Brevet FR2558298A1 — publié le 19850719

La présente invention concerne une pellicule magnétique possédant une anisotropie magnétique et en par- ticulier un procédé de commande permettant de commander l'anisotropie magnétique ainsi qu'un dispositif utilisant l'anisotropie magnétique induite moyennant l'utilisation du procédé de commande. Parmi les procédés servant à commander l'ani- sotropie magnétique dans une pellicule magnétique grâce à l'utilisation d'un champ magnétique qui lui est appli- qué depuis l'extérieur, on a utilisé une évaporation dans un champ, un effet de recuit magnétique et un effet de trempe magnétique, et un recuit ou traitement thermique magnétique (Neel et Taniguchi; J. Phys. Radium 15 (1954), 225). Dans ces procédés, on soumet une pellicule magnétique à l'effet d'évaporation ou à l'effet de recuit magnétique afin de commander, suivant la direction d'un champ magnétique appliqué (alimentation spontanée), c'est- à-dire suivant une direction spécifique, des propriétés telles que l'ordonnancement des atomes présentant une âi- mantation dans le champ magnétique, la croissance sélecti- ve d'atomes déposés par précipitation, et la croissance sélective lors de la transformation d'un cristal, et ce en induisant ou en provoquant l'anisotropie magnétique. Mais ces procédés bien connus induisent l'ani- sotropie magnétique grâce à l'application, faite depuis l'extérieur, d'un champ magnétique à une pellicule magné- tique dans une gamme qui permet la diffusion d'atomes dans la pellicule, sous l'effet de l'énergie thermique. Par conséquent il est impossible de commander par exemple l'a- nisotropie magnétique uniquement dans une partie limitée souhaitée de la pellicule suivant une direction quelconque. C'est-à-dire que les procédés mentionnés plus haut pré- sentent comme inconvénient le fait que l'anisotropie ma- gnétique de l'ensemble de la pellicule magnétique est in- 2558t98 duite uniquement suivant une direction spécifique du champ magnétique appliqué. En outre, comme on peut le voir dans le cas du recuit ou du traitement thermique magnétique, par exemple un intervalle de temps considérable et une grande quantité d'énergie thermique sont nécessaires pour la réalisation d'une anisotropie magnétique désirée grâce à l'utilisation de la diffusion thermique d'atomes. C'est pourquoi un but de la présente invention est de fournir un procédé permettant de commander instan- tanément l'anisotropie magnétique d'une partie désirée d'une pellicule magnétique suivant une direction désirée, et permettant de ce fait d'éliminer les inconvénients de l'art antérieur décrits plus haut. Un autre but de la présente invention consiste à fournir un dispositif utilisant le procédé de commande permettant de commander instantanément l'anisotropie ma- gnétique d'une partie désirée d'une pellicule magnétique suivant une direction désirée. Contrairement à un procédé permettant d'obte- nir l'anisotropie magnétique grâce à l'utilisation des techniques connues telles que l'évaporation magnétique ou l'effet de recuit magnétique, une caractéristique de la présente invention réside dans le procédé de commande permettant de commander instantanément l'anisotropie magné- tique d'une partie désirée d'une pellicule magnétique sui- vant une direction désirée, grâce à la mise en oeuvre d'une implantation d'ions dans la pellicule magnétique placée dans un champ magnétique. Une autre caractéristique de la présente in- vention concerne un dispositif agencé de telle manière qu'il est prévu un capteur magnétique ou un capteur op- tique servant à lire l'information d'un circuit magnétique situé dans le dispositif, grâce à l'utilisation de l'ani- sotropie magnétique formée en utilisant l'implantation d'ions, à l'intérieur d'un champ magnétique. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description donnée ci-après prise en référence aux dessins annexés, sur les- quels: - la figure la est un schéma illustrant dans ses grandes lignes un appareil usuel d'implantation d'ions; - la figure lb est une vue en plan d'un porte- pastilles; - les figures 2a et 3a ainsi que les figures 2b et 3b sont respectivement des vues en plan et des vues en élévation latérale de formes de réalisation de la pré- sente invention permettant d'expliquer le cas o un champ magnétique extérieur est appliqué à une pellicule magnéti- que suivant une direction située dans le plan de la pel- licule; - la figure 4 est un schéma d'une autre forme de réalisation de la présente invention, dans lequel il est prévu spécialement une bobine disposée de manière à produire un champ magnétique; - les figures 5a et 5b sont respectivement une vue