Brevet FR2034113A1 — publié le 19701211

La présente invention a trait à une mémoire matricielle semi-permanente à effet Hall ou, plus précisément, à une telle mémoire à points de croisement de lignes d'interrogation et de colonnes de lecture, constitués chacun par un élément à effet Hall associé à un aimant permanent interchangeable d'une première à une seconde orientation. On connatt des mémoires matricielle semi-permanentes basées sur des phénomènes physiques autres, mais qui ne permettent pas d'atteindre la vitesse intrinsèque de réponse de l'ordre de 10 tl seconde, fournie par l'effet Hall. Les efforts faits pour utiliser cet effet se sont cependant heurtés aux difficultés créées par des chemins parasites, engendrant une certaine diaphonie entre un point de croisement quelconque et ceux qui lui sont adjacents. La présente invention a pour objet de surmonter ces difficultés. A cette fin suivant l'invention, une mémoire matricielle semi-permanente, du type initialement défini, se caractérise en ce que (a) lesdits éléments à effet Hall sont constitués chacun par une plaquette de forme carrée, en matériau ferromagnétique à faible rémanence, dont une grana face est revêtue d'une première couche mince d'un matériau isolantpuis d'une-seconde couche mince d'un matériau semi-conducteur à forte mobilité électronique, (b) lesdits aimants permanents sont constitués par de petits barreaux aimants Qçnt l'une ou l'autre à volonté des faces polaires est placée à proximité immédiate et à recouvrement de ladite seconde couche mince de la plaquette associée, (c) lesdits éléments à effet Hall sont connectés en parallèle, d'une part par deux premiers sommets opposés à deux conducteurs de ligne susceptibles de recevoir une impulsion de courant d'un équipement d'interrogation en lui-merme connu, d'autre part par deux seconds sommets opposés à deux conducteurs de colonnes reliés en permanence à un amplificateur de lecture par colonne en lui-m8mè connu, dont le circuit d'entrée est d'impédance relativement faible par rapport à celle de l'ensemble des couches minces semi-conductrices d'une colonne de plaquettes0 Si l'on prend un semi-conducteur pour constituer la couche active, c'est pour obtenir une mobilité électronique relativement élevée; la résistivité d'un tel matériau étant relativement faible, on est conduit à le prendre en couche mince de manière que la résistance électrique de la couche ait une valeur suffisante vis-à-vis de l'impédance d'entrée des amplificateurs de lecture sans counter que l'on a également intérêt à réduire les épaisseurs des couches minces de semi-conducteur, d'isolant (et inévitablement d'air) pour diminuer l'entrefer entre aimant permanent et matériau ferromagnétique et, en conséquence, augmenter le flux magnétique dans le semi-conducteur.La couche mince isolante s'avère nécessaire, non au point de vue électrique, car l'effet de shunt de la couche somi-conductrice par le support en matériau ferromagnétique peut être considéré comme négligeable, par contre, au point de vue chimique, il s'avère indispensable de protéger la couche semi-conductrice de toute pollution suscentible de provenir du matériau forromagnétique. Avanta@eusement, - lesdites plaquettés sont montées sur une plaque support du genre circuit imprimé @lassique, à conducteurs de cuivre auxquels lesdites plaquettés sont soudées par leurs angles ; - lesdits barreaux aimantés sont posés sur une plaque support en matériau convenable tol que fer deux ; - lesdits barreaux aimantés sont posés dans des alvéoles de barrettes de lignes elles-mêmes enfilées à frottament négligeable dans des rainures de la plaque support correspondante. On a ainsi le moyen de modifier facilement la mémoire semipermanente sans avoir à la démonter complètement, cette modificatio pouvant même se limiter à un "mot" (une ligne). L'invention a également pour objet un procédé de fabrication d'une@telle mémoire, ce procédé comportant essentiellement