Brevet FR2116567A1 — publié le 19720713

r t ' j - i .■* i »• - "r ♦ r, •' essence. I:rT?nt:.'-n concerna dss dispositifs de nésio-riEation et de restitution de l'information, qui sont basés cur l'inversion du sens de lfaimantation de régions isolées de nxîices pellicules de matériaux ferre-magnétiques. 5 On a consacré depuis plusieurs années beaucoup d'attention à la mémorisation de grandes quantités d'informations dans un petit volume. Un premier système, décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 2 830 285 utilise un film photographique comme support d'information. L'information est introduite en mémoire 10 par exposition et développement. L'information mémorisée est sortie en faisant passer un faisceau lumineux à travers le support d'information. Ensuite, le composé MnBi destiné à former un support pour la mémorisation de l'information a été décrit dans "Journal of *5 Applied Physics",7cl> 28, pages 1181-1184 (1957). Le composé IlnBi est une substance ferro-magnétique peu ordinaire étant donné que le dépôt en phase vapeur de ce matériau même sur un substrat en verre donne naissance à un film dont la direction d'aimantation facile est normale à la surface dudit film. Intérieurement, cer-20 tains chercheurs mettaient en oeuvre couramment la croissance par épitaxie pour obtenir des films magnétiques dont la direction d'aimantation facile est normale au substrat. Après avoir saturé magnétiquement un film parallèle à la direction d'aimantation facile, on peut introduire l'information 25 dans ce film par inversion du sens d'aimantation de régions isolées, dont chacune correspond à des éléments binaires d'information. L'information mémorisée peut être extraite, par exemple optiquement, par deux procédés qui consistent tous deux à faire passer un faisceau de lumière à travers un polariseur et à pro-30 ^eter sur la surface du film cette lumière polarisée dans un plan. La rotation du plan de polarisation de la partie transmise du rayonnement incident peut être mesurée en intercalant le film entre ce polariseur et un analyseur. Cette rotation est souvent dénommée "'effet Faraday'. En variante, la rotation du plan de polarxsa-J5 tion de la portion refischie du rayonnement incident peut être ■ - mesurée en plaçant l'analyseur du même côté uu fila que le .polariseur ; ce phénomène est souvent appelé "phénomène magnéto-optique foOPY 71 43748 2 2116567 de Kerr" ou "'effet Kerr". On peut citer comme exemples de procédés de lecture autres qu'optiques les câpteurs utilisant l'"effet Hall"et la mesure d'une tension induite. Ces procédés ont été étudiés par exemple dans "IEEE Transactions on Magnetics", Vol. 5 MAG-5, pages 544-553 (1969). De récents progrès dans la technique de la mémorisation et la restitution de l'information ont conduit à deux procédés principaux d'inversion du sens d'aimantation de régions isolées. L'un fait intervenir l'inversion du sens de l'aimantation dans des 10 régions localisées en les chauffant à proximité ou au-dessus du point de Curie en présence d'un champ extérieur, inférieur et de signe contraire au champ coercitif du matériau environnant ; ce procédé est appelé "écriture au point de Curie". L'autre procédé fait intervenir l'inversion du sens d'aimantation de régions loca-1 5 lisées en leur appliquant des champs magnétiques supérieurs et opposés au champ coercitif du matériau environnant ; on utilise dans un de ces procédés un.style fin comme une aiguille et par conséquent ce procédé est parfois dénommé "écriture par style magnétique". Un autre de ces procédés utilise un tableau d'ins-20 cription bidimensionnel à points de croisement, superposé au film, pour obtenir le même résultat. On connaît également plusieurs variantes de ces procédés. L'information mémorisée peut être sous forme numérique (par exemple binaire) ou analogique (par exemple holographique). La 25 mémorisation peut être permanente, c'est-à-dire telle que l'aimantation rémanente dans les régions localisées puisse être détectée par un procédé quelconque, ou temporaire, c'est-à-dire telle que l'influence de l'écriture se manifeste obligatoirement pendant l'extraction. Enfin, l'extraction peut être destructive, par 30 exemple dans le procédé de la tension induite, ou non destructive, par exemple par des procédés optiques. Bien que le composé MnBi soit un matériau intéressant pour la réalisation de mémoires dans les systèmes d'information décrits ci-dessus, il est préférable du point de vue technique 35 de disposer de plusieurs matériaux différents ayant des caractéristiques magnétiques et physiques différentes. Ceci donne une grande souplesse au choix du matériau approprié pour une application déterminée. 