Brevet FR2026993A1 — publié le 19700925

La présente invention concerne les éléments de mémoire à film magnétique mince ayant des caractéristiques d'anisotropie qui permettent d'emmagasiner une information binaire dans l'un ou l'autre de deux états magnétiques rémanents possibles. Plus particulièrement, l'invention concerne un élément d8 mémoire 5 qui comprend un dispositif pour appliquer un champ placé entre un conducteur et le plan de masse de l'élément de mémoire. Ce dispositif sert à appliquer un champ magnétique élevé aux films de mémoire qui sont disposés symétriquement de part et d'autre d'un conducteur. Grâce à ce montage des courants de mots inférieurs sont nécessaires pour amener le champ de commutation nécessaire et dans 10 une réalisation préférée l'impédance de la ligne de bits est supérieure à celle obtenue en utilisant les structures de l'art antérieur. Dans les montages de l'art antérieur des films d'emmagasinage magnétiques sont disposés symétriquement de part et d'autre d'une ligne de mots ou d'une ligne de bits et sont disposés immédiatement au-dessus du substrat. Ainsi le film •15 d'emmagasinage est relativement proche du substrat et lorsqu'un champ est appliqué à partir d'un conducteur disposé orthogonalenient une faible partie du flux engendré pénètre dans un shunt magnétique associé. Le shunt magnétique qui est de perméabilité relativement élevée applique alors un champ multiplié par un facteur égal à la perméabilité du shunt magnétique, au film d'emmagasinage. 20 Lorsque le champ a une intensité suffisamment élevée, le film est commuté. Un courant relativement élevé est nécessaire pour obtenir la commutation car.le champ résultant doit passer dans un conducteur non magnétique associé au film d'emmagasinage, ce qui exige des courants accrus. En plus, lorsque on utilise des films à axe facile fermé (CEA) l'impédance 25 de la ligne de bits est relativement faible et il faut des amplificateurs de détection à faible seuil. La situation idéale serait d'avoir une impédance de ligne de bits élevée et un courant réduit dans la ligne de mots. On peut obtenir une impédance de ligne de bits élevée dans des films à axs difficile fermé (CHA) mais il faut des courants supérieurs dans la ligne de bits car dans le 30 mode CHA le courant dans la ligne de bits rencontre les mômes conditions que le courant dans la ligne de mots dans le mode CEA. Il n'y a par conséquent aucun montage connu qui fournisse simultanément une impédance élevée dans la ligne de bits et un courant réduit dans la ligne de mots. Le dispositif de la présente invention comprend deux conducteurs perpendi-35 culaires disposés au-dessus du plan de masse. Deux films magnétiques anisotro-piques sont disposés sur les côtés opposés d'un des conducteurs tandis qu'un élément appliquant un champ est disposé entre l'autre conducteur et le plan de masse. Ce montage permet d'obtenir un flux de commutation désiré à coupler à l'élément d'emmagasinage en utilisant un courant inférieur à celui précédem-40 ment nécessaire. 69 40267 2 •2026993 Conformément à un aspect plus particulier de l'invention, un élément de mémoire magnétique est réalisé qui comprend deux films magnétiques à axe facile fermé CEA disposés de part et d'autre d'un premier conducteur. Le premier conducteur est disposé perpendiculairement à un second conducteur qui est séparé d'un 5 plan de masse conducteur par un film de matériau magnétique. Le second conducteur est une ligne de mots qui applique un champ parallèle à l'axe difficile des films magnétiques couplés. Le second conducteur, une lign8 de bits, applique un champ dans l'un ou l'autre sens parallèlement à la direction de l'axe facile des films couplés et établit l'état rémanent des films magnétiques dans l'une ou ■50 l'autre des deux conditions possibles. En utilisant le montage précédent, l'impédance supérieure de la ligne de bits peut être obtenue en utilisant les montages de lért antérieur. De plus, à cause du film de matériau magnétique entre le plan de masse et la ligne de mots, on peut appliquer au film d'emmagasinage un champ supérieur au champ de l'art antérieur. En d'autres termes, pour appliquer ■j5 le flux nécessaire pour commuter ou lire un film d'emmagasinage il faut maintenant un courant inférieur au courant précédemment nécessaire. Par conséquent, un objet de l'invention est de réaliser un élément de mémoire magnétique qui nécessite un courant de mot réduit par rapport au courant nécessaire dans les éléments de mémoire magnétique de l'art antirieur. 