Brevet FR2045985A1 — publié le 19710305

i 2045985 L'invention concerne un procédé pour fabriquer des couches magnétiques cylindriques possédant une aimantation . à anisotropie uniaxiaie pour des mémoires par dépôt électrochimique, de préférence galvanique. L'invention concerne en 5 outre des bains galvaniques pour la mise en oeuvre de ce procédé. Les couches cylindriques magnétiques (Plated Wire) ont une importance particulièremeht grande dans le domaine du traitement électronique de l'information et dans la technique des télécommunications, étant donné ,que d*une part elles 10 peuvent être fabriquées et testées d'une façon relativement simple et peu coûteuse et que d'autre part elles sont appropriées pour ce qu'on appelle le fonctionnement NDRW {- Non - Destructive Read and Write = lecture et enregistrement non destructifs). Ce type de fonctionnement offre un grand intérêt car il permet, le 35 montage de grands blocs de mémoire avec une sélection du type EXAPT, ce qui se traduit encore par des économies importantes dans les circuits électroniques de sélection. La propriété de lisibilité non destructive doit cependant être obtenue par des moyens particuliers. 20 L'extraction de l'information d'une couche mince magnétique à anisotropie uniaxiaie s'effectue en général en appliquant une impulsion de lecture dans une direction de difficile aimantation, c'est-à-dire perpendiculairement à l'axe préférentiel d'aimantation, en envoyant une impulsion de courant 25 dans la ligne de mots. Si l'intensité du champ magnétique créé par cette impulsion est suffisamment inférieure à l'intensité du champ d'anisotropie,l'aimantation revient à nouveau dans la direction initiale de facile aimantation après la suppression de l'impulsion de lecture. Si l'intensité du champ produit par 30 l'impulsion de lecture est suffisamment supérieure à H^, il en résulte une telle division en domaines que l'aimantation de la section de fil lue passe par moitié dans la direction d'aimantation facile positive et dans la direction d'aimantation facile négative de sorte qu'une impulsion de lecture suivante ne peut 35 plus induire aucun signal dans le fil. Il est également possible qu'un faible signal résiduel subsiste par suite d'une subdivision irrégulière. Même si ce signal était encore suffisant pour extraire de façon sûre l'information, l'état divisé d'aimantation signifie un rétrécissement important du domaine du courant 40 de bit. (On désigne par courant de bit l'impulsion de courant 70 21320 2 2045985 définissant l'information et envoyée dans le fil-support lors de l'enregistrement ; il crée un champ magnétique dans la direction de facile aimantation). Les limites des domaines de subdivision se déplacent sous l'influence d'impulsions de 5 champ dans la direction de facile aimantation, c'est-à-dire sous l'influence d'impulsions de bit» et à plus forte raison sous l'influence combinée d'impulsions de bit et d'un champ de dispersion provenant de la ligne de mots voisine, beaucoup plus facilement que les domaines limites, qui séparent une zone 10 d'aimantation uniforme de la couche cylindrique, ayant une longueur de quelques dizaines de millimètres, des zones voisines à aimantation inverse. Dans le cas du fonctionnement NDRW, plusieurs mots de mémoire sont situés dans une ligné de "mots.. Cette dis-15 position des mots de mémoire permet d'éviter la subdivision en domaines mentionnée plus haut graee au fait qu'on lit avec des intensités de champs de mots inférieures ou égales à et qu'on enregistre avec des intensités supérieures ou égales à bien que ce procédé ne soit pas encore utilisable du point de 20 vue de la grandeur des signaux. On doit au contraire utiliser des champs de mots de mime amplitude pour la lecture et l'enregistrement. . Comme fil-support on utilise habituellement un fil de cuivre additionné d'environ 2% de