71 43748 3 2116567 On a découvert selon l'invention qu'un dépôt en phase vapeur du composé ferro-^arn.iéticu.e l'nAlGo sur un substrat donne un film dont la direction d'aimantation facile est normale à ce substrat. Ce phénomène peu courant n'est pas lié à une croissance 5 par épitaxie et, en fait, il est préférable d1employer un substrat amorphe. Cette propriété, associée à la stabilité physisue et chimique de linAlGe et à son point de Curie de 2'S °C, le rend intéressant pour la réalisation de dispositifs d'information et da mémorisation numériques, tels ceux décrits dans "Journal cf Applied 10 Physics", vol. 41, pages 2530-2534 (I970)e Le film de I-înAlGe peut être préparé par un des procédés courants de dépôt en phase vapeur, par exemple par vaporisation ou pulvérisation sous vide, décomposition par la chaleur, etc. mais on prépare facilement les films de IlnAlGe par pulvérisation dans 15 le vide. Une raison de la préférence de la pulvérisation sous vide est que la composition du film obtenu peut être réglée de manière plus précise qu'avec certains autre procédés de dépôt en phase vapeur. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention res-20 sortiront au cours de la description détaillée qui va suivre faite en regard du dessir annexé qui donne à titre explicatif mais nullement limitatif une forme de réalisation conforme à l'invention. Sui- ce dessin : 25 la figure 1 est une vue en perspective d'une mémoire selon l'invention ; et la figure 2 est un schéma, en partie fonctionnel et en partie en perspective, représentant l'appareillage pour l'introduction en un point déterminé de l'information dans la mémoire et pour 30 l'extraction de l'information ainsi mémorisée. La figure 1 représente une mémoire magnétique 10 constituée par une plaque support 11 en une matière quelconque, de préférence un verre silicaté, sur une face de laquelle se trouve un mince film 12 de KnAlGe, dont la direction d'aimantation facile est nor-35 maie à la surface du film. La figure 2 représente un appareil simple 20 pour introduire l'information numérique codée en binaire dans la mémoire en un 71 43748 4 2116567 emplacement choisi et extraire l'information ainsi mémorisée de la mémoire en un emplacement choisi quelconque. On peut utiliser d'autres procédés pour introduire et extraire l'information. A titre d'exemple, l'ensemble de la figure 2 enregistre des 5 informations numériques par écriture au point de Curie et emploie un système de sortie utilisant l'effet Kerr; Le laser 21, excité par un procédé non représenté, émet un faisceau 22 qui est modulé en impulsions par le modulateur 23 pour donner des impulsions rectangulaires. Un séparateur de faisceaux polarisant 24 sert de 10 polariseur pour le faisceau modulé 22 et de capteur pour le faisceau de lecture 28 de retour. Un enroulement 25 alimenté par une source non représentée, créant un champ magnétique, est placé,par exemple, près de la surface du film 12 pour créer un champ magnétique destiné à effacer et à inverser l'aimantation des domaines 15 dans la petite surface 26 qui est chauffée par le faisceau laser à une température proche, ou au-dessus, du point de Curie du film de MnAlG-e. L'enroulement 25 crée un champ magnétique inférieur au champ coercitif du film 12 , par conséquent seule l'aimantation de la petite surface chauffée,26jsera influencée et par conséquent 20 inversée. Le mécanisme de translation 27 suivant deux coordonnées X, T place le substrat 11 dans les positions désirées pour l'écriture et la lecture. Le plan de polarisation du faisceau lumineux 22 subit une rotation par effet Kerr fonction de l'aimantation de la petite surface 26 du film 12 et est réfléchie sous la forme d'un 25 faisceau de lecture 28, représenté pour faciliter la compréhension sous la