de couple de transfert de spin
The size reduction of spintronic devices causes the decrease of the signal to noise ratio, especially due to the increase of magnetic fluctuations near the super-paramagnetic limit. Simultaneously, the size reduction of these devices brought about the emergence of a new phenomenon: the spin transfer. A spin polarized current leads to a torque on the magnetization of a ferromagnetic layer. When the current density exceeds a threshold value called the critical current, the magnetization of the ferromagnetic layer can be reversed or led into a steady-state precession. Many studies have been conducted on these two effects, from a fundamental or an applied point of view. But few have been done at currents below the critical threshold, that is to say in a regime where the spin transfer torque is expected to have no macroscopic effects on the magnetization dynamic. Ln this context, we showed that the spin transfer torque strongly impacts the spectrum of magnetic fluctuations at the ferromagnetic resonance in magnetic tunnel junctions, even for currents far below the critical current. This result could be obtained since we realized a broadband experimental set-up (DC-26 GHz) to measure the noise emitted by a magnetoresistive device. The detection limit of the bench is less than 0. 5 nY! /. . JHz. Moreover, we developed a model based on the fluctuation-dissipation theorem that explains the changes in the magnetic fluctuation spectrum due to the spin polarized current. Thus, we could evidence the coexistence of two terms of spin transfer torque in magnetic tunnel junctions

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Petit, Sébastien. "Influence du couple de transfert de spin sur les fluctuations magnétiques thermiquement activées dans les jonctions tunnel magnétiques." Phd thesis, Grenoble 1, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00293055.

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La réduction croissante des tailles des dispositifs de l'électronique de spin s'accompagne d'une diminution du rapport signal sur bruit, notamment du fait de l'augmentation des fluctuations magnétiques à l'approche de la limite super paramagnétique. Simultanément la réduction des dimensions de ces dispositifs a entraîné l'apparition d'un nouveau phénomène : le transfert de spin, qui se traduit par un couple exercé par un courant polarisé en spin sur l'aimantation d'une couche ferromagnétique. Pour une densité de courant supérieure à une valeur seuil appelée courant critique, l'aimantation de la couche ferromagnétique peut être renversée ou être mise en précession. De nombreuses études ont été réalisées sur ces deux effets que ce soit d'un point de vue fondamental ou appliqué. Mais peu ont été effectuées pour des courants inférieurs au courant critique, c'est-à-dire dans un régime où le transfert de spin doit exister sans présenter d'effets macroscopiques sur la dynamique de l'aimantation.

Dans ce contexte, nous avons montré que le couple de transfert de spin agit fortement sur les fluctuations de l'aimantation à la résonance ferromagnétique dans les jonctions tunnel magnétiques, même pour des courants bien inférieurs au seuil critique. Pour ce faire, nous avons mis en place un banc de mesure de bruit large bande : DC − 26 GHz dont le seuil de détection est inférieur à 0, 5 nV/pHz. De plus, grâce à un modèle développé à partir du théorème de fluctuation-dissipation, nous avons pu expliquer les modifications du spectre des fluctuations magnétiques induites par le courant. Nous avons ainsi pu mettre en évidence l'existence de deux termes de couple de transfert de spin.

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De, person Pierre. "Jonctions tunnel à aimantation perpendiculaire : croissance, caractérisations structurales ; phénomènes de couplage, magnétotransport ; extension aux hétérostructures pour l'injection de spins dans les semiconducteurs III-V." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2007. http://www.theses.fr/2007GRE10035.

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Le sujet de cette thèse est l'élaboration par épitaxie et la caractérisation de dispositifs pour l'électronique de spin, à savoir une jonction tunnel magnétique (FePt/MgO/FePt) et une hétérostructure hybride métal ferromagnétique / semiconducteur III-V (FePt/MgO/GaAs). L'approche retenue dans les deux cas a été l'utilisation d'une barrière isolante MgO et d'électrodes ferromagnétiques présentant une aimantation perpendiculaire au plan de la couche, réalisées en alliage ordonné FePt (phase L1o) ; le choix de ce matériau a été adopté dans l'optique de créer des mémoires magnétiques, sa forte anisotropie permettant de stabiliser l'information magnétique. Dans le cas des jonctions tunnel magnétiques, une singularisation des propriétés magnétiques de chacune des électrodes a été mise en évidence. Des caractérisations structurales du système en cours de croissance ont permis de relier ce phénomène aux contraintes épitaxiales des films minces. De façon apparemment surprenante, le découplage magnétique du dispositif n'est pas assuré dans le cas général, la forte aimantation des électrodes étant à l'origine d'un champ de fuite très important lors des renversements d'aimantation. Nous avons mis en évidence (expérimentalement et analytiquement) un effet d'épaisseur des couches influant sur le comportement magnétique général du système. Des mesures de dynamique de renversement d'aimantation ont souligné le rôle prépondérant du piégeage des parois de domaine lors des renversements d'aimantation. Les systèmes hybrides FePt/MgO/GaAs ont été élaborés en tout-épitaxie en combinant différents bâtis de dépôt. Nous avons montré la faisabilité d'un système présentant de très bonnes propriétés structurales et magnétiques
The subject of this thesis is the elaboration by epitaxy and the characterization of devices designed for spintronic applications : magnetic tunnel junctions (FePt/MgO/FePt) and hybrid heterostructures ferromagnetic metal / semiconductor III-V (FePt/MgO/GaAs). Ln both cases we used MgO as an insulating barrier and FePt ferromagnetic electrodes with magnetization perpendicular to the surface plane (the L1o ordered alloy). This ferromagnetic material has been chosen for the purpose of creating future magnetic memories because its large anisotropy enables a stable magnetic information. Different magnetic behaviors have been shown for each of the two electrodes of the magnetic tunnel junctions. Structural characterizations of the system performed during the growth process led us to attribute this effect to the epitaxial strain of the thin films. Surprisingly at first sight, the magnetic decoupling of the system is not guaranteed in the general case because of the strong magnetization of the ferromagnetic layers that induces a strong stray field during the magnetization reversaIs. We also were able to deduce, by experiments and calculations, the influence of the thickness of the electrodes on the general magnetic properties of the device. Studies of magnetization reversaI dynamics have shed some light on the key role played by the pinning of the domain walls during the magnetization reversals. All-epitaxial FePtlMgO/GaAs hybrid systems were elaborated by combining different deposition chambers. We managed to grow systems exhibiting very good structural and magnetic properties

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Yang, Hongxin. "Etude ab-initio des phénomènes spintronique dans les jonctions tunnel magnétiques et le graphène." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770720.

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Phénomènes de spintronique dans les jonctions tunnel magnétiques et des films minces sont très prometteurs des deux points fondamentaux et l'application de vue. Elles sont basées sur l'exploration de spin d'électron en plus de sa charge et comprennent intercalaire couplage d'échange (CEI), l'anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA), géante (GMR) et magnétorésistance tunnel (TMR), Couple de transfert de spin (STT), Spin effet Hall (SHE) et même induire du magnétisme dans les éléments non compris d graphène. Cette thèse comprendra premiers principes des études de phénomènes spintronique qui ont été d'un grand intérêt récemment. La première partie est consacrée à intercalaire couplage d'échange à travers les matériaux isolants dont le MgO, SrTiO3, GaAs et ZnSe. La deuxième partie comprendra des études ab initio d'anisotropie magnétique perpendiculaire au Fe | interfaces MgO et MTJ y compris le mécanisme et sa corrélation avec le spin Bloch symétrie Etat fondé de filtrage. Dans les enquêtes troisième partie de l'anisotropie magnétique et la fonction de travail dans les Co | interfaces graphène seront présentés. Ensuite, il sera montré possibilité d'induire et d'optimiser le magnétisme intrinsèque dans nanomeshes graphène. Dernière partie sera consacrée à l'induction de polarisation de spin et le réglage de Dirac point et ordre magnétique dans le graphène à l'aide d'effets de proximité magnétiques substrat.