en plan et une vue en élévation latérale d'une autre forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un champ magnétique est appliqué en particulier à une pellicule magnétique suivant une direction perpendi- culaire a la surface de sa pellicule; - la figure 6 représente une autre forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle un champ magnétique est appliqué à une pellicule magnétique le long d'un axe d'aimantation facile ou d'un axe d'aiman- tation difficile; - la figure 7 est un graphique illustrant la relation entre la température de recuit et le champ magné- tique anisotrope (Hk) dans le cas o l'implantation d'ions est effectuée dans une pellicule d'un alliage de Ni-Fe, alors qu'un champ magnétique est appliqué a cette pellicule, le long de l'axe d'aimantation difficile, alors qu'ensuite la direction de l'axe d'aimantation facile est commuté et que l'anisotropie magnétique est accrue; - les figures 8a, 8b et 11 représentent d'au- tres formes de réalisation de dispositifs de mémoire fa- briqués en mettant en oeuvre le principe de la présente invention; - les figures 9 et 10 sont des schémas repré- sentant la constitution fondamentale d'une tête magnétique possédant une perméabilité magnétique élevée produite grâ- ce à la mise en oeuvre du principe; et - la figure 12 représente un exemple d'une pellicule magnétique fabriquée en utilisant le procédé de commande conforme à la présente invention, servant à commander l'anisotropie magnétique. On va donner ci-après la description des for- mes de réalisation préférées de l'invention. La figure la représente le schéma d'un appa- reil typique d'implantation d'ions. Un faisceau d'ions 2, qui est produit par une source d'ions 7 et qui est sé- lectionné par un analyseur de masses 6, est déplacé selon un mouvement de balayage suivant la direction x et y dans des dispositifs de balayage respectifs 4 et 5 de manière à irradier une pastille 1 tenue par un porte-substrat. La figure lb est une vue en plan du porte-substrat 10 sur lequel la pastille 1 est installée. Les figures 2a et 2b, 3a et 3b sont des sché- mas illustrant des configurations de formes de réalisation de la présente invention, dans lesquelles il est prévu un circuit magnétique constitué par un aimant permanent 11 et par une culasse en ferrite 12 disposéessuivant une direction dans le plan de la pastille 1, sur laquelle des ions sont envoyés. Comme cela est représenté sur ces figu- res, un circuit magnétique formé autour de la pastille 1 permet de sélectionner le champ magnétique appliqué (ai- mantation spontanée) le long d'une direction désirée dans le temps de la pastille 1 installée perpendiculairement au faisceau d'ions, qui tombe sur elle, ce qui provoque ou induit l'anisotropie magnétique. La figure 4 montre une forme de réalisation de la présente invention illustrant une configuration se- lon laquelle des bobines 14a et 14b servant a produire un champ magnétique sont disposées autour de la pastille 1 qui doit être exposée à un faisceau d'ions. Comme cela est représenté sur ce schéma, un circuit magnétique équi- valent à ceux des figures 2a et 2b et des figures 3a et 3b peut être formé avec les bobines 14a et 14b disposées perpendiculairement l'une à l'autre autour de la pastille 1, le champ magnétique appliqué pouvant être par consé- quent réglé de façon sélective le long d'une direction s'étendant dans le plan de la pastille 1 de manière à in- duire l'anisotropie magnétique. Lorsque les bobines perpen- diculaires l'une à l'autre sont excitées par un courant formé par une onde sinusoidale possédant une différence de phase de 90 degrés, un champ magnétique tournant est induit dans le plan de la pastille 1. Il en résulte que l'on peut réaliser une pellicule magnétique possédant une anisotropie magnétique extrêmement faible. Les figures 5a et 5b décrivent des configura- tions d'une autre forme de réalisation de la présente in- vention, dans laquelle un circuit magnétique est formé par une bobine 15 de telle sorte que le champ magnétique appliqué est dirigé suivant la direction de l'épaisseur de la pastille 1, à savoir perpendiculairement à la surfa- ce de cette pastille. Comme cela est représenté sur ces figures, l'anisotropie magnétique peut être induite le long de la direction perpendiculaire à la surface de la pellicule magnétique, grâce au réglage de la direction du champ magnétique appliqué, perpendiculairement à la surface de la pellicule magnétique, tandis qu'une implan- tation d'ions est effectuée dans la pellicule magnétique. La figure 6 illustre une configuration d'une forme de réalisation de la présente invention, dans la- quelle