forme d'un faisceau séparé, renvoyé sur le séparateur de faisceau polarisant 24 qui le renvoie sur l'analyseur 29 et ensuite sur le détecteur 30, où le signal 31 obtenu doit être traité à son tour. Un système semblable est décrit plus complète-30 ment dans le "Journal of Applied Ehysics",Vol. 41, n° 6, pages 2530-2534 (1970), figure 5. L'invention est basée sur l'observation du fait que la direction d'aimantation facile des films de MnAlG-e déposés en phase vapeur est normale à la surface du substrat sur lequel ils ont été 35 déposés. On a observé cette propriété avec des films de MnAlG-e o d'épaisseur comprise entre 300 et plus de 5 000 A. Cependant, pour obtenir des films relativement transparents au rayonnement visible 71 43748 5 2116567 et de surface relativement uniforme, on préféré des films d'épais- o seur comprise entre 700 et 1000 A . Bien qu'on puisse employer un procédé quelconque de dépôt en phase vapeur pour obtenir le film désiré de MnAlG-e, tel que 5 la vaporisation ou la pulvérisation sous vide, la décomposition par la chaleur, etc., l'emploi de la pulvérisation sous vide, en particulier la pulvérisation sous vide avec dégazeur, décrite dans "Journal of Applied Physics", Vol. 35, pages 554-555 (1964), est à préférer étant donné que le taux d'impuretés obtenu aux 10 pressions réduites employées est inférieur à celui qu'on observerait par d'autres procédés de dépôt en phase vapeur sous les mêmes pressions réduites. Par conséquent, ce procédé est économique, étant donné qu'on peut tolérer des pressions plus élevées dans la chambre à vide et est particulièrement intéressant pour ajuster 15 la composition du film. De minces films de MnAlG-e d'épaisseur comprise entre 700 o et 1000 A sont pulvérises sous vide sur un substrat. Ce substrat peut être en un des matériaux couramment employés pour le dépôt de films en phase vapeur ; on a réalisé des films très satisfai-20 sants de MnAlGe par dépôt, par exemple, sur des monocristaux de quartz, de saphir, de mica et de chlorure de potassium ainsi que sur des verres silicates et du quartz fondu. Cependant, il est préférable d'utiliser un substrat amorphe, par exemple du verre silicaté, pour une production industrielle à bon marché. 25 la cible destinée à la pulvérisation de MnâlG-e peut être préparée par exemple par le procédé signalé par Wernick dans "Journal of Applied Physics", Vol. 32, page 2495 (1961). D'autres procédés sont également connus des spécialistes de la pulvérisation sous vide ; on peut employer des cibles dans lesquel-30 les par exemple les poudres des ingrédients sont mélangées, ou dans lesquelles les ingrédients sont séparés, par exemple, l'emploi du procédé de Wernick permet cependant de déterminer plus facilement la composition finale du film, étant donné qu'il a la même composition que le bouton-cible. Cette composition peut 35 varier dans les limites ci-après : tin 0,8 à 1,2 ; Al 0,8 à 1,2 ; (Je 0,8 à 1,2. Cet intervalle de composition est suffisant pour obtenir 71 43748 6 2116567 les propriétés désirées. On place le support, sur une bande chauffante pour régler sa température. On peut faire varier la température du substrat entre la température ambiante et 800°C;et les films préparés dans cet intervalle de températures sont intéres-5 sants pour les applications envisagées. Cependant, une température entre 300 et 600°C est préférable étant donné que le degré maximal d'orientation dans la direction d'aimantation facile normale au film est obtenu dans cet intervalle de températures. Ci-après un exemple de préparation d'un film de MnAlve. . 10 Un substrat en verre silicaté est placé, après avoir été convenablement nettoyé, dans une chambre à vide. Ce film de MnAlGe est déposé sur le substrat de verre, avec une pression partielle > de 70 microns de l'argon sous 1500 Y continus ce qui conduit a un courant de pulvérisâtiorf de 10 mA et à une vitesse de dépôt de o 15 115 A/mn. Pendant tout le dépôt, le substrat de verre est maintenu à 500°C par une bande chauffante de tantale. La source employée est un bouton de MnAlGe. Le film de MnAlGe obtenu est épais de o o 750 A et est constitué par des grains de 2000 A. Le champ coercitif mesuré normalement à la surface du film est de 220 Oersteds. 