Conception innovante de circuits logiques et mémoires en technologie CMOS/Magnétique

After many studies in recent decades, emerging non-volatile memory technologies have recently taken off in the semiconductor market. Their main objective is to replace flash and DRAM memories that reach their limits in terms of density, miniaturization, consumption or speed improvement. Among the emerging technologies, the MRAM memory has been identified as a strong candidate to become a leading storage technology for future memory applications. That is why we propose in the first part the design of hybrid CMOS / Magnetic circuits of LUT type (Look Up Table) in STT-MRAM technology (Spin Transfer Torque) aiming to realize a demonstrator. The full custom design from A to Z of innovative LUTs has been implemented. We propose in the second part the design of a full memory in SOT (Spin Orbit Torque) technology, for which a patent has been deposited. Finally, in the last part, this type of memory SOT-MRAM as well as others of type STT-MRAM were integrated in a volatile processor to evaluate the possible interests of these magnetic technologies STT and SOT in this type of circuit.Après de nombreuses études au cours des dernières décennies, les technologies émergentes de mémoires non volatiles décollent enfin dans le marché des semi-conducteurs. Elles ont comme objectif principal de prendre le relais des mémoires flash et DRAM qui touchent à leurs limites en termes de densité, de miniaturisation, de consommation ou d'amélioration de la vitesse. Parmi les technologies émergentes, la mémoire MRAM passe de simple « candidat potentiel » il y a quelques années à des mémoires fabriquées par de grandes industries, aujourd’hui disponibles sur le marché, suscitant un fort intérêt général dans le monde industriel de la microélectronique. Ses atouts permettent d'intégrer cette mémoire dans des flots de conception full custom et numérique afin de pouvoir améliorer certaines performances soit au niveau cellule élémentaire soit au niveau architecture. C'est pourquoi nous proposons dans une première partie la conception de circuits hybrides CMOS/magnétique de type LUT (Look Up Table) en technologie STT-MRAM (Spin Transfer Torque) ayant pour but de réaliser un démonstrateur. La conception full custom de A à Z de LUT innovantes a été mise en œuvre. Nous proposons dans la deuxième partie la conception d'une mémoire embarquée en technologie SOT (Spin Orbit Torque), pour laquelle un brevet d'invention a été déposé. Enfin, dans la dernière partie, ce type de mémoire SOT-MRAM ainsi que d’autres de type STT-MRAM ont été intégrées dans un processeur volatil afin d'évaluer les éventuels intérêts de ces technologies magnétiques STT et SOT dans ce type de circuit largement répandus