les éta@es suivantes : a) on dégaze une plaque on ferrite deux à 500 C; b) on dépose sur cette plaque une couche mince d'oxyde de silicium (Si O2), par décomposition, on elle-même connue, de vapeur de sili cote déthyle dans un courant d'oxygène vers 650 C; c) on dépose ensuite sur la même plaque une couche min@e d'antimoniure d'indium (In Sb) par la méthode, en elle-même connue, dite des trois températures, ces températures étant de l'ordre de 1025 C pour In, de 574 C pour Sb et de 400 à 530 C pour la laque recevant le démôt ; d) on découne à la @@ie diamantée la plaque ainsi revêtue en pla quet@@s des dimen@@@@ unit@@@@voulues ; e) on monte ces laquet@@s @ur une carte de circuit imprimé, en elle-même comme, @ouryue des conducteurs en cuivre nécessaires, en soud@@t les plaquettes sur ces conducteurs au moyen d'un produit convenable tel que peinture à l'argent, et en faisant passer ensuite l'ensemble à l'étuve à 100 C f) on sable séparément chacune des plaquettes pour l'équilibrer en opérant sous contr8le électrique g) on établit dtautre part un support d'aimants que lton assemble à la carte porteuse des plaquettes. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'une forme préférée de réalisation de la mémoire et de son procédé de fabrication, ainsi qu'à l'examen des dessins correspondants annexés, dans lesquels - les Figs. 1A et 13 sont des schémas d'un montage expérimental permettant l'étude du phénomène physique exploité (effet Hall) - la Fig. 2 est un schéma très simplifié d'une mémoire selon l'invention reliée à des équipements exterieurs dtinterrogation et de lecture, les barreaux aimantés n'étant pas représentés, sauf un par sa projection sur la plaquette de première Ligne et premiere colonne ;; - la Fig 3 est une xue par le dessus (recto) de l'élément plaque support des plaquettes de la mémoire - la Fig. 4 est une vue de détail en perspective d'un point de croisement de la plaque support de la Fig. 3, montrant comment une plaquette est soudée aux conducteurs la desservant - la Fig. 5 est une vue par le dessus (recto) de l'élément plaque support des aimants de la mémoire, pourvue d'une seule barrette d'aimants ; - la Fig. 6 est une vue par le dessus d'une seule barrette d'aimants (aimants enlevés) ; - les Figs. 7 et 8 sont des coupes de détail prises selon les lignes VII-VII et VIII-VIII de la Fig. 5. On se réfèrera maintenant aux figures annexées et d'abord aux Figs. 1A, 1B. On considère une plaquette I en ferrite doux de forme carrée, rev8tue sur une grande face, successivement d'une couche mince d'oxyde de silicium (Si 02), puis d'une couche mince d'antimoniure d'indium (Sb In), les épaisseurs correspondantes étant, par exemple, de 0,2 mm, 5 à 10 e, 2 à 10 P. Dans une première expérience, on applique entre deux sommets opposas A et B du revetement de Sb In une différence de potentiel continue, fournie par une source S, la claquette n'étant soumise à au@@@ champ magnétique notable. Dans ces conditions, et si le revêtement de Sb In est d'épaisseur bien uniforme, le courant entre les points A et B se repartit comme l'indiquent les flèches de la Fig. 1A et la différence de potentiel entre les deux autres sommets posés C et D dii revêtement de Sb in est mille. Dans une seconde expérience, on opère exactement comme dans la première, à cette différence cependant que la nlosuette 1 est soumise à un champ magnétique sensiblement uniforme, de direction perpendiculaire à son nlan. il apparaît alors, entre les noints C et n du revêtement de Sb In, une tension dite de Hall, qui est due, comme on le sait et comme le montre la Fig. 1B, à ce que les lignes de courant dans ledit revêtement sont déplacées par le champ magnétique Pour un premier sens de ce champ magnétique, une partie du courant qui traverse le revêtement de Sb In va de l'accès A à l'accès C puis, après avoir circulé dans un résean d'utilisation connecté entre C et D, va de l'accès D à l'accès B.Pour le second sens du champ magnétique, le courant circule en partie de A à D et de B à Co On voit, dans ces conditions, qu'un équilibrage suffisant du revêtement, qui peut se faire comme on le verra par exemple par sablage, neut consister simplement à rendre de résistances électriques égales les quatre zones triangulaires qui sont formées par les diagonales AB, CD. Pratiquement, les zones occupées par les lignes de courant dans la seconde expérience ne sont pas aussi nettement délimitées, du fait eue l'antimoniure d'indium ne présente pas une mobilité infinie. La tension de Hall entre les points C et D est de la forme connue UH = # H I (1) où - H est l'intensité de champ magnétique perpendiculaire au plan de la plaquette 1, - I est le courant total oui entre en A dans ledit revêtement, - # est une constante caractéristique de la plaquette 1 dite "de réponse de la plaquette" qui dépend notamment des dimensions de celle-ci et de la constante de Hall propre à l'antimoniure d'indium. On se propose de décrire maintenant une mémoire matricielle semi-permanente suivant l'invention, au vu d'abord du schéma très simplifié de la Fig. 2, destiné uniquement à permettre d'exposer le structure générale et le mode de fonctionnement de ladite mênoire. La mémoire de la Fi. 2 se réduit a' quatre points de croisement qui seront repérés, en cas de besoin, par un repère i j à deux nombres, celui i de gauche représentant le rang de la ligne intéressée de la matrice et celui j de droite, le rang de la colonne. En chacue point de croisement, la mémoire comporte, d'une part une plaquette 1 du type décrit ci-dessus et dont le revê- tement d'antimoniure d'indium en couche mince se trouve du côté de la face dite recto des plaquettes (la face verso est donc constituée par le ferrite doux non revêtu), d'autre part un netit aimant permanent en forme de barreau 2 disposé perpendiculairement à ladite plaquette, dans un sens ou dans l'autre suivant l'élément binaire (zéro ou un) à mémoriser.D'une façon plus précise, le barreau 2, à section de préférence carrée, est disposé par rapport à la plaquette 1, également carrée, de façon que, d'une part la face polaire de 2 adjacente à la face recto de la plaquette soit placée très près de celle-ci, d'autre nart que celle-ci soit entièrement recouveru par celle-là. Dans une forme préférée de réalisation, la projection de la face polaire intéressée du barreau 2 sur la face recto de la plaquette t est un carré circonscrit au carre de celle-ci, les diagonales de l'un de ces carrés étant parallèles aux côtés de l'autre, à la façon indiquée par 111 et 211 sur la Fig. 2. Les plaquettes 1 de ch cue li ne, et par exemple de la première, sont connectées en parallèle par deux conducteurs 110a et 110b, dits d'interrogation, joignant les extrémités d'une première diagonale, dite verticale, des plaquettes 1 à une source S uniaue pour la mémoire et à tension continue, par l'intermédiaire de deux interrupteurs, par exemple I10a et l10b, respectivement interposés sur les deux conducteurs 110a et 110b. On observera que les deux inter upteurs de chaque ligne ont leurs éléments mobiles accounlés mécaniquement de manire à être simultanément, soit ouverts, soit fermes. Les plaquettes 1 de chaque colonne, et par exemple la première, sont connectées en parallèle par deux conducteurs îoîc et 101d, dits de lecture, joignant les extrémités d'une seconde di@@nale, dite horizontale, des plaquettes 1 sur le circuit d'entrée d'un amplificateur A associé à chaque colonne, par exemple A01 pour la première colonne. On observera que les plaquettes de chaque colonne sont connectées en permanence sur ledit circuit d'entrée de l'amplificateur associé.On précisera en outre que chacun des amplificateurs de calonne comporte, d'une part un discriminateur (non représenté) qui détecte la polarité de la tension de Hall analiquée à l'entrée de l'amplificateur et d'autre part un circuit d'entrée ayant l'impédance la plus faible possible, pour la raison