Switching and endurance characteristics of perpendicular spin-transfer torque magnetic memory (p-STT-MRAM)

In this Master Thesis some experimental measurements on perpendicular spin-transfer torque magnetic memories (pSTT-MRAM) are presented. pSTT-MRAM is a solid state non-volatile memory based on resistive switching and it is considered a prominent candidate for DRAM- or SRAM-like memory replacement. The electrical characterisation, performed at wafer-level, involved both DC and pulsed regimes to study current transport and switching behaviour of our devices. Starting from techniques previous developed in this laboratory, the present Thesis extended the understanding of the physical mechanism leading to MgO dielectric breakdown. Moreover, a noise analysis of MTJ structures was also presented. In the end, the impact of different device area on switching and endurance performances was thoroughly analysed. Such a work described a methodology able to assess the applicability of a particular technology in a specific layer of the memory hierarchy.

In questa Tesi Magistrale sono presentate alcune misure sperimentali eseguite su dispositivi di memoria magnetici a perpendicular spin-transfer torque (pSTT-MRAM). Questi dispositivi sono memorie non volatili a stato solido, basate su switching resistivo, e sono considerate delle candidate di rilievo come rimpiazzo alle memorie di tipo DRAM o SRAM. La caratterizzazione elettrica, operata a livello wafer, ha utilizzato sia regime continuo che impulsato per studiare i comportamenti di trasporto di corrente e di switching. Partendo da tecniche precedentemente sviluppate in questo laboratorio, quest Tesi estende la comprensione dei meccanismi fisici che concorrono alla rottura del dielettrico. E' inoltre presentata l'analisi del rumore delle strutture MTJ. Infine, l'impatto dell'area dei dispositivi sullo switching e sull'endurance è stata analizzata a fondo. Questo lavoro descrive quindi una metodologia capace di valutare l'applicabilità di una particolare tecnologia in uno specifico layer della gerarchia di memoria.