Stage LETI – CEA – Grenoble

Proposition de Stage
Laboratoire
d’électronique
et de technologie
de l’information
Domaine de recherche:
Chemistry for nanos
Imaging devices & Systems
Materials
Memory technologies
MEMS and sensors
Microtechnologies for bio
Formation requise
Ingénieur/Master 2 (Bac+5)
Molecular electronics
Nanocharacterization
Nanoelectronics
Nanos for Energy
Nanoscale simulation
Photonics
Durée
en mois
Date de
démarrage
6 mois
Début 2016
Process Technologies
RF Devices & Systems
Spintronics
Autres
Si stage :
possibilité thèse
(oui/non)
oui
Financement
envisagé
Intitulé : Compréhension des propriétés électroniques des sous-oxydes d’hafnium et de tantale pour
l’optimisation des OxRAM de nouvelle génération
Cadre de la collaboration et contexte:
Le CEA Leti développe des technologies innovantes pour les prochains nœuds technologiques de la
nanoélectronique et le transfert vers l'industrie. Afin de surmonter les limites de miniaturisation des
mémoires FLASH, les mémoires résistives (RRAM) bénéficient d’un intérêt tout particulier. Parmi elles, les
mémoires OxRAM (Oxide Based Random Access Memory) à base d’oxyde d’hafnium ou de tantale
bénéficient d’une très faible consommation et présentent un potentiel important d’intégration pour les
futurs nœuds technologiques. Ces mémoires fonctionnent grâce à la modification des caractéristiques
intrinsèques du matériau diélectrique permettant de moduler sa résistivité. Des mémoires OxRAM sont
développées au sein du laboratoire de mémoires avancées du CEA Leti. L’objectif de ce stage est d’étudier
les mécanismes physiques mis en jeu et d’évaluer leur impact sur les caractéristiques électriques des
dispositifs. Le candidat bénéficiera de l’expertise du CEA Leti en simulation atomistique [1,2] et en
technologie [3].
Travail demandé:
Les mécanismes microscopiques à l'origine du fonctionnement des mémoires résistives de type OxRAM
sont encore mal compris ce qui constitue un frein à leur optimisation. De nombreuses études suggèrent la
formation d'un filament nanométrique caractérisé par une faible résistance par rapport au diélectrique
enrobant. Ce filament pourrait être constitué d'un sous-oxyde (oxyde sous-stœchiométrique). Ainsi, l'étude
des propriétés thermodynamiques et électroniques de ces sous-oxydes est nécessaire afin de comprendre
les variations de résistivité dans ces dispositifs. Le stage s'articulera autour de 2 axes :
 Simulation : étude théorique et modélisation par calculs ab initio des sous oxydes d'hafnium et de
leurs propriétés électroniques. Etude des mécanismes de transport électronique dans les différents
régimes de l'OxRAM (états on/off et forming) et lien avec les calculs ab initio.
 Caractérisation électrique : des dispositifs de type OxRAM fabriqués au Leti avec différentes
stœchiométries de la couche diélectrique (HfOx, TaOx) seront caractérisés. Il s'agira d'évaluer
l'impact de la stœchiométrie sur les caractéristiques électriques et d'interpréter ces résultats au vu
des éléments obtenus dans le cadre de l'étude théorique.
[1] K .H. Xue, et al., "Prediction of Semimetallic Tetragonal Hf2O3 and Zr2O3 from First Principles", Phys. Rev. Lett 110,
065502 (2013)
[2] B. Traore, et al., "Microscopic understanding of the low resistance retention in HfO 2 and HfAlO based RRAM",
IEDM (2014)
[3] E. Vianello, et al., "Resistive Memories for Ultra-Low-Power embedded computing design", IEDM (2014)
Proposition de Stage
Laboratoire
d’électronique
et de technologie
de l’information
Unité d’accueil
DRT/DCOS/SCME/LSM
Adresse postale
Encadrants techniques
Nom-prénom : Benoit SKLENARD
Téléphone : +33(0)4 38 78 65 32
EMail : [email protected]
Nom-prénom : Elisa VIANELLO
Téléphone : +33 (0)4 38 78 90 92
EMail : [email protected]
CEA/GRENOBLE 17 rue des Martyrs
38054 Grenoble CEDEX 9