béryllium, car ce 25 dernier possède des propriétés mécaniques particulièrement bonnes. Ce fil-support présente à la livraison une série d'inégalités, telles que des encoches, des cannelures d'étirage et des dépôts superficiels de béryllium oxydé, qui réduiraient beaucoup par endroits la capacité de mémorisation de la couche 30 magnétique dans le cas d'un dépôt direct d® la couche magnétisable, par exemple du permalloy, sur le fil-support. On connait déjà un procédé pour aplanir ces inégalités de la surface du support en déposant par électrolyse une couche de cuivre ou d'or à granulation fine sur une épaisseur 35 de quelques microns à partir d'un bain approprié, par exemple un bain sulfaté comportant des additifs de polissage. La granulation fine de cette couche polie permet un enregistrement facile, c'est-à-dire avec un courant de bit (et un courant de mot) relativement faible, sur la couche de permalloy déposée sur 40 ladite couche polie, la couche de permalloy possédant également 70 21320 3 2045985 une faible intensité de champ coercitif. Il en résulte qu'il ne peut exister aucun courant de bit, pour lequel l'information d'une part soit enregistrée de façon sûre et d'autre part ne soit pas détruite lors de la transcription de l'enregistrement 5 sur un autre emplacement de mémoire sur le même fil. • Il est connu que la rugosité de surface du support influe sur l'intensité du champ coercitif des couches de permalloy déposées par évaporation sur ce support» C'est pourquoi.il est usuel de recouvrir des substrats ayant une 10 surface rugueusé avec une couche lissante par exemple d*oxyde de silicium, avant de déposer les couches de mémoire proprement dites. La présente, invention a pour but de réduire le danger, dans le cas d'intensités de champ supérieures ou égales 15 à d'une subdivision en domaines, de couches cylindriques magnétiques, déposées sur un fil-support par un procédé électrochimique, de préférence galvanique, et présentant une aimantation à anisotropie uniaxiaie, a l'aide d'une surface de fil-support ayant une structure appropriée, et d'augmenter simulta-20 nément le seuil, pour lequel commence le déplacement des limites des domaines magnétiques. Ce problème est résolu par le fait qu'on dépose par un processus électrochimique, de préférence galvanique, une couche supplémentaire de métal, non magnétique et ayant une 25 surface rugueuse, entre la couche métallique non magnétique et la couche de mémoire. On obtient ainsi les avantages consistant en ce que 1'intensité du champ coercitif est augmentée de telle façon que la sensibilité aux perturbations de l'information enregis-30 trée est grandement atténuée et qu'un fonctionnement NDRW parfait de la mémoire magnétique construite avec des fils "Plated-Wire" traités conformément a l'invention est rendu possible, que les autres paramètres magnétiques de la couche, tels que l'intensité du champ d'anisotropie, la dispersion angulaire, 35 l'intensité des courants de mot et de bit nécessaires pour l'enregistrement ou la lecture, ne varient comparativement que de façon insignifiante et que la mise en oeuvre du procédé, suivant l'invention.est simple, rapide et fiable. Comme métaux non magnétiques, on peut avantageuse-40 ment utiliser du cuivre ou de l'or. 70 21320 4 2045985 Un premier procédé d'obtention de la rugosité de surface souhaitée consiste à déposer une couche métallique formée de gros cristaux sur le fil-support. Cette couche de gros cristaux fournit la surface crevassée souhaitée. On choisit 5 avantageusement le procédé de dépôt électrochimique, de préférence galvanique, de sorte que la "longueur d'onde" de la rugosité de surface, c'est-à-dire la granulation de la couche rendue rugueuse, soit double de l'épaisseur d'une limite du domaine d'aimantation de la couche cylindrique, par exemple 10 d'une paroi de Bloch. Ces parois ont en général