20 Un autre objet est de réaliser un élément de mémoire magnétique qui a une impédance de ligne de bits élevée. Un autre objet est de réaliser un élément de mémoire magnétique qui comprend un dispositif pour appliquer un champ adjacent au plan de masse pour fournir le flux maximum à un film d'emmagasinage avec un minimum de courant. 25 D'autres objets caractéristiques et avantages de la présente invention rassortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préféré de celle-ci. La figure 1 est une vue en perspective en coupe d'un élément de mémoire magnétique utilisant des films à axe facile fermé disposé comme dans l'art anté-30 rieur. La figure 2 est une vue en perspective en coupe partielle d'un élément de mémoire magnétique utilisant des films à axa facile fermé qui comprend un élément pour appliquer un champ at comporte un montage conformément à la présente invention. 35 La figure 3 est une vue en perspective en coupe partielle, d'un. élément de mémoire magnétique utilisant des films à axe difficile fermé qui comprend un dispositif pour appliquer un champ et un montage conformément à la présente invention. Avant de décrire une réalisation préférée de la présente invention on va 40 décrire en se référant à là figure 1 un élément de mémoire de l'art antérieur BAD ORIGINAL 69 40267 3 2026993 ce qui permettra de mettre en évidence les nouveautés de la présente invention. La figure 1 représente une vu8 en perspective en coupe partielle d'un élément de mémoire magnétique 1. L'élément 1 est représenté sehématiqusment par le fait que diverses couches isolantes ou non magnétiques n'ont pas été représentées 5 pour simplifier l'explication suivante. L'élément de mémoire 1 est un montage à axe facile fermé dans lequel un film d'emmagasinage 2 est représenté placé entre un substrat conducteur 3 et un conducteur 4 qui, dans le montage représenté est le conducteur de bits et de détection. Un autre film magnétique 5 est représenté sur la figure 1 disposé au-dessus du conducteur 4. Le film 5 ferme un 10 circuit magnétique avec le film d'enmagasinage 2. L'axe facile des films magnétiques 2 et 5 est perpendiculaire à l'axe longitudinal du conducteur 4 st est représenté par une flâche sur la figure 1. Un autre conducteur 6 disposé perpendiculairement au conducteur 4 est placé sur les films 2 et 5 et dans le montage à axe facile fermé constitue la ligne de mots. Un shunt magnétique 7 est placé 15 sur la ligne de mots et réalise la fonction de fermer le flux de la ligne de mots. En fonctionnement, la structure de la figure 1 fournit des champs magnétiques disposés perpendiculairement aux films 2 et 5 au moyen des impulsions de courant appliquées atKconducteurs 4 et 6. Une impulsion sur la ligne de mots 6 20 oriente le flux dans la direction difficile (perpendiculaire à l'axe longitudinal du conducteur 4) tandis qu'une impulsion sur le conducteur 4 de polarité positive ou négative fait tourner l'orientation de l'axe difficile dans une direction ou l'autre le long de l'axe facile, ce qui emmagasine un 1 ou un □ binaire . 25 A cause des considérations bien connues dans un montage "conducteur sur plan de masse", formé par la ligne de mots 6 Bt le substrat 3, une partie principale 90% du champ magnétique dûe à une impulsion de courant dans la ligne de mots 5 apparaît instantanément entre la ligne de mots 6 et le substrat 3. Le shunt magnétique 7 disposé sur la ligne de mots B fournit un circuit magnétique fermé 30 pour le flux de la ligne de mots et un incrément de flux accru par la constante de perméabilité du matériau magnétique à partir duquel est formé le schunt magnétique 7. Ce shunt 7 réduit en effet les champs de démagnétisation et Bn conséquence réduit le courant dans la ligne de mots nécessaire pour produire un flux nécessaire donné. 