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Amara, Selma. "Etude de fiabilité des jonctions tunnel magnétiques pour applications à forte densité de courant." Phd thesis, Université de Grenoble, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00846519.

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L'objectif de cette thèse est d'étudier la fiabilité et la cyclabilité des jonctions Tunnel magnétique pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation et de claquage de la barrière. Une étude de l'endurance de la barrière MgO jusqu'au claquage électrique est présentée. Les échantillons ont été testés sous un mode impulsionnel. Par l'étude de l'effet de retard entre des impulsions successives, une durée de vie optimale des JTM est observée pour une valeur intermédiaire de retard entre les impulsions correspondant à un compromis optimal entre la densité moyenne de charge piégée dans la barrière et la modulation temporelle de charge. En outre, un modèle de piégeage / dépiégeage de charge a été développé qui appuie cette interprétation. L'étude souligne le rôle des pièges de charges dans le mécanisme de claquage de la barrière tunnel. Elle montre aussi que l'endurance extrêmement longue pourrait être obtenue en réduisant la densité des sites de piégeage d'électrons dans la barrière tunnel. Puis, une étude de l'endurance et le bruit basse fréquence a été dans les jonctionS CoFeB/MgO/CoFeB pour STT-MRAM ou TA-MRAM. Une corrélation a été observée et expliquée par la présence de sites de piégeage d'électrons dans la barrière de MgO et le rôle des phénomènes de charge/ décharge à la fois dans la fiabilité et la puissance du bruit en 1 / f électrique. Ces résultats prouvent que le test du bruit basse fréquence peut être utilisé comme une caractérisation prédictive de l'endurance. Enfin, en perspectives, des mesures complémentaires en été proposées pour développer plus le modèle de charge/décharge, une optimisation de la barrière pourrait ainsi être réaliser pour réduire le nombre des pièges de charge au sein de la barrière et par conséquent améliorer la fiabilité des jonctions Tunnel.

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Monso, Sandra. "Fabrication et tests de points mémoire non-volatiles à base de jonctions tunnel magnétiques." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2003. http://www.theses.fr/2003GRE10208.

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Dimopoulos, Théodoros. "Transport polarisé en spin dans les jonctions tunnel magnétiques : Le rôle des interfaces métal/oxyde dans le processus tunnel." Université Louis Pasteur (Strasbourg) (1971-2008), 2002. http://www.theses.fr/2002STR13215.

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Le domaine de recherche du transport polarisé en spin dans les jonctions tunnel de type métal ferromagnétique/isolant/métal ferromagnétique (FM/I/FM) s'est vu porter un nouvel intérêt dans les sept dernières années qui se sont écoulées depuis sa mise en évidence à température ambiante. Ces structures hybrides métal/isolant suscitent actuellement de réelles perspectives d'application dans le domaine des capteurs magnétoresistifs ou des mémoires vives magnétiques non volatiles. Dans une jonction, les électrons polarisés en spin par les électrodes magnétiques, traversent la fine couche d'isolant (barrière tunnel) par effet tunnel. La résistance d'une jonction magnétique, varie avec l'orientation relative de l'aimantation de deux électrodes, que l'on contrôle à l'aide d'un champ magnétique (effet de magnétorésistance). Ce travail de thèse nous a permis de clarifier certains aspects de la physique du transport tunnel dépendant du spin dans les jonctions de type: FM-Al2O3-FM. D'une part, nous nous sommes attachés à étudier le comportement magnétique des électrodes métalliques de ces jonctions et en particulier le système antiferromagnétique artificiel (AAF) constituant l'électrode magnétique dure. D'autre part, nous avons examiné le rôle des interfaces dans le processus tunnel, et plus particulièrement celui des interfaces entre les métaux ferromagnétiques et l'Al2O3. Nous avons démontré, à l'aide de cartographies nanométriques du courant tunnel, comment le désordre chimique à ces interfaces peut influencer l'homogénéité spatiale du courant et la valeur de la magnétorésistance. En parallèle, les études comparatives de magnétotransport à basse température ont montré le lien entre le désordre chimique et les mécanismes de transport inélastique s'ajoutant au processus tunnel élastique. Ces mécanismes correspondent aux interactions des électrons avec les magnons dans les électrodes ferromagnétiques ainsi qu'avec les phonons des électrodes et de la barrière tunnel
The research domain of spin dependent transport in ferromagnetic metal / insulator / ferromagnetic metal (FM/I/FM) junctions has gained a novel interest in the last seven years since its discovery at room temperature. These hybrid metal/insulator structures have potential applications in the domain of magnetic sensors and non-volatile memories. In a tunnel junction the electrons are polarised in the magnetic electrodes and traverse the thin insulator layer (tunnel barrier) by tunnel effect. The resistance of the magnetic tunnel junction varies with the relative orientation of the magnetisation of the two electrodes, which is controlled by the application of a magnetic field (magnetoresistance effect). This work of thesis has permitted us to clarify certain aspects in the physics of spin dependent tunnelling in FM-Al2O3-FM junctions. On one hand, we have studied the magnetic properties of the metallic electrodes of the junctions, especially the artificial antiferromagnet (AAF) which constitutes the magnetically hard electrode. On the other hand, we have examined the role of the interfaces in the tunnel transport, and particularly of those between the ferromagnetic metals and the aluminium oxide. We have demonstrated by nanometric cartography of the tunnel current, how that the chemical disorder in these interfaces influences the spatial homogeneity of the current traversing the barrier and the value of the magnetoresistance. In parallel, comparative studies of magnetotransport at low temperature have shown the connection between the chemical disorder and inelastic transport mechanisms, adding to the elastic tunnel process. These mechanisms correspond to the interaction of the electrons with magnons in the ferromagnetic electrodes, as well as with phonons in the electrodes and the tunnel barrier

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Maunoury, Cécile. "Les empilements ferromagnétique/alumine/ferromagnétique à base de cobalt et de permalloy : élaboration par pulvérisation ionique et étude de leurs propriétés." Paris 11, 2003. http://www.theses.fr/2003PA112310.