une épaisseur comprise entre 500 et ÎOOO augstrons. Cela n'exclut pas que des composantes de longueur d'onde supérieure, ou inférieure puissent également encore exister dans les aspirités superficielles, mais ils ont une plus faible influence sur l'intensité du 15 champ coercitif. Outre la longueur d'onde de la rugosité superficielle, la profondeur des rugosités a également une influence sur l'intensité du champ coercitif de la couche de mémoire située au-dessus desdites rugosités. En général l'intensité du champ 20 coercitif croît en même temps que la rugosité, mais l'augmentation simultanée de la "fluctuation" de l'aimantation (ripple) provenant de la profondeur des rugosités, détermine une limite supérieure qui se situe à environ 15% de l'épaisseur de la couche magnétique. La profondeur des rugosités est également en 25 liaison étroite, imposée par les bains galvaniques utilisés, avec la longueur d'onde des rugosités superficielles, dans le cas du procédé conforme à l'invention pour rendre rugueuse la surface par dépôt d'une couche métallique formée de gros cristaux. Il s'est avéré particulièrement approprié d'utiliser 30 un bain de cuivre cyanuré pour réaliser la seconde couche non magnétique. Un tel bain est avantageusement constitué par les composants suivants : 40 à 60 g/1 KCN 20 à 40 g/1 CuCN 35 10 à 30 g/1 NaKC4H406.4^0 Le dépôt s'effectue dans les conditions suivantes : pH = 11,5 Température du bain = 15 à 60°C ry Densité de courant = 4 à 16 A/dm 40 Un autre procédé très avantageux pour fabriquer une 70 21320 5 2045985 surface de fil, ayant la rugosité souhaitée, consiste à réaliser par dépôt d'une très mince couche métallique sur le support préalablement poli, une structure en ilôts sur la surface du support, qui présente de son côté la structure superficielle 5 optimale nécessaire déjà décrite. Pour cela on utilise de préférence un bain sulfaté ayant la composition indiquée çi-dessous î 180 à 220 g/1 CuSO^.ô^O 10 à 30 g/1 H2S04 et qui est utilisé en plus d'un cuivrage lisse dans les conditions suivantes : -Température du bain = 20 à 30°C ô Densité de courant = 2 à 4 A/dm L'avantage qui en résulte est le dépôt d'une moins grande quantité de métal, de sorte que le diamètre du fil-support ne varie pratiquement pas et que le danger de diforma-tions permanentes sous l'effet d'une contrainte mécanique est réduit. A titre d'exemple on a décrit ci-dessous' et 20 illustré schématiquement au dessin annexé un mode d'exécution du procédé selon l'invention. La figure 1 montre une coupe d'un fil de mémoire du type, à film mince sur fil (plated Wire memory). Sur le fil-support 1, par exemple un fil de cuivre-beryllium, qui présente 25 en général à.la livraison des inégalités, on a d'abord déposé une première couche de cuivre lisse conformément au procédé connu par exemple à partir d'un bain de cuivrage à haute puissance, avec un effet d'égalisation. Puis on a déposé conformément à l'invention une seconde couche de cuivre 3 rugueuse. Dans cet 3° exemple de réalisation particulier, la composition choisie du bain était la suivante : 55 g/1 KCN .33 g/1 CuCN 25 g/l Tartrate de sodium et de potassium 35 pH = 11,5 . = T = 35°C 2' Densité du courant de dépôt 12 A/dm Puis on a déposé, à l'aided'un bain sulfaté, une couche 4 de permalloy ayant une épaisseur de 0,5 microns sur le fil 1 de 40 Cu-Be cuivré deux fois. La composition du bain et les conditions 70 21320 6 2045985 de dépôt étaient les suivantes 215 g/l sulfate de nipkel ; NiSO^.ôF^O 8 ,g/l sulfate double de fer et d'ammonium ; (NH4)2Fe(S04)2.6H20 5 25 g/1 acide borique ; H^BOg .10 g/l chlorure de sodium ; NaCl 80 mg/l ; thiourée . 