Brevet FR2112279A1 — publié le 19720616

L'invention a pour objet un élément de mémoire électronique qui peut prendre deux états- de commutation stables, caractérisés par une résistance interne élevée -par exemple 1 Mq- ou faible -par exemple 300n-. Les éléments de mémoire électronique à deux états de commutation sont connus dans différentes réalisations. Ces éléments connus présentent toutefois divers inconvénients. Par exemple, les uns nécessitent un encombrement spatial indésirable, les autres, par exemple les mémoires flip-flop, exigent un câblage interne considérable, ainsi que des canalisations externes d'alimentation et de commande. D'autres ne peuvent pas être fabriqués ou agencés surfaciquement en très grandes quantités. Dans un autre dispositif connu, on utilise des semi-conducteurs vitreux, qui sont constitues par plusieurs substances et dont la courbe caractéristique et le comportement en basculement sont symétriques pour les différentes polarités. En outre, dans ces éléments, l'effet de mémoire est détruit par la fréquence des mises en mémoire et des lectures. Avec ces dispositifs, il n'est pas non plus possible de modifier l'information dans l'élément de mémoire par basculement asymétrique. L'invention se propose de procurer un élément de mémoire qui soit très petit surfaciquement et spatialement, d'un ordre de grandeur, par exemple, de 50 x 50 ym peur une épaisseur d'environ 0S5 uni, qui ne nécessite qu'une dépense minime de câblage, qui soit avant tout résistant aux radiations et qui contienne en outre une couche de mémoire très bon marché et "très simple à fabriquer. Ce problème est résolu, selon l'invention, en ce que, entre deux électrodes métalliques, qui sont fac-riquées de préférence par le procédé de vaporisation, se trouve une couche d'un isolant amorphe constituée par un mélange de SiO et de SiC^, les électrodes métalliques étant en métaux de polarité négative différente , par exemple,en argent et en aluminium , les couches métalliques et la couche d'isolant étant appliquées dans un ordre déterminé, par exemple,Ag - SiO^ - Al. On peut ainsi fabriquer simultanément, de façon simple et bon marché, un grand nombre d'éléments de mémoire conformes à l'invention, étant donné que chaque couche est appliquée à tous les éléments en même temps en une seule opération, et qu'une grande partie du câblage est effectuée automatiquement pendant l'opération de vaporisation. 71 33907 2 2112279 Il est proposé par ailleurs que 1'élément de mémoire ait, à l'état normal (état "de sortie"), une résistance interne élevée -par exemple 1 Mn- qui, à l'application d'une tension négative à l'électrode de polarité négative plus élevée, prend en très 5 peu de temps -par exemple moins de 1 ysec.-une très petite valeur -environ 300 Q- (état "d'entrée") et après inversion de la polarité de la tension, est ramenée à la valeur d'origine par un certain courant critique. On obtient ainsi de pouvoir basculer d'un état de commutation stable à l'autre avec des courants et des 10 tensions faibles, sans qu'aucun des états ne nécessite une tension ou un courant de maintien. Ce qui veut dire qu'une défaillance des tensions extérieures d'alimentation ne modifie pas le contenu de la mémoire. Dans un autre développement de l'invention, il est proposé 15 que, en plus de l'élément de mémoire, on monte en série un élément diodique, de sorte que, lors de la mise en circuit dans le sens de passage de la diode, l'électrode de polarité négative plus élevée a un potentiel positif par rapport à l'autre électrode de l'élément de mémoire. Ainsi, en utilisant simultanément une 20 multiplicité d'éléments de mémoire de même type agencés en matrice, un élément ne peut pas subir d'influence notable de la part des éléments voisins. Dans un autre développement de l'invention, il est proposé de disposer une multiplicité d'éléments de mémoire de même type 25 surfaciquement sous forme de matrices, qui peuvent être disposées spatialement dans une matrice de matrices. Ces mesures conduisent à une compacité extrêmement élevée des éléments de mémoire telle qu'on peut la souhaiter par exemple pour des installations de calcul à grande puissance. En outre, la combinaison d'informations 30 individuelles est possible grâce à un câblage extérieur approprié du système de mémoire. L'invention est décrite et représentée ci-après à l'aide d'un exemple de réalisation. Sur le dessin : la figure 1 montre une multiplicité d'éléments de mémoire 35 agencés en matrice ; la figure 2 est une vue de dessus