qui sera exposée plus loin. Le mode d'utilisation de cette matrice est le suivant. Pour interroger une ligne quelconque, par exemple la pre ière, on ferme un court moment les deux interrupteurs de cette ligne Les plaquettes de la même ligne sont alors parcourues chacune par un courant impulsionnel, lequel donne naissance, dans chaque pla @uette, à une tension de Hall dont la polarité dépend du sens choisi pour le barreau aimanté associé, donc de l'élément binaire concrétisé nar ce sens.Un courant de Hall eor---esnondant circule dans 1' aninlificateur de colonne associe. Bien aue les revêtements: semi-conducteurs des plaquettes aient été, lors de leur fabrication, très soi@ueusement équilibrés par sablage, il peut se faire nue certaines inégalités subsistent. Nais, comme les circuits d'entrée des amplificateurs sont, comme on l'a déjà dit, d'impédance relativement très faible, les plaquettes 1 ne réagissent pratiquement nas par couplage les unes sur les antres. On se reportera maintenant aux Figes. 3 à 8, relatives à un exemle de réalisation pratique de la mémoire matricielle semipermanente suivant l'invention. Cette mémoire comporte un élément 10 porteur des plaquettes et un élément 20 porteur des barreaux aimantés. L'élément 10 (voir Fig. 3) est constitué nar une plaque 11 en matériau diélectrinque convenable. Au recto de la plaque 11 sont imprimés des conducteurs d'interrogation tels que 110a et 110b, lesquels aboutissent à un répartiteur 12 permettant de connecter lesdits conducteurs aux accès d'un équipement d'interrogation (non représenté) dont le principe a déjà été exposé. Au verso de la pla quette 1-l, sont imorînies (voir Fig. 4) ) des conducteurs de lecture tels eue 1 01c et 101d, lesquels aboutissent à un rénartiteur 13 permettant de connecter lesdits conucteurs à des amplificateurs de lecture (non représentés) dont le principe a déjà été exposé. La Fig. 4 montre comment, en un point de croisement quelconque, la nlaquette correspondante, nar exemple 111, est connectée aux conductcurs de ligne et de colonne passant par le noint de croisement considéré. Les sommets A et B de la pla- quette 111 sont soudés directement aux conducteurs de ligne 110a et 110b. Les sommets C et D de la même plaquette sont soudés à deux plages 1'01c et 1'01d imprimées au recte de la plaque 11, ces plages étant elles-mêmes connectées par des tiges 1"01c et 1"01d aux conducteurs de colonne 101c ct 101d imprimés au verso de la plaque 11. Les soudages de la plaque 111 en ses quatre sommets sont avantageusement réalisés au moyen de peinture à l'argent. L'élément 20 (voir Figs. 5 à 8) est constitué par une plaque 21 en métal convenable, par exemple en fer doux, an recto de laquelle ont été Pratiquées ou ménagées des rainures; telles que 2210 au même entraxe que les lignes de plaquette t de l'élément 10. Dans chacune des rainures telles nue 2210 peut coulisser à frottement négligeable une barrette amovible, telle que 2310, en métal convenable, par exemple en fer doux, comportant des alvéoles tels nue 2311, au mime entraxe que les colonnes de plaquettes I de 11 élément 10. Dans chacun des alvéoles des @arrettes est posé un Detit barreau aimanté dans le sens correspondant à l'élément binaire à matérialiser. Les deux éléments 10 et 20, garnis comme il vient d'etre dit, sont assemblés 3'un à l'autre en positions relatives convenables, les rectos se faisant vis-à-vis, au moyen de tiges filetées (non représentées) munies d'entretoises d'espacement et qui traversent les plaques 11, 21 par des trous préétablis. Exemnle A) Plaquettes - en ferrite doux de l'un des types FERMALITE ou FE MILITE de la Société dite "Lignes télégraphiques et téléphoniques" (L T T) FFRRITE 3 B 4 de la Société dite "Radio Technique Compelec (R T C) - carrée de ôté 2 mun. (conduisant à une densité superficielle de po de 4 points nar cm2) d'épaisseur maximale 0,2 mm - revêtues d'un dépôt d'oxyde de silleinn (Si O2) de 7 microns puis d'un dépôt