Brevet FR2514930A1 — publié le 19830422

La présente invention concerne un dispositif à domaines magnétiques et plus précisément un dispositif lamellaire, ayant une structure à plusieurs couches, com- prenant au moins deux minces couches magnétiques telles que, par exemple, une mince couche magnétique ayant une anisotropie d'orientation verticale et un faible champ coercitif, permettant une formation et un effacement fa- cile de domaines magnétiques, et une mince couche magnétique ayant une anisotropie orientée verticalement et possédant un champ coercitif élevé qui n'est pas affecté par un champ magnétique de faible niveau utilisé pour la création des domaines magnétiques cylindriques dans la couche magnétique de faible champ coercitif Le dispositif à domaines convient à une mémoire à domaines magnétiques ou à un élément magnéto- optique. Un élément classique à domaines magnétiques cylin- driques est formé en général par association d'une mince couche magnétique ayant une anisotropie orientée vertica- lement et un faible champ coercitif inférieur à 80 A tr/m, à un substrat de grenat de gallium et de gadolinium ou analogue, par exemple, puis par formation sur cette couche d'un dessin formé d'alliage "Permalloy", d'une couche de grenat ayant subi une implantation ionique ou analogue. On sait dans la technique que, comme un domaine magnétique cylindrique peut facilement se propager à l'intérieur d'un tel dessin, il peut être utilisé comme mémoire à domaines magnétiques Les détails des éléments à domaines magné- tiques cylindriques figurent dans la littérature, dans un article des inventeurs "Magnetic Bubble Elements", Denki Gakkai Shi, vol 100, N O 3, pages 215-218. Dans le cas d'un dessin de propagation d'un do- maine magnétique, une densité élevée d'information et une grande vitesse de fonctionnement sont des caractéristiques importantes Actuellement, on utilise beaucoup un système du type principal-secondaire, par exemple à disques contigus, tel que représenté sur la figure 1 des dessins annexés. Comme le grenat qui a subi une implantation ionique présente des inconvénients car la direction de formation du dessin est limitée étant donné l'anisotropie cristalline due à l'implantation des ions et à d'autres causes, il est très avantageux de former une densité élevée de disques con- tigus à l'aide de l'alliage "Permalloy" Cependant, dans le cas d'un dessin formé de cet alliage, lorsque la densité d'un disque 2 compris dans une boucle secondaire 1 devient élevée, un domaine magnétique 3 compris dans le disque a tendance à sauter vers un disque adjacent, ou le domaine magnétique se propage de façon erronée dans le même disque d'un côté à l'autre et provoque ainsi la perte d'une infor- mation Ces phénomènes peuvent provoquer une erreur Sur la figure 1, la référence 4 désigne une boucle principale, la référence 5 une ligne de transfert et la référence 6 une ligne d'écriture. L'invention concerne un élément ou dispositif à domaines magnétiques cylindriques permettant d'éviter le transfert erroné d'un domaine cylindrique par formation dans la couche magnétique d'une région magnétique qui est stable et qui n'est pas modifiée facilement par un champ magnétique de création du domaine magnétique ou par un champ de polarisation, etc, appliqué lors de la création, de l'effacement ou du transfert du domaine magnétique, et la combinaison de la région magnétique et des dessins de transfert afin que la plage des déplacements du domaine magnétique dans la même région magnétique soit limitée. Le dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'invention est réalisé par for- mation d'au moins une mince couche magnétique ayant une anisotropie orientée verticalement et un champ coercitif élevé sur ou sous au moins une mince couche magnétique ayant une anisotropie orientée verticalement et ayant un faible champ coercitif, dans laquelle des domaines cylin- driques peuvent être facilement formés ou supprimés, et par formation, dans le plan de la couche de champ coercitif élevé, de plusieurs régions magnétiques dont les directions d'aimantation sont différentes de celles des régions adja- centes. Selon l'invention, on peut par exemple utiliser tique de faible champ coercitif compris de façon générale entre environ 0 et 80 A tr/m Au contraire, on peut utiliser (Bi Gd Sm Lu) 3 (Fe Al) 5012 comme matière à champ coercitif élevé qui doit être en général supérieur à environ 6400 A tr/m et qui est de préférence compris entre environ 8000 et 240 000 A tr/m, car il doit être supérieur au champ de polarisation qui lui est appliqué Une couche double de grenat, comprenant de telles couches à champs coercitifs faible et élevé, tel qu'indiqué, peut être formée sur un substrat tel qu'un grenat de gallium et de gadolinium par un procédéde croissance épitaxiale en phase liquide, l'épaisseur de chacun des deux couches étant habituellement inférieure à 100 environ et de préférence de l'ordre d'en- viron 0,01 à 10 microns. