Développement d'une cellule mémoire moléculaire compatible CMOS – MEMO

A l’heure où la technologie CMOS aborde le noeud 65nm, l’intégration des mémoires traditionnelles telles que la DRAM à capacité et la mémoire Flash non-volatile se trouve limitée. Pour répondre à la demande croissante en systèmes embarqués sur puce (SOC) pour les applications portables, il est nécessaire de mettre au point un concept de cellule mémoire à faible consommation d’énergie et forte densité d’intégration, ce que les technologies FeRAM, MRAM, PCM, proposées pour le futur ne solutionnent pas. Le projet MEMO a pour objet une investigation de la voie moléculaire pour ces applications. L’objectif est de disposer d’éléments chiffrés expérimentaux et théoriques pour appuyer une stratégie éventuelle de développement de cette voie. Il s’agira donc d’une part d’étudier la physique des principes mis en jeu, d’évaluer les performances électriques de ces dispositifs et d’autre part de déterminer la possibilité de leur co-intégration – ou « hybridation » - sur circuit CMOS. Dans cette perspective, les concepts de mémoire capacitive et de mémoire à résistance différentielle négative seront étudiés en parallèle. Ces deux concepts mémoires sont les plus prometteurs aujourd’hui ; ils sont basés sur une hétérostructure silicium/molécule/métal similaire et partagent donc un grand nombre de thématiques de recherche communes ce qui justifie leur étude en parallèle. Du point de vue technologique, les problématiques suivantes seront abordées : la synthèse de molécules appropriées, l’étude de l’interface molécule-électrode (métal, silicium) et la possibilité d’hybrider ces dispositifs moléculaires sur circuit CMOS (compatibilité thermique et des matériaux). Les molécules étudiées seront déposées en particulier sous la forme de monocouches auto-assemblées (Self-Assembled Monolayers : SAMs). Du point de vue théorique, les nombreux phénomènes physiques mis en jeu au niveau des molécules ainsi que aux interfaces semi-conducteur (ou métal) / molécule seront modélisés et caractérisés afin d’en déduire les propriétés électrostatiques qui régissent le comportement mémoire. Enfin, la possibilité et les conditions d’adressage et de détection de ces cellules mémoires par une circuiterie CMOS seront évaluées à l’aide d’outils de simulation circuits et d’un macro modèle de mémoire moléculaire qui sera défini dans le projet. L’ensemble de ces éléments fournira un panorama détaillé des perspectives, points durs, spécificités, et criticités de cette voie technologique.