d'In Sb de 5 microns (de mobilité 1 à 2 x 104 cm/Vs) B) Barreaux aimantés - en FFRROXCUB orienté (330 K) de la Société dite R T C - de dimensions unitaires 2,5 x 2,5 x 2 mm. Champ magnétique agissant sur chaque plaquette 2000 @auss Entrefer dans l'air entre chaque plaquette et la face polaire du barreau aimant associé 0,1 mm. C) Conrant d'interrogation utilisé par plaquette 20 mA Courant de court-circuit de Hall 1 à 3 mA La fabrication de mémoires matricielles suivant l'invention a l'antimoniure indium peut se faire par un procédé dont les étapes successives sont réalisables par des techniques connues. Ces étapes sont essentiellement les salivantes a) On commence nar dégazer une plaque en ferrité doux convenable pendant 3 heures à 5000C b) On dépose sur cette plaque une couche pince d'oxyde de silicium (Si O2) nar décomposition vers 65O0C de vapeur de silicate d'éthyle dans un courant d'oxygène c) On dénose ensuite sur la même plaque une couche mince d'antimoniure d'indium A ce sujet, il convient d'opérer avec le plus grand soin, de fanon que le dépôt réalisé ait une structure aussi monocristalline que possible, et que la constante ie Hall obtenue ne- soit pas trop éloignée de sa valeur théorique. On utilise pour effectuer ce dépôt, une méthode connue sous le nom de "méthode des trois températures" et décrite dais un article de E.G. GUNTHER, intitulé "Aufdampfschichten aus halbleitenden III-V Verbindungen" paru dans la revue allemande "Zeitschrift für Naturforschung", tome 13a, année 1958, pages 1081 à 1089. Cette méthode consiste, dans le cas de l'antimoniure d'indium, à évaporer sous vide de 10-5 mm de mercure, séparément et simultanément à des températures respectives prédéterminées, les deux constituants indium et antimoine, et à les condenser sur un support, porté également à température prédéterminée. Des températures qui se sont révélées donner des résultnts très satisfaisants étaient les suivantes : #In = 1025 C #Sb = 574 C #S = 490 C La température #In de l'indium est choisie de façon que la vitesse de formation @u dépôt soit acceptable, celle #Sb de l'antimoine, de facon à avoir un excès d'antimoine dans la phase vaneur. celle #s du support, de facon que, sous la pression ré @nante, l'antimoine puisse se condenser dans la pronortion stoechiométrique nécessaire pour former le composé In Sb, l'excédent d'antimoine restant dans la phase vapeur. Dans le cas du dépôt de In Sb, une difficulté partienlière tient à ce qu'on est limité pour #s par le bas point de fusion du composé In Sb (535 C). Les températures limites qui s'avèrent convenir pour #S sont 400 C et 530 C. d) On découpe ensuite, à la scie diamante, la plaque ainsi revêtue en plaquettes des dimensions unitaires voulues ; e) On monte ces plaquettes sur une carte de circuit imprimé en elle-même counne (carte, par exemple, en verre dit époxy recouverte de feuilles de cuivre collées à l'adhésif dit "Araldite", découpées ensuite par photogravure) en soudant les plaquettes sur les conducteurs voulus au moyen d'un produit convenable, tel que peinture à l'argent, et en faisant passer ensuite l'ensemble à l'étuve à 100 C ; ; f) On sable séparément chacune des plaquettes jusqu'à obtention de l'équilibrage voulu constaté au moyen d'un générateur d'impulsions et sous contrôle électrique, ce qui permet de niveler les inégalités provenant tant des revêtements d'In Sb des plaquettes que des points de soudage réalisés à leur montage ; g) On établit d'autre nart un support d'aimants nue l'on assemble à la carte norteuse des plaquettes. La connexion aux équipements d'interrogation et de lecture ne paraît pas nécessiter de commentaires particuliers. La mémoire matricielle suivant l'invention ne se limite pas à l'emploi de In Sb comme semi-conducteur. On a, cil effet, la possibilité de remplacer celui-ci par l'un des composés suivants Arséniure d'indium, Arséniure de cadmium (Cd3 As2). E V E N D I C A T I O N S 1 Mémoire matricielle semi-permanente