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Depuis quelques d'années, l'étude des multicouches métalliques a suscité un vif intérêt dans la communauté scientifique. En effet, elles possèdent des propriétés magnétiques liées à leur caractère bidimensionnel n'existant pas dans un matériau à l'état massif. Les multicouches magnétiques ou Jonctions Tunnel Magnétiques (JTM) peuvent être utilisées dans la réalisation de nouvelles mémoires magnétiques MRAM (Mémoire Magnétique à Accès Aléatoire) en tant qu'élément de stockage de l'information. Les JTM présentent des propriétés de magnétorésistance et sont typiquement composées de deux couches ferromagnétiques séparées par une barrière isolante. La magnétorésistance est la variation de résistance électrique de la jonction lors du changement d'orientation relative des aimantations des deux couches ferromagnétiques. Nous avons élaboré des empilements Co/Al2O3/Co et Co/Al2O3/Co/NiFe par pulvérisation ionique. Cette technique permet le dépôt de tout type de matériaux qu'il s'agisse de métaux, d'alliages ou d'isolants avec de faibles vitesses de dépôt et conduit à une bonne adhésion des films. De plus, l'environnement ultra-vide minimise la pollution des couches. Après l'étude de l'élaboration d'alumine stœchiométrique, les propriétés magnétiques de chaque électrode et des empilements ont été étudiées par effet magnéto-optique Kerr polaire (MOKE) en champ perpendiculaire et AGFM (magnétométrie à gradient de champ alternatif) en champ parallèle, à température ambiante. Sur les jonctions Co/Al2O3/Co, nous n'avons pas observé d'effet des interfaces Co/Al2O3 et Al2O3/Co lors des mesures P-MOKE en champ perpendiculaire, il semble donc que le cobalt ne s'oxyde pas aux interfaces avec l'alumine. Sur la jonction Co/Al2O3/Co/NiFe, nous observons le retournement de l'aimantation de chacune des électrodes. Ce résultat prometteur met en évidence la possibilité d'utiliser la pulvérisation ionique dans l'élaboration de JTM
In the last few years, the study of metallic multilayers has aroused great interest in the scientific community mainly because of their 2D magnetic properties, which do not exist in bulk material. The magnetic multilayers or Magnetic Tunnel Junctions (MTJ) are a major progress for applications such as magnetic sensors and non-volatile memory devices like Magnetic Random Access Memory (MRAM). MTJs (with magnetoresistance properties) consist of two ferromagnetic layers separated by an insulating layer and are used as storage elements in MRAM. The magnetoresistance is the relative difference in the resistance between parallel and anti-parallel magnetizations of the two electrodes. This property can be used for magnetization binary coding of each MTJ. In this study, Co/Al2O3/Co and Co/Al2O3/Co/NiFe stacks have been deposited by ion beam sputtering. This technique allows both metal and oxide deposition with low deposition rates. Therefore, thicknesses are accurately controlled and films show a good uniformity. Moreover, the high vacuum environment reduces film contamination. The magnetic behavior of the two electrodes and the Co/Al2O3/Co and Co/Al2O3/Co/NiFe stacks is investigated using Polar Magneto-optical Kerr Effect (P-MOKE) and Alternating Gradient Field Magnetometry (AGFM), at room temperature. On the Co/Al2O3/Co stack, we show that the Co/Al2O3 and Al2O3/Co interfaces have negligible effect on magnetization. It seems that no cobalt oxidation occurs at the bottom and upper interfaces with the alumina. On the Co/Al2O3/Co/NiFe multilayer, we observe the magnetization switching of each electrode. This result shows that it is possible to use ion beam sputtering for MTJs elaboration

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Cuchet, Léa. "Propriétés de transport et d'anisotropie de jonctions tunnel magnétiques perpendiculaires avec simple ou double barrière." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015GREAY060/document.

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Du fait de leurs propriétés avantageuses en termes de rétention des données, densité de stockage et faible courant critique pour l'écriture par courant polarisé en spin (STT), les jonctions tunnel magnétiques à anisotropie perpendiculaire sont devenues prédominantes dans les études sur les applications aux mémoires magnétiques MRAM. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans ce contexte avec pour but l'amélioration des propriétés de transport et d'anisotropie de telles structures ainsi que la réalisation d'empilements encore plus complexes tels que des doubles jonctions perpendiculaires. Grâce à l'étude des propriétés magnétiques et des mesures de MagnétoRésistance Tunnel (TMR), il apparaît que pour optimiser les performances des jonctions tunnel, l'ensemble des épaisseurs des couches composant l'empilement doit être adapté. Des compromis sont souvent nécessaires pour obtenir à la fois une forte anisotropie perpendiculaire et des signaux de TMR élevés. Des études en fonction des épaisseurs magnétiques ont permis de déterminer les aimantations à saturation, épaisseurs critiques et couches mortes dans les couches de référence et de stockage de jonctions standard avec électrode libre supérieure et couverture Ta. Ce type de jonction a pu être nano-fabriqué sous forme de piliers circulaires afin de tester l'écriture par STT. Sachant que l'anisotropie perpendiculaire provient essentiellement de l'interface métal/oxyde, la couverture Ta a été ensuite remplacée par une deuxième couche de MgO, permettant d'améliorer significativement l'anisotropie de la couche libre. En introduisant une seconde référence au-dessus de cette jonction, des doubles jonctions perpendiculaires fonctionnelles ont pu être fabriquées. Des couches de stockage antiferromagnétiques synthétiques de la forme CoFeB/insert/CoFeB ont pu être développées et apparaissent suffisamment stables pour pouvoir remplacer les traditionnelles références à base de multicouches Co/Pt
Due to their advantageous properties in terms of data retention, storage density and critical current density for Spin Transfer Torque (STT) switching, the magnetic tunnel junctions with perpendicular anisotropy have become predominant in the developments for MRAM applications. The aim of this thesis is to improve the anisotropy and transport properties of such structures and to realize even more complex stacks such as perpendicular double junctions. Studies on the magnetic properties and Tunnel MagnetoResistance (TMR) measurements showed that to optimize the performances of the junctions, all the thicknesses of the different layers constituting the stack have to be adapted. To guaranty both a large TMR as well a strong perpendicular anisotropy, compromises are most of the time needed. Studies as a function of magnetic thickness enabled to extract the saturation magnetization, the critical thickness and the magnetic dead layer thickness both in the bottom reference and the top storage layer in structures capped with Ta. This type of junction could be tested electrically after patterning the sample into nanopillars. Knowing that perpendicular anisotropy mostly arises at the metal/oxide interface, the Ta capping layer was replaced by a MgO one, leading to a huge increase in the anisotropy of the free layer. A second top reference was then added on such a stack to create functional perpendicular double junctions. CoFeB/insertion/CoFeB synthetic antiferromagnetic storage layers could be developed and were proved to be stable enough to replace the standard Co/Pt-based reference layers

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Schleicher, Filip. "L'effet des défauts structuraux sur le transport polarisé en spin dans les jonctions tunnel magnétiques." Phd thesis, Université de Strasbourg, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00864726.

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Dans le manuscrit, nous étudions l'impact des défauts sur le transport électronique dépendant du spin dans les jonctions tunnel magnétiques (JTM). Ces études ont été effectuées sur des hétérostructures possédant des barrières tunnel composé de SrTiO3, TiO2 et de MgO. Dans le cas des deux premières structures, nous montrons comment l'oxydation à l'interface induit réduction très prononcée de la magnétorésistance tunnel (TMR). Dans le cas du MgO, des études optiques sur les états induits par les défauts dans la barrière isolante ont été effectué. Nous avons montré qu'il est possible de contrôler la densité de certain type de défaut (lacune d'oxygène) en altérant les conditions de dépôts du MgO. Les études électriques et optiques effectué sur ces échantillons permettent de remonter à l'énergie des défauts au sein de la barrière. Les méthodes d'analyses des mesures électrique Î (I chapeau), qui représente la variation relative ou absolue du courant électrique en fonction de la température, permet de définir différents régime de transport à travers les jonctions CoFeB/MgO/CoFeB. Le régime intrinsèque observé à basse température s'explique par les effets de structure de bande du CoFeB et du MgO (filtrages des électrons de différente symétrie par la barrière de MgO), tandis que le régime " extrinsèque " observé aux températures intermédiaires résulte d'une activation thermique progressive des lacunes d'oxygène et est accompagné d'une réduction de la résistance ainsi que du signal TMR. Nous avons également montré dans des études préliminaires qu'une excitation optique des défauts a un impact sut le magnéto-transport.

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Oubensaid, El Houcine. "Elaboration et structuration d'empilements Co/Al2O3/Co/Ni80/Fe20 par pulvérisation ionique." Paris 11, 2006. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00011764.