20 On a aussi fait des essais à d'autres températures, com prises entre l'ambiante et 800°C, du substrat, mais les films de MnAlG-e ainsi préparés avaient un champ coercitif plus élevé, et par conséquent un degré moindre d'orientation dans la direction d'aimantation facile normale à la surface du film, que les fils 25 préparés à 500°C. Sans être obligatoirement lié à une théorie particulière, on admet que l'origine des caractéristiques avantageuses du film de MnAlGe est la suivante : Le composé ternaire MnAlGe a un réseau cristallin quadra-30 tique. Il a également une forte anisotropie magnétocristalline uniaxiale, et son axe d'aimantation facile coïncide avec l'axe ç, du réseau quadratique. Lors de la préparation décrite du film, les cristaux croissent avec leurs axes c normaux à la plaque sur laquelle ils sont déposés. Par conséquent, la croissance des cristaux 35 qui se produit manifestement au cours du dépôt aux températures élevées décrites ci-dessus, donne naissance à un film auquel les axes c de la majorité des cristaux sont normaux. On utilise les 71 43748 7 2116567 dispositifs selon l'invention comme suit : s) Mémorisation de l'information : la description ci-après de l'utilisation d'un film de anAlGe dans un dispositif intéressant du point de vue pratique est donnée, à propos de 5 la lecture au point de Curie et de la lecture magnéto-optique, 'simplement à titre d'exemple pour montrer son intérut pour les systèmes de mémorisation de l'information. On peut certainement employer aussi en pratique d'autres techniques d'écriture de l'information colorantes, ainsi que des procédés de lecture de 10 l'information comportant l'emploi d'un capteur de Hall, la mesure d'une tension induite, etc. ' Bien que n'importe quelle région d'un film non saturé magnétiquement ainsi réalisé puisse servir pour la mise en oeuvre de l'invention, il est préférable de s'assurer que la totalité de la 15 surface du film, d'aussi grande étendue qu'on le désire, peut être saturée au départ dans la même direction. Pour obtenir ce résultat, il est préférable de polariser magnétiquement l'échantillon, avant ou après son retrait de la chambre à vide. Il est classique de polariser par un champ magnétique faible l'échantillon 20 à proximité du point de Curie. Une polarisation à des températures inférieures au point de Curie doit évidemment nécessiter des champs magnétiques plus intenses. l'information peut être écrite sur le film par de nombreux procédés, provoquant tous une inversion des pôles magnétiques 25 dans une petite surface. Un procédé bien connu, employé pour mémoriser l'information sous forme numérique est décrit dans le "Journal of Applied Physics", Yol. 28, pages 1181-1184 (1957) » ce procédé utilise un style magnétique à pointe très fine qui est employé dans un champ supérieur au champ coercitif. Dans une 30 expérience où l'on employait un film de MnAlGe préparé de la manière indiquée ci-dessus, on écrivait sur le film avec des pointes de 50 microns de diamètre ; ceci conduit à penser qu'on peut loger 200 000 bits/cm^. On a perfectionné récemment l'écriture au point de Curie 35 qui est une autre technique également employée pour mémoriser l'information sous forme numérique et cette nouvelle technique est décrite par exemple dans le "Journal of Applied Physics 71 43748 s 2116567 Vol. 41-f pages 2530-2534 (1970). On peut employer une source de chaleur, par exemple un laser à argon ionisé émettant avec une O longueur de 4880 A pour chaufferde petites surfaces du film de MnAlGe au-dessus de sa température de Curie de 245°C* L'aimanta-5 tion de la région chauffée peut être inversée après refroidissement par le champ démagnétisant formé dans la région environnante. Cependant, la pratique courante consite à appliquer un champ extérieur dont l'intensité doit évidemment être inférieure à celle du champ coercitif de la région non chauffée. Ce chauffage peut 10 être réalisé à l'aide d'un style chauffé, un faisceau d'électrons ou un faisceau laser. Si l'on emploie un faisceau laser, le diamètre de la région chauffée peut être rendu comparable à la longueur d'onde émise par le laser. Par ailleurs, le choix du système optique agit sur les dimensions des spots.Par conséquent, 15 si