0,3 g/l lauryl-sulfate de sodium Le pH avait pour valeur 3,1 ; la température du 10 bain était 31°C et la densité de courant appliquée avait pour valeur 9,8 A/dm . Un autre type de bain pour réaliser le dépôt de la couche de permalloy a la composition indiquée ci-dessous : .385 g/l sulfonate de nickel ; Ni (Nl-^SOg)2,4S20 15 8 g/l sulfate de fer ?.FeS04.7H20 5 g/l chlorure de nickel ; NiCl2.61^0 30 g/l acide borique ; ^3^3 5 ml/l additif de brillantage Le pH a pour valeur 4,0 et la température du bain est 60°C. La fy 20 densité de courant appliquée varie entre 15 et 30 A/dm . La figure 3 montre le résultat obtenu : on a représenté sur le dessin le courant minimum d'enregistrement i^^ m^n, le courant coercitif ic du déplacement de la paroi et le passage au zéro de l'hystérésis d'enregistrement i^ en fonction 25 du courant de dépôt i^ dans la cellule de cuivrage. Comme il est aisé de le constater, les courants i et i^^ min s'écartent tout de suite fortement les uns des autres, lorsque i^u croît, jusqu'à ce que leurs différences tendent vers des valeurs de saturation, comme c'est le cas de ic, i^.^ min et ih pour i^ = 30 12 mA. La figure 4 montre la caractéristique d'enregistrement d'un élément à film mince sur fil (plated wire element). On a représenté la tension de signal Us^ en fonction du courant de bit ib^t. On a également porté dans le graphique les courants 35 i^ et ib^ m^n» Le courant d'hystérésis i^ est le courant minimal, qui doit circuler comme courant de bit lors de l'enregistrement pour permettre une surinsc ption suffisante par rapport a une information inscrite précédemment pour que 1'ancienne information n'apparaisse plus comme signal initial lors 40 de la lecture. Le courant de bit effectif doit donc être dans 70 21320 7 2045985 tous les cas supérieur à ce courant minimal, lors de l'enregistrement. Pour mettre en jeu la puissance de commande la plus faible possible, d'une part il est souhaitable que le courant d'hystérésis ait une valeur faible, mais d'autre part i^ ne 5 peut pas non plus devenir trop faible étant donné qu'on ne pourrait plus alors lire de façon non destructive. On s'efforce de maintenir iu à une valeur juste inférieure à celle de i, .. - h bit min' qui doit être comprise entre 30 et 50 mA. i^ est fonction de la structure superficielle du second cuivrage conforme a l'in-10 vention, mais également de la structure cristalline de la couche magnétique, i^-j. es"t en outre également fonction de la géométrie du conducteur et de l'épaisseur de la couche. Le courant coercitif i du déplacement de la paroi est le courant, circulant dans le fil-support comme courant 15 de bit et qui engendre dans la direction de facile aimantation un champ, qui, sans la présence simultanée d'un champ dans la direction de difficile aimantation créé par un courant dans une ligne de mots, détruit par déplacement de la paroi une information inscrite. 20 Le courant i^^ m^n représente la limite inférieu re du courant de bit permis pour le fonctionnement pratique et caractérise, avec le courant de bit maximum non représenté, la zone de travail disponible de la couche magnétique. On a également représenté en figure 1 une paroi 25 de Bloch 5 dans la couche magnétique 4. Cette paroi est dans une position désavantageuse du point de vue énergétique, à savoir dans un "creux" de la surface dfe la couche 3. Lors du déplacement de la limite de domaine magnétique, la paroi 5 devrait pour ainsi dire commencer par escalader la "crête" voisine, ce qui 30 nécessite une énergie plus élevée que dans le cas d'une couche-support lisse. La figure 2 montre une coupe d'un fil de mémoire traité suivant le procédé de l'invention, où la rugosité souhaitée de la surface est réalisée à l'aide de la structure en 35 ilôts du dépôt d'une seconde couche 6 de cuivre. Ici également l'écart entre les ilôts est choisi de telle sorte qu'une limite de domaine d'aimantation, par exemple une paroi de Bloch 5, soit ajustée avec le plus de précisions possible dans cet espace entre ilôts. 