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Une jonction tunnel magnetique (jtm) est composee de deux couches minces metalliques ferromagnetiques (cobalt, nickel, fer) separees par une barriere isolante ultramince (alumine) dans sa forme la plus simple. Cette structure a evolue depuis la mesure de la premiere magnetoresistance tunnel (mrt) à temperature ambiante en 1995. Actuellement, les jonctions tunnel magnetiques sont utilisees par la nouvelle generation de memoire vive magnetique (mram) et par les tetes de lecture des disques durs. Cette etude presente l'elaboration de jonctions tunnel magnetiques cobalt/alumine/cobalt/permalloy par pulverisation ionique. On veut ainsi demontrer la potentialite de cette technique de depot, qui est peu utilisee dans ce domaine. La mesure de la magnetoresistance tunnel a ete effectuee selon deux methodes. La premiere methode a necessite le developpement d'un procede de structuration realise en salle blanche, afin d'elaborer les contacts electriques necessaires a la mesure. La deuxieme methode repose sur la technique appelee cipt (current in plane tunneling). Cette deuxieme technique presente l'avantage de ne necessiter aucune structure particuliere. Cette derniere methode a permis de mesurer une mrt de 7,5%. Afin d'ameliorer ce premier resultat, des simulations de pulverisation ionique ont ete effectuees a l'aide du logiciel srim2003. Elles permettront à terme, d'optimiser les conditions de depot des couches minces
A magnetic tunnel junction (mtj) is composed by two thin ferromagnetic layers (cobalt, nickel, iron), separated by a thin insulating barrier (alumina). This structure has evolved since the measurement of the first tunnel magnetoresistance (tmr) at room temperature in 1995. Currently, magnetic tunnel junctions are used in the new generation of magnetic memories (mram) and as read head in hard drives. This study presents the elaboration of cobalt/alumina/cobalt/permalloy magnetic tunnel junctions by ion beam sputtering (ibs). The aim is to prove the potentiality of this deposition technique, which is little used for this application. The tunnel magnetoresistance has been determined by two methods. The first method has required a pattering process of the full stacking in a clean room, in order to elaborate the electric contacts. The second method is based on the cipt principle (current in plane tunneling), which can be performed directly on the full stack. The mrt value has been evaluated at 7,5%. To improve this first result, ion beam sputtering simulations have been performed with srim2003 software. These simulations will lead us to optimize the experimental conditions of the thin films elaboration

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Bernos, Julien. "Elaboration de jonctions tunnel magnétiques et de jonctions métal/oxyde/semi-conducteur pour l'étude du transport et de la précession de spin d'électrons chauds." Thesis, Nancy 1, 2010. http://www.theses.fr/2010NAN10080/document.

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Ce travail porte sur la précession du spin d'électrons chauds polarisés en spin. Celle-ci est induite par le champ d'échange d'une couche mince ferromagnétique dans une structure multicouche lors de sa traversée. Deux approches ont été testées. La première nécessite des jonctions tunnel magnétiques (JTM) doubles à forte magnéto-résistance tunnel (TMR). Nous avons obtenu des JTM CoFeB/MgO/CoFeB à aimantations planaires avec 140 % de TMR. Une étude du transport tunnel dans ces systèmes a mis en évidence l'impact du désordre structurel des interfaces électrode/barrière sur le transport des électrons. Un travail sur les couches minces d'alliages de TbCo a permis d'élaborer des JTM (i) à anisotropies magnétiques perpendiculaires au plan de la couche et (ii) à anisotropies croisées. Toutes deux présentent une TMR de l?ordre de 60 %. Dans les cas des jonctions à aimantations perpendiculaires, cette TMR est limitée par la non-continuité de la couche de CoFeB supérieure. La seconde approche nécessite d'élaborer des multicouches magnétiques (filtre à spin, vannes de spin) sur des jonctions métal/oxyde/semi-conducteur, en vue de mesures de transmission d'électrons chauds. La méthode de dépôt mise au point a permis d'élaborer des structures combinant les propriétés magnétiques, structurelles et électriques nécessaires pour l'étude. Des mesures préliminaires ont mis en évidence un effet de filtre à spin sur une jonction n-Si/MgO/Co
Elaboration of magnetic tunnel junctions and of metal/oxide/semi-conductor junctions for the study of spin precession and transport propoerties of hot electrons

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TIUSAN, Coriolan. "MAGNETISME ET TRANSPORT POLARISE EN SPIN DANS DES JONCTIONS TUNNEL MAGNETIQUES. UTILISATION DU TRANSPORT TUNNEL COMME UNE SONDE MICROMAGNETIQUE." Phd thesis, Université Louis Pasteur - Strasbourg I, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00002763.

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L'effet tunnel dépendant du spin dans une structure métal ferromagnétique/isolant/métal ferromagnétique, composant une jonction tunnel magnétique, connaît ces dernières années un regain d'intérêt avec sa mise en évidence à température ambiante et avec ses multiples applications potentielles pour l'élaboration de nouveaux dispositifs micro-électroniques (mémoires non-volatiles, capteurs magnéto-résistifs, etc). Dans une jonction tunnel magnétique la transmission par effet tunnel des électrons, polarisés par les électrodes magnétiques, dépend de l'orientation relative des aimantations des électrodes et des caractéristiques de la barrière isolante. La résistance d'une jonction tunnel magnétique varie de plus de 20% en modifiant de manière sélective l'orientation de l'aimantation d'une électrode par rapport à l'autre, en appliquant un champ. Pour cela, une architecture appelée douce-dure est utilisée. Elle repose sur l'association d'une couche magnétique dure et d'une couche magnétique douce comme électrodes magnétiques de la jonction tunnel. Un aspect novateur de ce travail de thèse repose sur l'utilisation d'un système antiferromagnétique artificiel comme système magnétique dur. Ce système, constitué de deux couches magnétiques (Co et/ou CoFe) d'épaisseurs différentes, ayant leurs aimantations arrangées antiparallèles par couplage à travers une couche non magnétique (Ru), permet d'obtenir une grande rigidité magnétique, ajustable, avec une grande stabilité thermique (>300°C). Ce travail de thèse nous a amené à élaborer des jonctions tunnel magnétiques de taille micronique et à étudier la corrélation entre leurs propriétés magnétiques et leurs propriétés de transport polarisé en spin à des échelles macroscopiques et microscopiques. Il s'est avéré que, grâce à la sensibilité extrême du transport par effet tunnel polarisé en spin aux fluctuations de l'aimantation aux interfaces métal ferromagnétique/isolant, les jonctions magnétorésistives sont des systèmes idéaux pour étudier sélectivement l'évolution de la structure en domaines des couches ferromagnétiques en contact avec la couche isolante en fonction du champ magnétique appliqué.

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Lavanant, Marion. "Retournement de l’aimantation dans des jonctions tunnels magnétiques par effet de transfert de spin." Thesis, Université de Lorraine, 2017. http://www.theses.fr/2017LORR0122/document.