l'on emploie le laser décrit ci-dessus fonctionnant sous 100 mW avec une durée d'impulsions de 50 microsecondes et un diamètre de faisceau de 10 microns, on peut écrire à l'aide de spots de 25 microns sur le film de MnAlGe préparé par les procédés décrits ci-dessus ; si l'on emploie d'autres systèmes optiques 20 ou des lasers fonctionnant sur d'autres longueurs d'onde, on peut obtenir des spots dont les dimensions ne dépassent pas un micron. b) Restitution de l'information : Chaque film magnétique avec un moment magnétique normal à sa surface jouit de la propriété de faire tourner le plan de polarisation d'une lumière 25 incidente polarisée dans un plan dans un sens ou dans l'autre, suivant sa direction d'aimantation. Pour un fil déterminé, l'importance de cette rotation dépend de son épaisseur. Un film qui comporte des régions d'aimantation inversée peut être lu, par exemple par un appareillage optique comportant 30 un polariseur pour polariser la lumière dans un plan et un analyseur pour mesurer la rotation du plan de polarisation de cette lumière après réflexion ou transmission dudit faisceau lumineux par ledit film magnétique. Par conséquent, l'analyseur peut être réglé, par exemple, pour éteindre la lumière transmise 35 ou réfléchie par les parties du film influencées par le mécanisme d'écriture, auquel cas le contrast-e visuel entre la lumière transmise ou réfléchie par les parties non influencées et celle ■■■ Scan. > " a- 71 43748 9 2116567 transmise ou réfléchie par les parties ainsi influencées est maximal . La technique d'écriture au point de Curie et la technique de lecture optique, décrites en détail ci-dessus, sont indiquées 5 uniquement à titre d'exemple. Il est évident pour l'homme de l'art que tout autre procédé pour écrire l'information et l'extraire de la mémoire peut être également utilisé outre ceux décrits ci-dessus. Il va de soi que la présente invention n'a été décrite 10 ci-dessus qu'à titre explicatif mais nullement limitatif et que l'on pourra y apporter toute variante entrant dans son cadre et son esprit. 71 43748 10 2116567 REVENDICATIONS 1. Procédé de réalisation d'éléments de mémoire magnétique, dans lequel un matériau ferro-magnétique est déposé sous forme d'un film mince sur un substrat, ledit film mince ayant une 5 direction d'aimantation facile normale à sa surface, caractérisé en ce qu'un composé homogène de formule Mn 0,8 à 1,2 ; Al 0,8 à 1,2 ; Ge 0,8 à 1,2 est déposé en phase vapeur sur ledit substrat. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit dépôt en phase vapeur est réalisé par pulvérisation sous vide 10 dudit composé sur un substrat amorphe maintenu à une température comprise entre 300 et 600°C. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 et 2,caractérisé en ce que le dépôt est réglé de manière que le film ait une o épaisseur comprise entre 300 et 5000 A. 1'5 4. Elément de mémoire magnétique constitué par un film de matériau ferromagnétique déposé sur un substrat, ledit film ayant une direction d'aimantation facile sensiblement normale à sa surface, caractérisé en ce que ledit film a une composition sensiblement homogène représentée par la formule : Mn 0,8 à 1,2 ; 20 Al 0,8 à 1,2 ; Ge 0,8 à 1,2. 5. Dispositif comportant l'élément selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'un premier dispositif de mémorisation de l'information est destiné à commander l'aimantation de parties choisies dudit film et un second dispositif de restitution de 25 l'information fonctionne par lecture de parties choisies dudit film. « 6. Dispositif selon la revendication 5» caractérisé en ce que le second dispositif est réalisé de manière à transmettre à travers le film une fraction appréciable d'un rayonnement pola-30 risé dans un plan et projeté sur ledit film. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que ledit premier dispositif est réalisé de manière à chauffer de petites surfaces choisies du film pour réduire son champ coercitif et à appliquer en même temps un champ magnétique 35 afin d'inverser l'aimantation de certaines parties dudit film. 71 43748 n 2116567 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'intervalle des températures dudit chauffage englobe le point de Curie du matériau.