40 La structure en ilôts de la seconde couche 70 21320 8 2045985 métallique a été obtenue dans un bain ayant la composition suivante : 200 g/l CuS04„5H20 15 g/l H2S04 5 à 25°C et avec une densité de courant variable. La couche magnétique 4 a été fabriquée comme dans le premier exemple. La figure 5 représente i^-f. min e_t ic en fonction de l'intensité du courant de dépôt iCu. Sur la figure on voit que ic passe par un maximum prononcé pour içu = 3 nA, Ce 10 maximum signifie une rugosité optimale de surface. Enfin, pour être complet on indiquera que les valeurs absolues des courants mesurés et représentés graphiquement sur les figures concernent naturellement une mémoire expérimentale déterminée construite avec des fils recouverts par 15 des couches conformément à la présente invention. Cependant la forme de principe des courbes est indépendante du mode de réalisation expérimental. 70 21320 9 2045985 REVENDICATIONS 1. Procédé pour fabriquer des couches magnétiques cylindriques présentant une aimantation à anisotropie uniaxiaie, pour des mémoires, consistant à déposer sur un fil-support, de préfé-5 rence par un processus galvanique, une couche métallique d'égalisation non magnétique et présentant une granulation fine, notamment une couche de cuivre, puis par dessus cette dernière une couche magnétique de mémoire proprement dite, caractérisé par le fait qu'on dépose par un processus électrochimique, de préférence 10 galvanique, une couche supplémentaire de métal, non magnétique et ayant une. surface rugueuse, entre la couche métallique non magnétique et la couche de mémoire. 2. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fai;t qu'on utilise du cuivre comme couche métallique non ma- 15 gnétique. r 3. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on utilise de l'or comme couche métallique non magnétique. 4. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 20 it 2 ou 3,caractérisé par le fait qu'on dépose une couche métallique formée de gros cristaux pour constituer la seconde couche non magnétique. 5. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1, 2 ou 3, caractérisé par le fait qu'on dépose une couche métal- 25 lique ayant une structure en ilôts pour constituer la seconde couche non magnétique. 6. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4 ou 5, caractérisé par le fait qu'on règle la longueur d'onde de la rugosité de surface, c'est-à-dire l'écart des dif- 30 férents "creux et crêtes" de la surface, approximativement au double de la largeur d'une limite de domaine magnétique, en particulier une paroi de Bloch. 7. Procédé suivant la revendication 6, caractérisé par le fait qu'on règle la longueur d'onde de la rugosité de surface 35 entre 1000 et 2000 angstroms. 8. Procédé suivant l'une quelconque des revendications 1,2,3,4,5,6 ou 7, caractérisé par le fait que la profondeur des rugosités de la surface a au maximum pour valeur 15$ de l'épaisseur de la couche magnétique. 40 9. Procédé suivant l'une des revendications 1,2,4,6,7 70 21320 10 2045985 et/ou 8, prise dans leur ensemble caractérisé par le fait qu'on utilise un bain de cuivre cyanure. 10. Procédé suivant l'une des revendications 1,2,5,6, 7 et/ou 8, prise dans leur ensemble caractérisé par le fait 5 qu'on utilise un bain de cuivre sulfaté. 11. Bain galvanique pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 9, caractérisé par le fait que sa composition et ses conditions d'application sont les suivantes : 40 à 60 g/l KCN 10 20 à 40 g/l CuCN- IO à 30 g/l NaKC4H406.4H20 . (Tartrate de sodium et de potassium) pH = 11, 5 Température du bain 15 à 50°C ; o Densité de courant 4 à 16 A/dm 15 12. Bain galvanique pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 10, caractérisé par le fait que sa composition et ses conditions d'application sont les suivantes î 180 à 220 g/l CuS04.5H20 10 à 30 g/l H2S04 20 Température du bain 20 à 30 °C ; Densité de courant 2 à 4 A/dm .