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Les mémoires non-volatiles magnétiques à effet de couple de transfert de spin - STT-MRAM sont un nouveau type de mémoire pouvant remplacer les mémoires DRAM ou SRAM. Chaque point de mémoire STT-MRAM est une jonction tunnel magnétique sous forme d’un pilier de taille nanométrique, composée de deux couches magnétiques séparées par une barrière d'oxide. L'empilement multicouche doit être élaboré sous ultravide par épitaxie par faisceau moléculaire (M.B.E.) ou par pulvérisation cathodique (P.V.D.). Ces méthodes d’élaboration sont développées par la société Vinci Technologies (finançant ce travail de thèse par une bourse CIFRE). L’amplitude de la magnétorésistance tunnel, utilisée pour lire les informations stockées dans la mémoire, dépend de l'orientation relative des aimantations des deux couches magnétiques. Par ailleurs, l'écriture de l’information dans le dispositif est obtenue grâce à l'effet de couple de transfert de spin, qui permet la manipulation de l’aimantation en utilisant un courant polarisé. Enfin, la stabilité thermique du dispositif est donnée par la barrière en énergie séparant les deux orientations d'aimantation (vers le haut et vers le bas dans le cas d'un dispositif perpendiculaire). Pour que les STT-MRAM soient une technologie compétitive, la tension critique nécessaire au retournement de l’aimantation (tension d'écriture) ainsi que le temps de retournement doivent être réduits, tandis que la stabilité thermique doit rester suffisamment élevée pour assurer la conservation de l'information. Au cours de ma thèse, en collaboration avec Vinci Technologies, les équipements nécessaires à la croissance des couches minces composant les jonctions tunnels (M.B.E. et P.V.D.) ont été optimisées. Grâce à cela, nous avons pu obtenir des couches minces avec une anisotropie perpendiculaire (hors du plan) bien caractérisée. J'ai ensuite concentré mon étude sur les dispositifs STT-MRAM industriels (IBM et STT) présentant une aimantation perpendiculaire pour comprendre le mécanisme de retournement de l’aimantation induite par le courant. J'ai alors pu identifier les paramètres pertinents influençant la valeur de la tension de retournement et proposer des solutions pour l'abaisser tout en préservant la stabilité thermique. Grâce à une étude concernant la probabilité de retournement d'aimantation, comparée à une modélisation macrospin et micromagnétique, j'ai mis en évidence un mécanisme de retournement variable en fonction de la configuration magnétique initiale. En effet, le champ rayonné par une couche magnétique sur une autre et la forme de la jonction tunnel ont un impact important sur la manipulation de l'aimantation
Spin Transfer Torque - Magnetic Random Access Memories – STT-MRAM – are developed as a new type of memory which could replace DRAM or SRAM. In the case of STT- MRAM, each memory point is a nanopillar magnetic tunnel junction composed of two magnetic layers separated by an oxide barrier. The multilayer stack can be grown under ultra-high vacuum using Molecular Beam Epitaxy (MBE) or Physical Vapor Deposition (PVD). Those systems are developed by the company Vinci Technologies (sponsoring this PhD work). The tunnel magnetoresistance signal which depends on the relative orientation of the two magnetizations is used to read the information stored in the device. The writing of the information in the device is realized thanks to the spin transfer torque effect, which allows magnetization manipulation using a spin current. The thermal stability of the device is given by the energy barrier separating the two magnetization orientations (up and down in the case of a perpendicular device). For STT-MRAM to be a competitive technology, the critical voltage needed for magnetization switching (writing voltage) as well as the switching time have to be reduced while the thermal stability remains high enough to ensure the retention of information. During my thesis, in collaboration with Vinci-Technologies several tools to grow thin films have been optimized. With such equipment, we were able to grow thin films with well characterized perpendicular (out-of-plane) anisotropy. I have then focused my study on industrial STT-MRAM devices (from two companies: IBM and STT) with an out-of-plane magnetization direction so as to understand the mechanism of current induced magnetization switching. By doing so, I could identify the relevant parameters influencing the switching voltage value and propose solutions to lower it while preserving thermal stability. Through a probabilistic study of magnetization reversal, coupled with macrospin and micromagnetic modeling studies, I have evidenced different switching mechanisms depending on the initial magnetic configuration. Indeed both the stray field from one magnetic layer to the other and the shape of the nanopillar have a large impact on magnetization manipulation

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Vizzini, Sébastien. "Elaboration et caractérisation d'oxydes d'aluminium ultra-minces pour une application aux jonctions tunnels magnétiques." Aix-Marseille 2, 2008. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2008AIX22036.pdf.

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La spectroscopie d'électrons Auger (AES), la microscopie électronique en transmission (TEM), la diffraction d'électrons lents (LEED) et la microscopie à effet tunnel (STM) ont été utilisés pour étudier la croissance et les propriétés physico-chimiques de films ultra minces d'oxyde d'aluminium réalisés sur Si(100) et Ag(111). Ces oxydes ont été réalisés par une méthode spécifique dite ALDO (Atomic Layer Deposition and Oxydation), qui consiste à croître l'oxyde couche par couche. Cette méthode donne naissance à un oxyde artificiel qui présente de nombreuses spécificités et fait de cet oxyde un bon candidat pour les applications en microélectronique et notamment dans les mémoires magnétiques de type MRAM
Using different techniques of investigation (AES, LEED, STM, HR-TEM, EELS and PES) we have developed an original process, which consists to grow the aluminuim oxide layer by layer. This procedure so-called Atomic Layer Deposition and Oxidation (ALDO procedure) allows to get an artificial oxide film perfectly homogeneous in depth and chemical composition as well. Several properties like gap measurement, stoichiometry, surface morphology and electrons transport allows to mind that oxid could be in good agreement with microelectronics applications (Magnetic Tunnel Junction and Magnetic memories)

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Gabillet, Laurianne. "Elaboration et étude des propriétés physiques de jonctions tunnel magnétiques à barrières d'Al2O3, de MgO, ou hybrides." Toulouse, INSA, 2004. http://www.theses.fr/2004ISAT0012.

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En électronique de spin, les jonctions tunnel magnétiques (JTM) présentant une forte magnétorésistance tunnel (MRT) à température ambiante, sont des structures très prometteuses pour la fabrication d'une nouvelle génération de mémoire vive (MRAM) ou pour la réalisation de capteurs magnétiques ultrasensibles (automobile, têtes de lecture de disque dur). Dans cette thèse, les JTM sont constituées d'un empilement NiO/Co/barrière/Co. La barrière est obtenue par oxydation naturelle d'une couche métallique d'épaisseur inférieure à 2 nm. Elle est soit simple, formée d'Al2O3 ou de MgO, soit hybride, formée de 2 ou 3 couches d'oxydes (Al2O3, MgO ou NiO) subnanométriques. L'élaboration se fait par pulvérisation cathodique au travers de masques, sur substrat de verre ou de MgO (110). Les propriétés physiques sont étudiées par diverses techniques : mesures magnéto-optiques, de magnéto-transport (de 4,2 à 300 K), effet tunnel polarisé vers un supraconducteur, PNR, diffraction X, AFM, HREM. La première étape a été d'étudier les propriétés magnétiques (anisotropie, mode de retournement de l'aimantation) de chaque électrode pour différentes méthodes de dépôt. Le couplage entre électrodes a ensuite été mesuré en fonction de la nature de la couche séparatrice. Puis, après optimisation de l'épaisseur des barrières, les propriétés de transport (résistance, MRT, dépendance en température, en tension) des JTM ont été étudiées pour chaque barrière. Ces études ont permis de contrôler la forme et l'amplitude des réponses magnétorésistives des JTM et de comparer la qualité des diverses barrières. Les barrières de meilleure qualité, celles d'Al2O3, donnent une MRT de 20% à l'ambiante
In spintronics, magnetic tunnel junctions (MTJ) with high tunnel magnetoresistance (TMR) at room temperature are very promising structures for the development of a new generation of random access memory (MRAM) or for the realization of ultra-sensitive magnetic sensors (automobile industry, read heads for hard disks). In this thesis, MTJ have the following structure : NiO/Co/barrier/Co. The barrier is obtained by natural oxidation of a metal layer thinner than 2 nm. It is either simple, formed by Al2O3 or MgO, or hybrid, formed by 2 or 3 subnanometric oxide layers (Al2O3, MgO ou NiO). MTJ were fabricated by sputtering trough shadow masks, on glass or MgO (110) substrates. Physical properties were studied by magneto-optical measurements, magneto-transport investigations (from 4,2 to 300 K), spin polarized tunneling, PNR, X-ray diffraction, AFM, HREM. The first step was to investigate the magnetic properties (anisotropy, magnetization reversal mechanism) of each electrode for various deposition methods. Coupling between electrodes was then measured with different insulating layers. After optimizing barriers thickness, MTJ transport properties (resistance, TMR, temperature and voltage dependencies) were studied with each kind of barrier. This work allowed us to control the MTJ magnetoresistive responses shape and amplitude, and to compare the quality of various barriers. The best quality barriers - Al2O3 barriers - give 20% TMR at room temperature

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Lequeux, Steven. "Déplacement de paroi de domaine par transfert de spin dans des jonctions tunnel magnétiques : application au memristor spintronique." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS168/document.