l'implantation d'ions est effectuée tout en appli- quant un champ magnétique situé dans le plan de la pelli- cule, suivant un axe d'aimantation facile 16 ou suivant un axe d'aimantation difficile 17 de ladite pellicule ma- gnétique possédant l'anisotropie magnétique. Le tableau 1 indiqué ci-après recense les ré- sultats du traitement effectué comme indiqué plus haut sur une pellicule d'un alliage de Ni-Fe. L'anisotropie magnétique de la pellicule métallique ne varie pas sous l'effet des types d'ions utilisés pour l'implantation d'ions et augmente pour tout type d'ions tel qu'indiqué dans le tableau 1. En se référant au tableau 1, on voit que même lorsque l'amplitude du champ magnétique appliqué est nulle, l'anisotropie magnétique est accrue par l'im- plantation ionique en raison de l'aimantation spontanée de la pellicule magnétique. En outre une anisotropie magné- tique plus élevée peut être induite par alignement de la direction du champ magnétique appliqué sur celui de l'axe d'aimantation aisé lors de l'implantation d'ions. En outre lorsque la direction du champ magné- tique appliqué lors de l'implantation d'ions est choisie parallèle à celui de l'axe d'aimantation difficile, l'ani- sotropie magnétique peut être accrue par l'implantation d'ions dans le champ magnétique, avec la direction de l'axe d'aimantation facile commuté de 90 degrés. La commutation de la direction de l'axe d'aimantation aisée peut être obtenue vers une direction arbitraire grâce à un choix correspondant du champ magnétique appliqué. Tableau 1 Tableau 1 Ni-Fe Types Champ magnétique Champ magnétique anisotrope (variation de %I eno*s d'ions anpligu_ l'anisotrope e + 0 5,5 e H2 Axe d'aimantation facile 3,8 e 6,5 e Axe d'aimantation 6,7 e Axe d'aimantation difficile difficile axe d' aimantation facile 0 7,3 81-19 He+ Axe d'aimantation facile 3 5 Axe d'aimantation difficile 6,3 Axe d'aimantation difficile axe d'aimantation facile 0 5,7 Ne+ Axe d'aimantation facile 3,9 5,2 Axe d'aimantation difficile 5,8 Axe d'aimantation difficile axe d'aimantation facile 0 15,5 + 0-30 H Axe d'aimantation 2 facile 10,5 22,5 14,4 Axe d'aimantation difficile axe d'aimantation facile 0 12 -15 He+ Axe d'aimantation facile 3,4 5,1 Axe d'aimantation 7,1 Axe d'aimantation difficle difficile axe d'aimantation facile Si l'on compare l'induction de l'anisotropie magnétique produite par l'implantation d'ions dans un champ magnétique selon la présente invention à celle obte- nue sous l'effet du recuit dans un champ magnétique, il s'avère que l'induction indiquée en dernier nécessite un intervalle de temps très considérable et une quantité im- portante d'énergie thermique, tandis que la première solu- tion permet d'accroître instantanément l'anisotropie (en quelques secondes), par exemple au moyen d'une implanta- tion d'ions Ne. La figure 7 est un graphique illustrant l'ef- fet du traitement thermique sur le champ magnétique ani- sotrope Hk, dans lequel une implantation d'ions est effec- tuée moyennant l'application d'un champ magnétique suivant la direction de l'axe d'aimantation difficile d'une pelli- cule d'alliage de Ni-Fe, et par conséquent la direction de l'axe d'aimantation facile est commutée et l'anisotropie magnétique est accrue. En se référant a la figure 7, on voit qu'un champ anisotrope induit par implantation d'ions dans un champ magnétique conserve une stabilité élevée en rapport avec le traitement thermique et prend une va- leur élevée, jusqu'à environ 350 C, valeur pour laquelle il se produit la croissance d'un cristal à gros grains. C'est-a-dire que le champ magnétique anisotrope induit par l'implantation d'ions varie à peine a une température ne dépassant pas la température d'évaporation (environ 320 C dans ce cas), pour laquelle la pellicule magnétique fait l'objet d'une évaporation. Lors du traitement thermi- que effectué à une température non inférieure à la tempé- rature pour laquelle il se produit la-croissance d'un cris- tal à gros grains, le champ magnétique anisotrope possé- dant une valeur élevée est abaissé à la valeur obtenue avant l'implantation d'ions mais dans ce cas la direction de l'axe d'aimantationfacile, qui a fait l'objet d'une commutation sous l'effet de l'implantation d'ions dans un champ magnétique, n'est pas modifiée. Comme cela a été décrit ci-dessus, l'anisotropie magnétique induite par implantation d'ions dans un champ magnétique est très sta- ble par rapport à la chaleur et est par conséquent extrê- mement avantageuse dans des utilisations pratiques. Les figures 8a et 8b sont des vues en plan schématiques illustrant une forme de réalisation de la pré- sente invention dans laquelle un masque 