35 D'après la description précédente on peut voir qu'en plus d'une réduction des champs de démagnétisation 18 shunt magnétique 7 fournit un incrément de flux qui sert à commuter les films magnétiques 2 et 5 et qui est égal à la quantité de flux présent multiplié par la perméabilité du shunt magnétique 7. La figure 2 représente une vue en coupe partielle d'un élément de mémoire 40 magnétique 1 qui est monté de façon que la majeure partie 30% du champ magnéti- 69 40267 4 2026993 qtre produit; ers -faisant passer un courant dans un conducteur dans une configuration conducteur sur plan de masse, apparaisse instantanément entre le conducteur et le plan de masse. Les éléments qui sont les mSmes que sur les figures 1 et 2 portent 18s mê-5 mes références. Sur la figure 2, le substrat conducteur 3 8st recouvert par une couche d'isolant 6. Un élément 9 appliquant un champ 8st disposé immédiatement sur la surface de la couche isolante 8. Le conducteur ou ligne de mots B 8st disposé sur l'élément 9 et est recouvert d'une couche isolante 10. Un autre con-l.'w - J= Lila 4 Bot dîspccS perpendiculairement à la ligne de mots et les films magnétiques 5 et 2 sont disposés au-dessus et en-dessous de lui respectivement, L'élément 9 permettant d'appliquer un champ a des prolongements 9* qui sont séparés du film magnétique 2 par la couche d'isolant 10 et forme avec ces couches un circuit magnétique ayant un entrefer de réluctance élevée de longueur minimum. Comme sur la figure 1, des films magnétiques 2 et 5 sont des films à 15 axa facile fermé dont l'axe facile est orienté perpendiculairement à la ligne de bits 4, Lorsque une impulsion de courant 2st appliquée à la ligne de mots B dans le montage de la figure 2, une partie principale du champ magnétique 90% apparaît instantanément entre la ligne de mots 6 et le substrat 3. La majeure partie du 7C ~>amc mognétîcae .-ispor.ible pénètre ainsi dens 3'élément S et, avec les proïcn-^snients ê' cc -'ilûncnt 9 et le filrc 2 forment ur. circuit magnétique ayant un entrefer d'air minimum. La valeur du champ présent est multipliée par la perméabilité de l'élément a et, ainsi un champ bien plus grand Bst disponible pour commuter le film d'em-magasinage 2 de la figure 2 que celui disponible dans le montage de la figure .1. Dn doit rappeler que seul 10% du cnamp disponible multiplié par la perméabilité du matériau magnétique servait à commuter 18 film magnétique 2 de la figure 1. D'après ce qui précède, on peut remarquer que la simple juxtaposition d'élé-30 ments donne un élément de mémoire magnétique qui a un courant de coninande de mets réduit et dans lequel un courant plus faible peut fournir un flux suffisant pour commuter Ibs films magnétiques. De même le champ magnétique produit n'a pas à pénétrer le conducteur 4 comme dans la figure 1, ce qui réduit encore le courant de commande. Du fait que la ligne de bits 4 est assez loin du plan 35 de masse ou substrat 3 de la figure 2 comparée à la distance par rapport au plan de masse sur la figure 1, la ligne de bits a une impédance supérieure. Une impédance supérieure nécessite des courants de détection inférieurs pour la mSme tension de sortie et en conséquence la dimension du film est réduite. L'élément de mémoire magnétique de la figure 2 peut être réalisé par des 40 taclnniques de dépôt sous vide, des techniques photolithographiques et de BAD ORIGINAL 1 69 40267 5 2026993 décapage bien connues de l'homme de l'art. Un élément de mémoire typique comprend un substrat 3 en cuivre ou autre matériau conducteur ayant une épaisseur de 120.000 A , une couche isolante 8 de dioxyde de silicium ou autre matériau isolant ayant une épaisseur de 3,000 R, un élément pour appliquer le' champ en 5 permalloy ou autre matériau magnétique approprié ayant une perméabilité de 10.000 environ et une épaisseur de 2.000 R, une ligne de mots de cuivre ou autre matériau conducteur ayant une épaisseur de 30.000 A, une couche isolante 10 de dioxyde de silicium ou autre matériau isolant approprié ayant une épais -seur de 20.000 A, deux films magnétiques 2 et 5 en permalloy et ayant une épais-10 seur de 1.000 A entre lesquels est intercalé un conducteur ou ligne de bits 4 ayant une épaisseur d8 60.000 A, L'information est emmagasinée dans les parties des films magnétiques 2, 5 à l'intersection d8s conducteurs 4,6 et des impulsions de courant sont appliquées à partir de sources d'impulsions 11 et 12 représentées connectées aux con-15 ducteurs 4 et 6 respectivement sur la figure 2. Les impulsions appliquées à partir des sources 11 et 12 peuvent avoir des temps de montée de 1'ordre de 10 nanosecondes mais la structure de la figure 2 n'est pas limitée à un fonctionnement avec des impulsions de ce type. La structure de la figure 2 peut être utilisée dans des mémoires à film mince de toutes dimensions mais elle s'appli-20 que de façon la plus utile dans les montages de mémoire miniaturisés. Sur la figure 