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Dans le contexte actuel des technologies de l’information, le traitement séquentiel effectué par les ordinateurs d’architecture classique bute sur des problématiques de consommation d’énergie. En s’inspirant de la nature, et tout particulièrement du cerveau, une solution alternative apparaît à travers les réseaux de neurones artificiels. Dans ce cadre, la réalisation de nano-composants, appelés memristors, qui miment la plasticité synaptique, permet grâce à leur taille nanométrique d’envisager la réalisation de réseaux neuronaux densément interconnectés. Dans ce travail de thèse, notre intérêt est porté sur la réalisation d’un tel composant, défini comme une nano-résistance variable et non-volatile, et dont le fonctionnement repose sur le principe de la spintronique (ou l’utilisation du spin des électrons comme vecteur d’information), qui présente les avantages de compatibilité avec les technologies actuelles (CMOS, MRAM, …etc). En utilisant une jonction tunnel magnétique, le concept de memristor spintronique repose sur le déplacement d’une paroi de domaine magnétique par transfert de spin, où chaque position de paroi défini un état de résistance intermédiaire. Afin de maitriser les variations de résistance du dispositif memristif spintronique, l’étude des propriétés statiques et dynamiques de la paroi de domaine sous l’influence d’un courant polarisé en spin est requise. Grâce à l’étude du déplacement et de la résonance de la paroi dans des systèmes à aimantations planaires, comprenant un nombre limité de 3 états intermédiaires de résistance, nous avons pu établir un premier bilan (temps de commutation du dispositif inférieur à la nanoseconde et mis en avant d’un phénomène de ‘sur-amortissement’). En s’appuyant sur ces travaux préliminaires, nous avons par la suite optimisé des jonctions tunnel magnétiques à aimantations perpendiculaires, pour lesquels d’une part le nombre d’états intermédiaires de résistance se voit fortement augmenter (entre 15 et 20 états), autorisant l’utilisation de ce dispositif memristif spintronique pour la réalisation de tâches neuromorphiques. D’autre part, ce dispositif est optimisé pour exploiter le couple de transfert de spin le plus efficace afin de déplacer la paroi de domaine
In the current context of information technology, the sequential processing carried out by classical computer architectures stumbles on problems of energy consumption. Inspired by nature, especially the brain, an alternative solution appears through artificial neural networks. In this background, the realization of nano-components, called memristors, which mimic synaptic plasticity, enables to consider achieving densely interconnected neural networks due to their small size. In this work, our focus is on the realization of such a component, defined as a tunable and non-volatile nano-resistor, and which operation is based on the principle of spintronics (use of the spin of electrons as information vector), which has the advantages of compatibility with current technologies (CMOS, MRAM …etc). By using a magnetic tunnel junction, the concept of the spintronic memristor is based on the motion of a magnetic domain wall by spin transfer effect, where each wall position defines an intermediate resistance state. In order to control the resistance of this spintronic memristive device, the study of static and dynamic properties of the domain wall under the influence of a spin polarized current is required. By the study of the displacement and resonance of the wall whithin an in-plane magnetized device, we established a first assessment (commutation time of the device below one nanosecond and observation of an over-damping). Based on these preliminary studies, we then optimized magnetic tunnel junctions with out-of-plane magnetizations. On one hand, we show that the number of intermediate resistance states is strongly increased (between 15 and 20 states), allowing this spintronic memristive device to be used to perform neuromorphic tasks. Furthermore, we show that the device is optimized to use the most efficient spin transfer torque to displace the magnetic domain wall

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Malinowski, Grégory. "Transport dépendant du spin et couplage d'échange : de la jonction tunnel au capteur magnétique intégré." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00008797.

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Dans une première partie, les propriétés cristallographiques et magnétiques de couches minces X/IrMn et X/IrMn/Y (X,Y= Co et/ou Py) sont présentées. Le magnétisme est expliqué à l'aide de modèles micromagnétiques. La différence de couplage d'échange aux interfaces X/IrMn et IrMn/Y est indépendante de la microstructure et uniquement liée à l'ordre d'empilement des couches. Il est démontré que déposer une couche antiferromagnétique sur une couche ferromagnétique est totalement différent d'un point de vue magnétique de l'opération inverse. Dans une seconde partie, la bicouche IrMn/Co est utilisée comme couche de détection dans une jonction tunnel magnétique pour réaliser un capteur de champ magnétique linéaire et réversible dans la gamme –50 et 50 Oe. Un choix judicieux des paramètres de la jonction tunnel a permis de rendre la sensibilité du capteur indépendante de la température. Sur cette base, un démonstrateur de capteur magnétique avec son électronique de traitement est réalisé.

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Solignac, Aurélie. "Réalisation et étude d'hétérostructures à base du manganite La0.7Sr0.3MnO3 pour des capteurs magnétiques oxydes ultrasensibles." Phd thesis, Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00836295.

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Les matériaux oxydes possèdent une physique très riche et une large gamme de propriétés qui en font des matériaux très attractifs les applications. Notre but est d'utiliser ces matériaux oxydes pour améliorer les performances de capteurs magnétiques ultrasensibles appelés capteurs mixtes à 77K. Ces capteurs combineraient un transformateur flux champ supraconducteur en YBaCuO fonctionnant à 77K et la magnétorésistance d'une jonction tunnel dont les électrodes sont composées du manganite demi-métallique La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO). Durant cette thèse, nous avons développé l'élément clé de ce capteur qu'est la jonction tunnel. Toutes les hétérostructures oxydes ont été déposées par ablation laser. Après avoir vérifié les propriétés de films minces de LSMO et obtenu une couche de référence avec des bicouches LSMO dopé Ru / LSMO, nous avons étudié des jonctions tunnel de type LSMO dopé Ru / LSMO/SrTiO3/LSMO. Sur cet empilement inédit, des magnétorésistances tunnel (TMR) allant jusqu'à 300% ont été mesurés. Le bruit a été caractérisé pour la première fois dans des jonctions tunnel oxydes. Nous nous sommes aussi intéressés au couplage antiferromagnétique à l'interface du LSMO et du SrRuO3 afin de piéger un film de LSMO. Des cycles asymétriques inhabituels ont été observés sur ces bicouches. Des mesures magnétométriques, de réflectivité de neutrons polarisés et des simulations ont alors été combinées pour comprendre le comportement magnétique des bicouches. Cette étude a montré que le couplage antiferromagnétique n'est pas homogène à l'interface entre le LSMO et le SrRuO3

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Olive, Mendez Siôn Federico. "Croissance par jets moléculaires (MBE) des jonctions tunnel magnétiques et semiconducteurs magnétiques sur des substrats de Si(Ge) pour des applications en électronique de spin." Aix-Marseille 2, 2008. http://theses.univ-amu.fr.lama.univ-amu.fr/2008AIX22003.pdf.