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention seront mieux compris à la lecture de la descrip- tion qui va suivre d'exemples de réalisation et en se réfé- rant aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma utile pour la descrip- tion du principe du fonctionnement d'un circuit à disques contigus; les figures 2 A et 2 B sont respectivement une coupe et une vue en plan utile pour la description de l'ai- mantation des couches magnétiques d'un dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'invention; les figures 3 A et 3 B sont respectivement une coupe d'une partie de couche magnétique et une vue en plan d'un dessin formé sur une couche magnétique lamellaire utile pour la description du fonctionnement d'une mémoire à domaines magnétiques cylindriques par mise en oeuvre du dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'invention; la figure 4 est un graphique représentant une courbe d'aimantation de la couche magnétique; la figure 5 A représente une réplique d'une photo- graphie de l'effet Faraday de la couche magnétique; la figure 5 B est une coupe de la figure 5 A la figure 6 est une vue analogue à la figure 5 A; et la figure 7 est un graphique représentant la relation entre le champ de contraction des domaines magné- tiques et la largeur des régions allongées de l'élément à domaines magnétiques. Comme l'indiquent les dessins et plus précisément les figures 2 à 7, le dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'invention est représenté dans un mode de réalisation avantageux. Les figures 2 A et 2 B représentent le dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'in- vention, ayant une couche double de grenat comprenant une couche 11 de faible champ coercitif, inférieure à environ A tr/m et une couche 12 de champ coercitif élevé, dépas- sant 6,4 103 A tr/m environ, la première couche étant formée près d'un substrat 10 par exemple de grenat de gallium et de gadolinium, par le procédé d'épitaxie en phase li quide Dans une variante, la couche 12 de champ coercitif élevé peut être formée sur le substrat 10 et la couche 11 de faible champ coercitif sur la couche 12 En outre, on peut aussi réaliser la couche magnétique avec une struc- ture à plusieurs couches comprenant plusieurs couches de faible champ coercitif et de champ coercitif élevé et/ou plusieurs couches de champ coercitif faible, ou sous forme d'une structure ayant plusieurs structures de couches com- prenant chacune la couche de faible champ coercitif et la couche de champ coercitif élevé, ou ayant plusieurs structures à plusieurs couches La couche 12 de champ coer- citif élevé est formée par exemple avec des régions 13 qui sont aimantées vers le haut et des régions 14 aimantées vers le bas, des deux côtés des régions 13 On suppose qu'un domaine magnétique cylindrique 16 aimanté vers le haut est formé dans une partie de la couche 11 de faible champ coercitif qui est tournée maine magnétique 16 n'étant pas de la région 13 car il est sou E tiques intenses exercés par les Les figures 3 A et 3 B dans lequel un dessin est formé coercitif élevé des figures 2 A cité on n'a représenté, sui ches de champs coercitif élevé que, sur la figure 3 B, on n'a vers la région 13, le do- alors transféré en dehors l'action des champs magné- régions 13 et 14. représentent un exemple sur la couche de champ et 2 B Par raison de simpli- r la figure 3 A, que les cou- et faible en coupe, alors l représenté, en plan, qu'une partie du dessin de disques de transfert formés sur la couche magnétique Cependant, en réalité, le dispo- sitif est réalisé de façon générale de manière qu'une en- tretoise, des conducteurs de commande et un dessin d'al- liage "Permalloy" de transfert par exemple soient disposés dans cet ordre sur la couche magnétique, comme dans le cas d'une mémoire classique à domaines magnétiques cylin- driques Comme l'indique la figure 3 B, chaque disque 15 du dessin formé par des disques contigus est divisé en trois parties 15 na, 15 na' et 15 nb par des champs magné- tiques de deux régions 13 N et 13 n' dirigées vers le haut et d'une région 14 N dirigée vers le bas, formées dans la couche 12 de force coercitive élevée de manière que la région 14 N se trouve entre les régions 13 N et 13 n'. Ainsi, les régions 13 N et 13 n' sont séparées l'une de l'au- tre par la région 14 N dirigée vers le bas d'une part et aussi par les régions dirigées vers le bas 14 n-1 et 14 n+ 1 respectivement par rapport aux régions dirigées vers le haut formées sur les disques 15 n-1 et 15 n+ 1 placés près du disque 15 N d'autre part. Dans le cas o le domaine magnétique 16 est formé en un point de la couche 11 de faible champ coercitif comme indiqué sur la figure 2 B et est déplacé sur le disque 15 na', il faut noter que le saut du domaine magnétique au disque adjacent 15 n+ 1 peut être empêché par le