de la figure 1 ; la figure 3 montre en coupe un élément individuel selon le détail X de la figure 2 ; la fi çure 4 est un autre schéma de montage pour la connexion BAD ORIGINAL 71 33907 3 2112279 10 de l'élément de mémoire et de la diode 3 la figure 5 est la courbe caractéristique de l'élément de mémoire ; et la figure 6 montre le schéma d'un montage de lecture pour lin élément de mémoire individuel. L'élément de mémoire conforme à l'invention, qui est représenté en tant qu'élément individuel sur la figure 3, est constitué par l'électrode 10, -par exemple en aluminium-, par une couche d'isolant 30 amorphe aux rayons X, -par exemple un mélange de SiO et SiC^ selon un rapport détermine-, et par une deuxième électrode 20, -par exemple en argent-. Les deux électrodes 10 et 20 doivent avoir des polarités négatives différentes. Ces éléments individuels, comme il est représenté sur les figures 1 et 2, sont fabriqués simultanément en grand nombre sous forme de matrice par le 15 procédé de vaporisation. Les raccordements extérieurs 40, servent à mémoriser des informations dans les différents éléments de mémoire et à les en extraire. Le comportement électronique de l'élément de mémoire individuel est représenté sur la figure 5* Les courbes caractéristiques de l'élément de mémoire y sont repré-20 sentées ; la courbe caractéristique 50s 51 montre le comportement de l'élément de mémoire à l'état "d'entrée" (faible résistance en--mique), tandis que la courbe caractéristique 60, 61 montre le comportement de l'élément à l'état "de sortie" (résistance ohmique élevée). 25 Si l'on se trouve dans la branche positive (U>0) de la courbe caractéristique 60, la tension positive étant appliquée à l'électrode 10, donc à l'électrode ayant la polarité négative la plus élevée, l'élément se trouve en état de résistance élevée sur un très vaste domaine de tension.Si l'on inverse la polarité de la 30 tension appliquée et si elle augmente en partant de zéro sur la partie de courbe caractéristique bi, on atteint une tension de seuil U , à laquelle se produit brusquement le basculement Se et l'élément saute à la nouvelle courbe caractéristique 50 par l'intermédiaire d'une courbe caractéristique déterminée par le câblage 35 extérieur. L'élément est maintenant à l'état de faible résistance ohmique et il le reste même en cas de variation de la tension appliquée à l'intérieur de certaines limites. L'opération qui vient d'être décrite, constitue la mise en mémoire de l'information "bit 1" dans l'élément de mémoire. Même si l'alimentation en ten 71 33907 4 2112279 sion est interrompue pendant cette phase de travail, l'état de faible résistance ohmique de l'élément est maintenu. Lors de la remise en tension, on se retrouve automatiquement sur la branche de courbe caractéristique 50, 51, c'est-à-dire que le courant 5 passe à travers l'élément en correspondance de la courbe caractéristique, de sorte que l'état de l'élément peut être déterminé à l'aide du câblage extérieur (figure 6) (extraction de l'information). Lorsqu'une valeur critique de courant i est dépassée dans s la branche positive de la courbe caractéristique, il se produit un 10 basculement Se^ qui ramène à la courbe caractéristique 60, 6l (état "de sortie") par l'intermédiaire d'une courbe caractéristique dépendant du câblage extérieur. L'information mise en mémoire auparavant dans l'élément 90 est de ce fait effacée. Cet état est également stable en cas d'arrêt de la source de tension 70 exté-15 rieure, c'est-à-dire que lors de la remise en tension 70, on se trouve à nouveau sur la courbe caractéristique 60, 6l. On peut alors mettre à nouveau en mémoire un "bit 1" dans l'élément 90 en dépassant la valeur critique de la tënsion U sur la branche néga-tive de la courbe caractéristique. Cette opération peut être répé-20 tée très souvent sans que le fonctionnement précédemment décrit de l'élément soit compromis. Etant donné que la couche d'isolant 30 est amorphe, l'ensemble du système de mémoire offre une résistance élevée au rayonnement. Un autre avantage consiste en ce que le basculement de la courbe 25 caractéristique 50, 51 à la courbe caractéristique 60, 61 s'effectue très vite (moins de 1 usée). Un autre avantage par rapport aux nombreux éléments connus est que l'information mise en mémoire n'est pas perdue par l'extraction, étant donné que l'état de l'élément (courbe caractéristique 50) reste maintenu pour une charge 30 normale, c'est-à-dire que, lors de l'extraction de l'information avec des impulsions de courant