Une ReRAM ferroélectrique prometteuse

Des chercheurs français du CNRS et des équipes britanniques et américaines ont présenté une nouvelle mémoire ferroélectrique aux performances prometteuses. Leurs résultats ont été publiés dans la revue Nature Nanotechnology.

Dépasser les problèmes de la MRAM

Les ReRAM sont des mémoires qui jouent sur la résistance électrique d’une cellule pour contenir un bit. Une résistance faible est égale à un 0 et une résistance forte à un 1, par exemple. Une ReRAM courante est la MRAM qui repose le plus souvent sur une jonction tunnel magnétique. Grossièrement, il s’agit de deux éléments ferromagnétiques séparés par une couche isolante. En jouant sur leur polarisation, on va pouvoir influencer la résistance de la cellule.

Le problème des supports magnétorésistants est qu’ils ont un rapport off-on relativement faible (moins de 4). Cela signifie qu’il est difficile de distinguer les deux états et la cellule consomme alors plus d’énergie afin qu’ils soient plus facilement reconnaissables. Des chercheurs singapouriens ont récemment montré qu’une MBPC STT-MRAM pourrait aider à réduire la consommation. Néanmoins, la nouvelle cellule ferroélectrique semble plus prometteuse. Elle a un rapport off-on qui approche les 100 et elle ne demande que 1 × 10⁴ A cm⁻² en écriture à température ambiante. De plus, elle a l’avantage de ne pas déprendre d’une tension particulière en principe, mais de reposer sur un mécanisme purement électronique, ce qui permet d’envisager une miniaturisation plus facile de la cellule une fois que sa fabrication sera maitrisée.

Changer le sens du courant pour passer changer de valeur

Concrètement, la cellule utilise un substrat en gallate de néodyme (NdGa0₃) comme fondation. Les scientifiques apposent dessus une couche de 2 nm de titanate de baryum (BaTiO₃) prise en sandwich entre une tranche inférieure de 30 nm de manganite La_2/3 Sr_1/3MnO₃, aussi appelé manganite LSMO ou juste LSMO et une couche supérieure composée de cuivre et d’or. Ces deux niveaux vont jouer le rôle d’électrode.

Le LSMO est utilisé pour influencer les propriétés ferroélectriques du titanate de baryum. Très schématiquement, en faisant passer le courant de l’électrode supérieure, vers l’électrode inférieure, on change la polarisation de l’élément ferroélectrique qui va avoir une haute résistance et adopter l’état « off » (ou représenter un 1). Inversement, un courant qui va de bas en haut abaisse la résistance et il est « on » (ou synonyme d’un 0). La mémoire pourrait être lue avec une tension de seulement 100 mV et peut-être écrire en seulement 10 ns à l’aide d’un courant de 3 V.

Les chercheurs admettent qu’il faudra encore d’autres expériences pour comprendre tous les phénomènes en jeu. Ils expliquent que cette mémoire est avant tout une démonstration de faisabilité et qu’il ne s’agit pas encore d’une cellule qui pourrait être commercialisée dans un module en regroupant des centaines de milliers. Néanmoins, ce modèle offre une nouvelle approche très prometteuse et peut-être une solution pour dépasser les problèmes inhérents à la MRAM.