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Ce travail de thèse est focalisé sur l’étude des jonctions tunnel magnétiques (JTM) et des semiconducteurs ferromagnétiques dilués (DMS) pour des applications en spintronique. La technique de croissance utilisée est l’épitaxie par jets moléculaires dans l’ultravide (UHV-MBE) et parmi les techniques de caractérisations utilisées on peut citer la microscopie à force atomique (AFM), la microscopie électronique à effet tunnel (STM), la diffraction d’électrons à haute énergie en incidence rasante (RHEED) et la microscopie électronique en transmission (TEM). Concernant les JTM, on a proposé une méthode alternative d’oxydation appelée couche-parcouche, où l’objectif est d’éviter la sur- et sous-oxydation de la couche d’Al. Cela consiste à réaliser des cycles de dépôt d’une monocouche atomique (MC) d’Al suivi de son exposition à l’O atomique. On a trouvé la stoechiométrie de l’oxyde réalisé par cette méthode et on a prouvé que seulement l’Al est oxydé. Pour la mise en ouvre, on a développé une surface de Co très lisse en conservant ses propriétés magnétiques. Le travail à été accompli avec l’utilisation d’une sous-couche tampon en faisant le dépôt de Co/Si à 200°C. Le résultat est une couche épitaxiée en multi domaines avec quatre relations d’épitaxie et dont la phase est Co2Si. Pour les DMS, on a étudié dans un premier temps l’étape initiale de la croissance de Mn/Ge (001) pour comprendre des phénomènes de diffusion-ségrégation, et de coalescence qui régissent la formation d’une phase métastable des nanocolonnes (NC) qui présentent une TC =400K. On a trouvé que le Mn forme des îlots épitaxiés, ayant une taille et une distribution comparable à celles des NC. Dans un deuxième temps on a travaillé sur la croissance par co-dépôt de la phase Mn5Ge3 qui est ferromagnétique à température ambiante et permet l’injection de courants polarisés dans le Ge. Le codépôt a permis une nucléation immédiate ce qui élimine les procès de diffusion induit pour le recuit couramment utilisé
This thesis work is focusing on magnetic tunnel junctions (MTJ) and diluted magnetic semiconductors (DMS) for spintronic applications. Growth technique is ultra high vacuum molecular beam epitaxy (UHV-MBE), some of the techniques of characterization are atomic force microscope (AFM), scanning tunneling microscope (STM), refraction high energy electrons diffraction (RHEED), and transmission electronic microscope (TEM). Concerning the MTJ, we proposed an alternative oxidation method called layer-by-layer (LBL). The aim is to avoid under- and over-oxidation of the Al layer. This procedure consists in a repetitive growth of an atomic layer (AL) followed by oxidation by atomic oxygen. We found oxidation kinetics, the stoichiometry of the oxide and we show that only Al is oxidized. To improve the LBL technique, we have to grow a Co layer with a very flat surface, but still ferromagnetic. We succeed by using a template layer, by growing Co/Si at 200°C. The result is a multi-domain epitaxial layer with four epitaxial relations, the corresponding phase is Co2Si. For the DMS, first we studied the initial stage of Mn/Ge (001) growth in order to understand different phenomena as diffusion segregation and coalescence, which are at the origin of the formation of a metastable phase based en nanocolumns (NC) that exhibit a TC =400K. We found that Mn form epitaxial islands with a maximal size and a mean separation comparable with those found for the NC. Second, we focused on the growth of the Mn5Ge3 phase by co-deposition. This phase is ferromagnetic at room temperature and allows the injection of a polarized current into Ge substrate. Co-deposition gives rise to an immediate nucleation avoiding the diffusion process to occur as it happens during anneal in the common procedure for growing this alloy

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Greullet, Fanny. "Les jonctions tunnel magnétiques épitaxiées à base de MgO(001) : de l'étude statique et dynamique à l'injection de spin dépendant des symétries." Thesis, Nancy 1, 2009. http://www.theses.fr/2009NAN10001/document.

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Les modèles théoriques qui prônent l’existence d’un filtrage en symétrie dans les électrodes ferromagnétiques n’ont jamais souffert d’autre justification que leur potentiel à éclairer les résultats expérimentaux. En la matière, les jonctions tunnel magnétiques Fe/MgO/Fe(001) apparaissent être un outil approprié pour confronter expérience et théorie de par leur haute qualité cristalline, cette dernière étant essentielle pour se rapprocher au plus près des considérations théoriques. Les premières mesures de bruit basse fréquence réalisées sur ce système en démontrent la qualité remarquable, paramètres primordiaux au bon déroulement des mécanismes de transport tunnel. L’étude de la dynamique du courant a permis de montrer l’existence d’un mode de transport tunnel direct d’une électrode à l’autre et d’invalider un mode de transport séquentiel via des défauts dans la barrière. L’intégration de films minces de Cr(001) dans ce système idéal a permis de valider de façon non ambigüe l’existence effective du filtrage en symétrie suite à l’apparition d’états de puits quantiques pour une seule symétrie électronique dans des jonctions Fe/Cr/Fe/MgO/Fe. Ce résultat phare met aussi en évidence un mode de transport tunnel cohérent et balistique. La validation de ces concepts autorise l’étude de l’injection de spin dépendant des symétries dans des matériaux plus complexes, comme des films minces de Fe3O4(001). Ces derniers ont fait l’objet d’une étude structurale approfondie et ont amené à des résultats de magnéto-transport encourageants suite à leur intégration dans des dispositifs tunnel à base de MgO(001)
The symmetry-filtering into the ferromagnets as predicted by the theoreticians has never suffered of any other justification than its ability to shed the light on the experimental observations. Fe/MgO/Fe(001) junctions are then an appropriate tool to test its validity thanks to their high crystallinity. The first performed low frequency noise measurements have proved the well-suited quality of this kind of junctions and the study of the current’s dynamic through the system, its pure direct tunneling. By using Cr(001) thin films, the symmetry-filtering has been unambiguously highlighted with the occurrence of quantum-well states only for one specific electronic symmetry in Fe/Cr/Fe/MgO/Fe(001). Thus, the validity of the theoretical concepts allows investigating the symmetry-dependent spin-injection into more complex systems such as Fe3O4(001) thin films which have revealed theirselves as promising to integrate into MgO(001)-based tunnel devices

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Greullet, Fanny. "Les jonctions tunnels magnétiques épitaxiées à base de MgO(001) : de l'étude statique et dynamique à l'injection de spin dépendant des symétries." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00410668.

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Les modèles théoriques qui prônent l'existence d'un filtrage en symétrie dans les électrodes ferromagnétiques n'ont jamais souffert d'autre justification que leur potentiel à éclairer les résultats expérimentaux. En la matière, les jonctions tunnel magnétiques Fe/MgO/Fe(001) apparaissent être un outil approprié pour confronter expérience et théorie de par leur haute qualité cristalline, cette dernière étant essentielle pour se rapprocher au plus près des considérations théoriques. Les premières mesures de bruit basse fréquence réalisées sur ce système en démontrent la qualité remarquable, paramètres primordiaux au bon déroulement des mécanismes de transport tunnel. L'étude de la dynamique du courant a permis de montrer l'existence d'un mode de transport tunnel direct d'une électrode à l'autre et d'invalider un mode de transport séquentiel via des défauts dans la barrière. L'intégration de films minces de Cr(001) dans ce système idéal a permis de valider de façon non ambigüe l'existence effective du filtrage en symétrie suite à l'apparition d'états de puits quantiques pour une seule symétrie électronique dans des jonctions Fe/Cr/Fe/MgO/Fe. Ce résultat phare met aussi en évidence un mode de transport tunnel cohérent et balistique. La validation de ces concepts autorise l'étude de l'injection de spin dépendant des symétries dans des matériaux plus complexes, comme des films minces de Fe3O4(001). Ces derniers ont fait l'objet d'une étude structurale approfondie et ont amené à des résultats de magnéto-transport encourageants suite à leur intégration dans des dispositifs tunnel à base de MgO(001).