limitées, le passage de l'élément à l'autre état est évité de façon sûre. L'invention présente encore un autre avantage par rapport aux éléments de type analogue, à savoir que, du fait de la dissymétrie des courbes caractéristiques, 35 le basculement Se^ conditionné par le courant (résistance ohmique faible à résistance ohmique élevée) et le basculement Se condi- u tionné par la tension (résistance ohmique élevée à résistance ohmique faible) se trouvent sur des côtés de polarités différentes des courbes caractéristiques. Les avantages de cette forme de 71 33907 5 2112279 courbes caractéristiques apparaissent surtout en liaison avec l'utilisation d'une multiplicité d'éléments de mémoire 90 qui sont chaque fois montes en série avec une diode 91 selon la figure 4. La diode 91 sert à découpler les éléments individuels, 5 c'est-à-dire à éviter les signaux parasites qui peuvent survenir dans l'agencement en matrice du fait des éléments adjacents lors de la lecture d'un élément individuel. La diode 91 est associée à l'élément de mémoire 90, de telle sorte que, lors de la polarisation de la tension 70 dans le sens de passage de la diode 91, 10 la partie positive de la courbe caractéristique 51 de l'élément de mémoire 90 est parcourue, de sorte que le basculement Se^ peut avoir lieu. Si l'on polarise la tension 70 de telle sorte que l'on bloque la diode 91» l'élément de mémoire 90 se trouve dans la zone négative des courbes caractéristiques, de sorte que dans 15 cet état, la courbe caractéristique 6t peut être atteinte, ce qui permet le basculement Se^. En raison du montage très simple qui vient d'être décrit ainsi que des processus de fabrication réalisés en peu d'opérations, il est possible de placer l'un au-dessus de l'autre, selon le même 20 procédé, plusieurs niveaux d'éléments de mémoire, ce qui permet d'obtenir une mémoire spatiale de densité très élevée -par exemple de l'ordre de grandeur de 108 bit/cm3. Comme le montre la figure 6, la tension U d'une source 70, engendre par la résistance série 80 un courant de lecture dans 25 l'élément de mémoire 90. Si ce dernier est à l'état de faible résistance ohmique, l'instrument de mesure 100 indique une faible chute de tension, grâce à quoi l'information est extraite de l'élément de mémoire. Si l'élément de mémoire 90 a une résistance ohmique élevée, l'instrument de mesure 100 indique une chute de 30 tension élevée, grâce à quoi le contenu de l'information "zéro" est extrait. En polarisant de façon appropriée la source de tension 70, ainsi qu'en réglant de façon appropriée la tension U, on peut faire varier à volonté l'état de l'élément de mémoire 90, comme il a été décrit ci-dessus. 71 33907 6 2112279 revendication s 1.- Elément de mémoire électronique à deux états de commutation stables, caractérisé en ce qu'une couche d'un isolant amorphe, constitué par un mélange de SiO et de Si02, se trouve entre 5 deux électrodes métalliques, fabriquées de préférence par le procédé de vaporisation, les électrodes métalliques étant en des métaux ayant des polarités négatives différentes, par exemple en argent et en aluminium, les couches métalliques et la couche d'isolant étant appliquées dans un ordre déterminé, par exempje 10 Ag - SiO - Al. n 2.- Elément de mémoire selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément de mémoire a, à l'état normal (état "de sortie"), une résistance interne élevée qui, à l'application d'une tension négative dépassant une valeur déterminée de tension U à S 15 l'électrode de polarité négative plus élevée, prend en très peu de temps, -par exemple moins de lu seconde-, une très petite valeur, -envirc-n 300fl-, (état "d'entrée"), et après inversion de la polarité de la tension, est ramenée à la valeur d'origine par un certain courant critique i . 20 3.- Elément de mémoire selon les revendications 1 et 2, carac térisé en ce que, en plus de l'élément de mémoire, on monte en série un élément diodique, de sorte que, lors de la mise en circuit dans le sens de passage de la diode, l'électrode de polarité négative plus élevée a un potentiel positif par rapport à l'autre 25 électrode d" l'élément de mémoire. 4.- Elément de mémoire selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'une multiplicité d'éléments de mémoire de même type.sont disposés surfaciquement en forme de matrice. 5.- Elément de mémoire selon l'une des revendications précé- 30 dentes, caractérisé en ce qu'une multiplicité d'éléments de mémoire de même type sont disposés spatialement dans une matrice de matrices .