champ magnétique descendant de la région 14 n+ 1 et sa propagation vers les autres parties 15 nb et 15 na est aussi empêchée par la pré- sence de la région 14 n. Dans les arrangements représentés sur les fi- gures 2 A, 2 B, 3 A et 3 B, on suppose que le domaine magné- tique peut être établi dans la couche de faible champ coer- citif qui est placée sous l'influence d'un champ magnéti- que créé par plusieurs régions formées dans la couche de champ coercitif élevé, mais cette hypothèse a été confirmée par les inventeurs, comme indiqué dans l'exemple Comme il est bien connu que, par rapport aux mémoires classiques à domaines magnétiques, le domaine magnétique peut se propa- ger dans le dessin sous l'action de la polarisation d'un champ magnétique constant, on note facilement qu'une mé- moire à domaines matnétiques telle que représentée sur les figures 3 A et 3 B peut fonctionner convenablement. Dans l'arrangement représenté, la formation de plusieurs régions dans la couche de champ coercitif élevé peut être réalisée par utilisation d'une direction uniforme d'aimantation, dans une première étape, puis par irradia- tion avec un faisceau laser On conséquence, l'aimantation ne change de sens que dans les parties irradiées et permet la formation de plusieurs régions Comme la couche peut aussi être-divisée en domaines allongés extrêmement minces, la densité de la mémoire à domaines magnétiques peut être très élevée Les largeurs des régions peuvent différer d'une région à une autre. Il faut noter que l'élément lamellaire à domaines magnétiques cylindriques selon l'invention n'est pas limité à une couche magnétique de structure lamellaire telle que représentée sur les figures 3 A et 3 B, utilisée en combinaison avec un dessin formé d'alliage "Permalloy", car les hommes du métier connaissent de nombreuses variantes Par exemple, le circuit formé par le dessin de transfert peut être fermé par réalisation initiale sur un substrat, d'une couche lamellaire comprenant une couche de champ coercitif élevé et une couche de champ coercitif faible, ayant une direction d'aimantation uniforme, puis par formation au-dessus d'un dessin dont la constitution peut varier, par exemple sous forme d'une couche ayant subi une implantation d'ions, puis par aimantation de la partie de la couche de champ coercitif élevé qui correspond à une partie du dessin de transfert à inverser L'élément lamellaire ayant un tel dessin, modifié comme indiqué, peut être utilisé comme mémoire à domaines magnétiques ou comme circuit pour un appareillage d'automatisation Comme l'indique l'exemple qui suit, un photocontact peut être réalisé par utilisa- tion d'une partie dont le coefficient de transmission de la lumière polarisée a été partiellement modifié par l'in- tensité du champ magnétique. EXEMPLE On prépare sur un substrat de grenat de gallium et de gadolinium de 400 microns d'épaisseur, par un procédé d'épitaxie en phase liquide, deux couches, l'une qui est une couche de (Y Bi)3 (Fe Ga)5012 de 10 microns d'épaisseur et de faible champ coercitif et l'autre qui est une couche de (Bi Gd Sm Lu)3 (Fe Al)5012 de 7 microns d'épaisseur et de champ coercitif élevé, de manière que cette dernière couche se trouve à l'extérieur Dans ce cas, il apparaît que l'ai- mantation à saturation 4 Ms de la couche de faible champ coercitif est égale à 0,023 T, son champ coercitif étant inférieur à 80 A tr/m et sa longueur caractéristique étant de 0,41 microns, alors que l'aimantation à saturation 4 Ms de la couche de champ coercitif élevé est de 0,021 T et son champ coercitif de 11 200 A tr/m Les courbes d'ai- mantation de cette couche lamellaire sont représentées sur la figure 4, les valeurs étant mesurées à l)aide d'un magnétomètre à vibration d'échantillon. La couche de champ coercitif élevé de la couche lamellaire est d'abord aimantée vers le haut puis sa pola- *rité est partiellement inversée par irradiation à l'aide d'un faisceau laser de manière qu'il se forme une région d'inversion ayant une largeur de 50 microns et, simultané- ment, une région d'inversion est aussi formée dans la cou- che de faible champ coercitif, placée dans la région d'in- version du film de champ coercitif élevé La figure 5 A représente une photographie au microscope polarisant de cette couche lamellaire par utilisation de l'effet Faraday magnétique, et on détermine qu'elle a la direction d'ai- mantation indiquée sur la figure 5 B Sur les figures 5 A et 5 B, les parties hachurées représentent des régions al- longées d'aimantation de forme sinueuse. Ensuite, on applique le champ magnétique H à la couche lamellaire L'observation au microscope pola- risant, avec une augmentation progressive du champ magné- tique, montre que la région centrale allongée représentée sur la figure 5 A se rompt lorsque l'intensité du champ magnétique dépasse 5 600 A tr/m environ et se transforme en domaines magnétiques cylindriques comme représenté sur la figure 6 lorsque le champ magnétique augmente encore. Le champ magnétique pour lequel le domaine ma- gnétique peut exister sous forme stable dépend de la cons- truction de la couche de champ coercitif élevé et de la largeur de la région formée selon l'invention, ainsi que d'autes facteurs Par exemple, la figure 7 représente-le résultat de mesures du champ de contraction des domaines magnétiques dans le cas o la largeur W des régions al- longées d'inversion est modifiée dans la couche lamellaire comprenant les couches de champs coercitifs élevé et faible du mode de réalisation précédent. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif lamellaire à domaines magnétiques cylindriques ayant une couche de création de domaines ma- gnétiques cylindriques formée sur un substrat, caractérisé -en ce que cette couche comporte au moins une mince couche magnétique ( 11) ayant une anisotropie d'orientation ver- ticale et un faible champ coercitif et au moins une mince couche magnétique ( 12) ayant une anisotropie d'orientation verticale et de champ coercitif élevé, ces deux couches étant associées l'une à l'autre sur le substrat ( 10), la couche mince de champ coercitif élevé étant aimantée afin qu'elle forme plusieurs régions magnétiques stables ( 13, 14) ayant des aimantations ayant un sens différent de celui des régions adjacentes. 2 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé a un champ coercitif supérieur à un champ de polarisation destiné à être appliqué. 3 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ coercitif de la mince couche ( 11) de faible champ coercitif est inférieur à 800 A tr/m et le champ coercitif de la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé est supérieur à 6 400 A tr/m. 4 Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la mince couche de faible champ coercitif ( 111 est placée près du substrat ( 10). Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé est placée près du substrat ( 10). 6 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'une au moins des deux minces couches ( 11, 12) de champs coercitifs faible et élevé respectivement est formée d'une structure à plusieurs couches. 7 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le champ coercitif de la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé est compris entre 8 000 et 240 000 A tr/m. 8 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mince couche ( 11) de faible champ coercitif est formée de (Y Bi)3 (Fe Ga)5012. 9 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé est formée de (Bi Gd Sm Lu)3 Fe Al)5012. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'épaisseur de chaque mince couche ( 11, 12) de champ coercitif faible ou élevé est inférieur à 100 microns environ et est de préférence comprise entre environ 0,01 et 10 microns. 11 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les régions magnétiques ( 13, 14) formées dans la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé sont dis- posées sous forme allongée, chaque région allongée étant disposée le long d'un dessin ( 2) de circuits de transfert de domaines magnétiques destinés à délimiter une région de déplacement des déplacements magnétiques et à empêcher que le domaine magnétique saute d'un dessin à un autre. 12 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'un dessin comprenant plusieurs disques contigus ( 15 n-1, 15 n, 15 n+ 1 l est formé dans la couche lamel- laire sous forme d'un circuit formant une boucle secon- daire d'un dispositif de transfert de domaines magnétiques du type principal-secondaire, et chaque dessin à disques contigus est séparé magnétiquement des autres par les champs magnétiques des régions magnétiques ( 14 n-1, 14 n+ 1) formées dans la mince couche ( 12) de champ coercitif élevé et dis- posées dans la direction du dessin de disques. 13 Dispositif selon la revendication 12, caractérisé en ce que les régions allongées comprennent un premier type de région ( 13) et un second type de région ( 14) aiman- tées verticalement avec des sens opposés et disposées en alternance, et chacun des dessins de disques contigus ( 15 n-1, 15 n, 15 n+ 1) est tourné vers le premier type de région ( 13) et est séparé des autres dessins par le second type de région ( 14), si bien que le domaine magnétique cylindrique ne peut pas sauter d'un dessin de disques con- tigus à un autre dessin adjacent. 14 Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que chaque dessin de disques contigus ( 15 n-1, 15 n, 15 n+ 1) est divisé en trois régions comprenant une ré- gion centrale et deux régions placées de part et d'autre de la région centrale, la région centrale étant tournée vers une région du second type ( 14 n) et les deux régions latérales étant tournées vers des régions du premier type ( 13 n, 13 n') si bien que le domaine magnétique cylindrique nepeut pas sauter de l'une des deux régions aux autres.