à points de croise ment de lignes d'interrogation et de colonne de lecture, constitués chacun par un élément à effet Hall associé à un aimant permanent interchangeable d'une première à une seconde orientation, caractérisée en ce que (a) lesdits élément à effet Hall sont constitués chacun par une plaquette de forme carrée, en matériau ferromagnétique à faible rémanence, dont une grande face est revêtue d'une première couche mince d'un matéria:: isolant puis d'une seconde couche mince d'un matériau semi-conducteur à forte mobilité électronique, (b) lesdits aimants permanents sont constitués par de petits barreaux aimantés dont l'une ou l'autre, à volonté, des faces polaires est placée à proximité immédiate et à recouvrement de ladite seconde couche mince de la plaquette associée, (c) lesdits éléments à effet Hall sont connectés en parallèle, d'une part par deux premiers sommets opposés à deux conducteurs de ligne susceptibles de recevoir une impulsion de courant d'un équipement d'interrogation en lui-même connu, d'autre part par deux seconds sommets opposés à deux conducteurs de colonne reliés cil permanence à un amplificateur de lecture par colonne en lui- même connu, dont le circuit d'entrée est d'impédance relativement faible par rapport à celle de l'ensemble des couches minces semi- conductrices d'une colonne de planuettes. 2 - Mémoire selon le point i caractérisée en ce que ledit matériau ferromagnétique est un ferrite doux. 3 - Mémoire selon le point 3 caractérisée en ce que ledit matériau isolant est de l'oxyde de silicium (Si 02). 4 - Mémoire selon le point 1 caractérisée en ce que ledit matériau semi-conducteur est choisi dans un ensemble comprenant antimoniure d'indium, arséniure d'indium, arséniure de cadmium (Cd3As2). 5 - moire selon les points i et 2 ou ledit ferrite doux a une épaisseur de 2/10 mm. 6 - Mémoire selon les noints 1 et 3 où ledit oxyde de silicium a Iie épaisseur de 5 à 10 microns. 7 - Mémoire selon les noints i et 4 où ledit matériau semiconducteur a une épaisseur de 2 à 10 microns. 8 - Mémoire selon le point 1 caractérisée en ce que lesdites plaquettes sont montées sur une plaque support du genre circuit imprimé classique à conducteurs de cuivre auxquels lesdites plaquettes sont soudées par leurs angles. 9 - Mémoire selon le point 1 caractérisée en ce que lesdits barreaux aimantés sont posés sur une plaque support en matériau convenable tel que fer doux. 10 - Mémoire selon les points 1 et 9 caractérisée en ce que lesdits barreaux aimantés sont posés dans des alvéoles de barrettes de lignes elles-mêmes enfilées à frottement négligeable dans des rainures de la plaque support correspondante. 11 - Procédé de fabrication d'une mémoire matricielle semi-permanente conforme aux revendications 1 à 10 et à In Sb, caractérisé en ce qu il comporte essentiellement les étapes suivantes a) on dégaze une plaque en ferrite doux à 500'C ; b) on dépose sur cette plaque une couche mince d'oxyde de silicium (Si 02) par décomposition, en elle-meme connue, de vapeurs de silicate d'éthyle dans un courant d'oxygène vers 650C c) on dépose ensuite sur la même plaque une couche mince d'antimoniure d'indium (In Sb) par la méthode, en elle-même connue, dite des trois températures, ces températures étant de l'ordre de 1025 C pour In, de 574 C pour Sb et de 400 à 5300C pour la plaque recevant le dépôt d) on découpe à la scie aimantée la plaque ainsi revêtue en plaquettes des dimensions unitaires voulues e) on monte ces plaquettes sur une carte de circuit imprimé en elle-même connutpourvue des conducteurs en cuivre nécessaires en soudant les plaquettes sur ces conducteurs au moyen dtun produit convenable tel que peinture à l'argent et en faisant passer ensuite l'ensemble à l'étuve à 100 C f) on sable séparément chacune des plaquettes pour l'équilibrer en opérant sous contrôle électrique g) on établit d'autre part un support d'aimants que l'on assemble à la carte porteuse des plaquettes.