Matériaux alternatifs à base de perovskite pour mémoires ReRAM: compréhension et modulation de la commutation résistive – Alps_Memories

Parmi les dispositifs émergeants pour les mémoires non volatiles (NVM), les mémoires résistives à accès non séquentiel (ReRAM) présentent actuellement un très grand intérêt scientifique et industriel. Leur principe de fonctionnement repose sur la commutation entre un état fortement résistif et un état faiblement résistif. Les composants ReRAM ont ainsi déjà démontrés de nombreux avantages, tel qu’un fort potentiel de miniaturisation, une grande vitesse de commutation associée à une faible consommation énergétique, une forte endurance et une rétention de données supérieure à dix ans. Il existe différents types de ReRAM : certaines utilisent les propriétés de claquage des oxydes métalliques (OxRAM), quand d’autres exploitent la formation d’un pont conducteur (CBRAM). Les mécanismes de commutation dans ces types de mémoires sont principalement basés sur la création/annihilation d’un filament conducteur, formé, soit par un chemin de lacunes d’oxygènes, soit par des effets d’oxydo-réduction de métaux (comme l’argent ou le cuivre).

Les pérovskites d’oxydes de métaux de transition présentent également ce type de variation résistive. Cependant, l’évaluation du potentiel de ces types de matériaux en vue de leur possible intégration dans de futures technologies nécessite une meilleure compréhension de la physico-chimie de leur commutation résistive. Cette meilleure compréhension permettra une plus grande maitrise de ces composants, qui souffrent actuellement d’une variabilité trop forte pour être employés à l’échelle industrielle.

Ainsi, Alps-memories est un projet de recherche fondamentale qui vise à répondre à un certain nombre de questions sur les ReRAM à base de pérovskites, avec trois objectifs principaux :

• Améliorer la connaissance des mécanismes gouvernant la commutation résistive dans ces matériaux, identifier les mécanismes de transport de charge et étudier les effets d’interfaces. Pour cela, un ensemble de techniques de pointe seront utilisées. Elles seront complémentaires, entre électrique et physico-chimiques, permettant de plus dans dans certains cas des caractérisations en cours d’opération (in operando)
• Améliorer les propriétés de commutation, leur fiabilité et leur variabilité en optimisant les matériaux pérovskite, afin d’atteindre des performances proches de l’état de l’art des ReRAM. Pour cela, la composition, la stœchiométrie et le taux d’oxygène présent dans ces matériaux seront modifiés, pour adapter la morphologie des pérovskites et ainsi exploiter les contraintes mécaniques.
• Evaluer la viabilité à long terme de ce type de mémoires à base de pérovskite, en employant des outils de modélisation des performances intrinsèques des dispositifs, qui permettront de les comparer à d’autres options technologiques actuellement envisagées.