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Bonell, Frédéric. "Analyse du transport dans les jonctions tunnel magnétiques épitaxiées à barrière de MgO(001) par manipulation des interfaces, de la barrière et des électrodes." Phd thesis, Université Henri Poincaré - Nancy I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00456413.

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Les jonctions tunnel magnétiques épitaxiées sont des systèmes modèles permettant de confronter l'expérience à la théorie de l'effet tunnel polarisé en spin. Celles à barrière de MgO(001) font à ce titre l'objet de nombreuses études, dont certaines ont permis d'établir expérimentalement l'existence de phénomènes tunnel cohérents dépendant de la symétrie des états de Bloch. Les expériences réalisées au cours de cette thèse visent à identifier et contrôler plusieurs propriétés des interfaces, de la barrière et des électrodes qui s'expriment dans le transport tunnel. Nous étudions les conséquences d'un excès d'oxygène à l'interface Fe/MgO dans les jonctions Fe/MgO/Fe(001). La réalisation d'un empilement modèle Fe/p(1×1) O/MgO/Fe(001) nous permet de confirmer certains effets attendus, notamment la formation d'une barrière additionnelle à l'interface pour les états de symétrie Δ1. Cependant, et contre toute attente, la magnétorésistance dépend peu de la présence d'oxygène. Elle est en revanche très sensible à la qualité cristallographique des interfaces. Nous démontrons ainsi les influences néfastes du désordre et du désaccord paramétrique entre la barrière de MgO et l'électrode sous-jacente. L'emploi d'alliages Fe V de composition variable permet de réduire le désaccord paramétrique et de diminuer la densité de dislocations, ce qui conduit à une forte augmentation de la magnétorésistance. Nous étudions enfin comment les structures électroniques des alliages Fe Co et Fe V se manifestent dans le transport tunnel. Des mesures de photoémission résolue en spin nous permettent de sonder directement les bandes Δ et les états de résonnance interfaciale des surfaces (001) libres ou recouvertes de MgO.

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Deng, Erya. "Conception et développement de circuits logiques de faible consommation et fiables basés sur des jonctions tunnel magnétiques à écriture par transfert de spin." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAT012/document.

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Avec la diminution du nœud de la technologie CMOS, la puissance statique et dynamique augmente spectaculairement. It est devenu l'un des principaux problèmes en raison de l'augmentation du courant de fuite et de la longue distance entre les mémoires et les circuits logiques. Au cours des dernières décennies, les dispositifs de spintronique, tels que la jonction tunnel magnétique (JTM) écrit par transfert de spin, sont largement étudiés pour résoudre le problème de la puissance statique grâce à leur non-volatilité. L'architecture logic-in-memory (LIM) hybride permet de fabriquer les dispositifs de spintronique au-dessus des circuits CMOS, réduisant le temps de transfert et la puissance dynamique. Cette thèse vise à la conception de circuits logiques et mémoires pour le système de faible puissance, en combinant les technologies JTM et CMOS. En utilisant un modèle compact JTM et le design-kit CMOS de STMicroelectronics, nous étudions les circuits hybrides MTJ/CMOS de 1-bit et multi-bit, y compris les opérations de lecture et d'écriture. Les méthodes d'optimisation sont également introduites pour améliorer la fiabilité, ce qui est extrêmement important pour les circuits logiques où les blocs de correction d'erreur ne peuvent pas être facilement intégrés sans sacrifier leurs performances ou augmenter la surface de circuit. Nous étendons la structure MTJ/CMOS hybride de multi-bit à la conception d’une mémoire MRAM avec les circuits périphériques simples. Basés sur le concept de LIM, les circuits logiques/arithmétiques non-volatiles sont conçus. Les JTMs sont intégrés non seulement comme des éléments de stockage, mais aussi comme des opérandes logiques. Tout d'abord, nous concevons et analysons théoriquement les portes logiques non-volatiles (PLNVs) comprenant NOT, AND, OR et XOR. Ensuite, les additionneurs complets non-volatiles (ACNVs) de 1-bit et 8-bit sont proposés et comparés avec l'additionneur classique basé sur la technologie CMOS. Nous étudions l'effet de la taille de transistor CMOS et des paramètres de JMT sur les performances d’ACNV. De plus, nous optimisons l’ACNV sous deux faces. Premièrement, un circuit de détection (mode de tension) de très haute fiabilité est proposé. Après, nous proposons de remplacer le JTM à deux électrodes par un JTM à trois électrodes (écrit par transfert de spin assisté par l’effet Hall de spin) en raison du temps d'écriture et de la puissance plus petit. Basé sur les PLNVs et ACNVs, d'autres circuits logiques peuvent être construits, par exemple, soustracteur non-volatile. Enfin, une mémoire adressable par contenu non-volatile (MACNV) est proposée. Deux décodeurs magnétiques visent à sélectionner des lignes et à enregistrer la position de recherche dans un état non-volatile
With the shrinking of CMOS (complementary metal oxide semi-conductor) technology, static and dynamic power increase dramatically and indeed has become one of the main challenges due to the increasing leakage current and long transfer distance between memory and logic chips. In the past decades, spintronics devices, such as spin transfer torque based magnetic tunnel junction (STT-MTJ), are widely investigated to overcome the static power issue thanks to their non-volatility. Hybrid logic-in-memory (LIM) architecture allows spintronics devices to be fabricated over the CMOS circuit plane, thereby reducing the transfer latency and the dynamic power dissipation. This thesis focuses on the design of hybrid MTJ/CMOS logic circuits and memories for low-power computing system.By using a compact MTJ model and the STMicroelectronics design kit for regular CMOS design, we investigate the hybrid MTJ/CMOS circuits for single-bit and multi-bit reading and writing. Optimization methods are also introduced to improve the reliability, which is extremely important for logic circuits where error correction blocks cannot be easily embedded without sacrificing their performances or adding extra area to the circuit. We extend the application of multi-context hybrid MTJ/CMOS structure to the memory design. Magnetic random access memory (MRAM) with simple peripheral circuits is designed.Based on the LIM concept, non-volatile logic/arithmetic circuits are designed to integrate MTJs not only as storage elements but also as logic operands. First, we design and theoretically analyze the non-volatile logic gates (NVLGs) including NOT, AND, OR and XOR. Then, 1-bit and 8-bit non-volatile full-adders (NVFAs), the basic elements for arithmetic operations, are proposed and compared with the traditional CMOS-based full-adder. The effect of CMOS transistor sizing and the MTJ parameters on the performances of NVFA is studied. Furthermore, we optimize the NVFA from two levels. From the structure-level, an ultra-high reliability voltage-mode sensing circuit is used to store the operand of NVFA. From the device-level, we propose 3-terminal MTJ switched by spin-Hall-assisted STT to replace the 2-terminal MTJ because of its smaller writing time and power consumption. Based on the NVLGs and NVFAs, other logic circuits can be built, for instance, non-volatile subtractor.Finally, non-volatile content addressable memory (NVCAM) is proposed. Two magnetic decoders aim at selecting a word line to be read or written and saving the corresponding search location in non-volatile state

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