3 est représentée une vue en perspective d'un élément de mémoir ra magnétique mince dans lequel les films magnétiques ont un axe difficile f«r*. mé. Les éléments correspondant sur les figures 2 et 3 portent les mGmes numéros de référence. Du point de vue structure les éléments de mémoire 1 sur les 25 figures 2 et 3 présentent le môme aspect. Cependant sur la figure,3, les lignes de bits 4 et les lignes de mots 6 ont été interverties, En plus l'axe facile des films 2 et 5 est parallèle à l'axe longitudinal de la ligne de mots 6. Lorsqu'une impulsion de courant est appliquée à partir d'une source 12 par l'intermédiaire de la ligne de mots 6, la partie principale du champ magnétique 30 résultant apparaît instantanément entre la ligne de mots 6 et le substrat ou plan de masse 3. En conséquence, la majeure partie du champ est amplifiée par la perméabilité de 1'élément S et le courant de commande nécessaire pour reproduire le mSme champ de commutation que précédemment est réduit. Il est évident d'après la considération de la figure 3 que l'impédance de la ligne de bits est 35 réduite par rapport à celle représentée dans la réalisation préférée de la figure 2. Bien que l'impédance faible de la ligne de mots ne soit pas toujours nécessaire, il est intéressant dans certains cas de faire un compromis entre l'impédance réduite de la ligne de mots et le courant de mots réduit. En ce qui concerne la perméabilité de l'élément 9 par rapport à la perméabi-40 lité des films 2 et 3, la perméabilité de l'élément S sst au moins 5 fois su- 69 40267 6 2026993 périsure à celle des films 2 et 5, Plus la perméabilité de l'élément 9 est élevée plus le courant de commande est réduit, La perméabilité d'un film magnétique peut âtre modifiée eh contrôlant l'épaisseur, la perméabilité augmentant en fonction de l'épaisseur. 5 Sien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détails qu'il juge utiles sans pour autant sortir du cadre de ladite .invention. 69 40267 7 2026993 REVENDICATIONS 1.- Elément de mémoire magnétique caractérisé en ce qu'il comprend un plan de masse, deux conducteurs perpendiculaires l'un à l'autre situés au-dessus du 5 plan de masse, deux films magnétiques placés sur les côtés opposés d'un des deux conducteurs, et un élément permettant d'appliquer un champ placé entre l'autre das deux conducteurs et le plan de masse. 2.- Elp'ntînt de mémoire magnétique ccnfcrme à la revendication 1, caractéri- 10 sé en ce qu'un des deux conducteurs est une ligne de bit et de détection. 3.- Elément de mémoire magnétique conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que l'autre des deux conducteurs constitue la ligne de mots, 15 4.- Elément de mémoire magnétique conformément à la revendication 1, carac térisé en ce que les films magnétiques sont des films à axe facile fermé. 5.- Elément de mémoire magnétique conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que les deux films magnétiques sont des films à axe difficile fermé. 20 6.- Elément de mémoira magnétique conformément à la revendication 1 caractérisé en ce que l'élément permettant d'appliquer le champ est constitué par un film de matériau magnétique. 25 7 .- Elémént de mémoire magnétique conformément à la revendication 1, carac térisé en ce qus l'élément permettant d'appliquer le champ est un film de matériau magnétique non orienté. 8.- Elément de mémoire magnétique conformément à la revendication 1 caracté-30 risé en C8 que l'élément pour appliquer le champ est constitué par un film de matériau magnétique orienté. 9.- Elément de mémoire magnétique conformément à la revendication 1 comprenant aussi une source d'impulsion couplée électriquement à chacun des deux con- 35 ducteurs pour appliquer des champs magnétiques perpendiculaires l'un à l'autre afin de commuter 18s films pour les amener dans l'un ou l'autre de leurs deux états rémanents possibles. 40 10.- Elément d8 mémoire magnétique conformément à la revendication t caractérisé en ce que la perméabilité de l'élément pour appliquer la champ est au 69 40267 8 2026993 moins § fois supérieure â la perméabilité des deux -films magnétiques» If..- Elément dis mémoire magnétique conformément à la revendication 1, caractérisé en ce que le plan de masse et les conducteurs sont en cuivre, le maté-5 riau on magnétique est au dioxyde de silicium, les films magnétiques et les films permettant d'appliquer le champ sont en un alliage nickel-fer.