19 servant à blo- quer l'envoi d'ions est formé sur la surface d'une pelli- cule magnétique grâce à l'utilisation d'une pellicule for- mant résine photosensible, et une pellicule métallique ou analogue. Sur la figure 8a les repères fléchés 16 et 17 indiquent les directions de l'axe d'aimantationfacile et de l'axe d'aimantation difficile dans le champ magnéti- que, tandis que le repère fléché 13 représente la direc- tion du champ magnétique appliqué lors d'implantations d'ions. En se référant à la figure 8a, on voit que l'axe d'aimantation difficile du champ magnétique devient l'axe d'aimantation facile dans les parties pour lesquelles la couche du masque n'est pas prévue, en raison de l'opéra- tion de commutation mentionnée plus haut, lorsque l'implan- tation d'ions est effectuée dans la pellicule magnétique. C'est-à-dire qu'il peut se former un réseau mosaïque, dans lequel l'anisotropie magnétique de la partie masquée et celle de la partie non masquée sont perpendiculaires l'une à l'autre dans le plan de la pellicule magnétique. Contrai- rement à l'anisotropie magnétique induite au moyen de l'é- vaporation magnétique connue du traitement thermique connu dans un champ magnétique, l'anisotropie magnétique induite par l'implantation d'ions est caractérisée par le fait qu'elle peut être développée au choix uniquement dans une partie désirée limitée d'une pellicule magnétique, sui- vant une direction arbitraire. En supposant que les surfaces comportant les réseaux orthogonaux d'anisotropie magnétique dans la pel- licule magnétique des figures 8a et 8b sont définies grâce à un repérage "1" et "2", la pellicule magnétique fabri- quée à l'aide de l'implantation d'ions conforme à la pré- sente invention peut être adaptée en tant que dispositif de mémoire, moyennant l'utilisation d'un capteur magnéti- que ou d'un capteur optique pour lire l'information dans ce dispositif de mémoire. La figure 9 représente une configuration fon- damentale d'une tête magnétique illustrée à titre de forme de réalisation de la présente invention et dans laquelle une perméabilité magnétique élevée est obtenue grâce à la commande de l'anisotropie magnétique moyennant l'utili- sation de l'implantation d'ions dans un champ magnétique, et d'une couche formant masque réalisée sur la pellicule magnétique. La perméabilité magnétique élevée requise pour un circuit magnétique 20 de la tête magnétique est utili- sée pour accoupler de façon effective le flux magnétique existant entre une bobine 21 et un support d'enregistre- ment magnétique. Le rendement d'enregistrement/de lecture peut être amélioré au moyen d'un accroissement de sensibilité pour les opérations d'enregistrement et de lecture, avec un trajet magnétique possédant une perméabilité élevée et réalisé sous la forme d'une boucle ou d'un cercle comme cela est représenté par des repères fléchés sur la figure 9. Le trajet magnétique, qui possède une perméabilité éle- vée et qui est représenté sur ce diagramme, peut être pro- duit au moyen de la commande de l'anisotropie magnétique (la direction de l'axe d'aimantation facile) de manière qu'elle soit radiale dans le circuit magnétique 20, au moyen d'opérations répétées du processus de formation de la couche en forme de masque et de l'implantation d'ions, en présence d'un champ magnétique. Il en résulte que l'im- plantation d'ions conforme à la présente invention faci- lite la fabrication d'un circuit magnétique possédant une il perméabilité élevée, et que l'on peut obtenir ainsi une tête magnétique possédant une réponse en fréquence élevée et un rendement satisfaisant. La figure 10 représente une configuration fon- damentale d'une tête magnétique formée par induction et comportant une pellicule mince, contrairement & une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle on a réalisé une perméabilité magnétique élevée en utili- sant l'implantation d'ions dans un champ magnétique. Les processus de commutation de l'axe d'aimantationfacile et de l'axe d'aimantation difficile sont mises en oeuvre avan- tageusement moyennant l'utilisation de la rotation de la tête magnétique induite comportant des pellicules minces, étant donné que l'on obtient une caractéristique à haute fréquence et un rendement satisfaisant grâce à la perméa- bilité magnétique élevée. On obtient cette perméabilité élevée en réglant l'axe d'aimantation difficile de manière qu'il soit aligné avec celui indiqué par les repères flé- chés sur cette figure, en rapport avec l'anisotropie magné- tique au niveau de la pointe d'une pièce polaire ici repré- sentée, grâce à l'utilisation de l'implantation d'ions conformément à la présente invention. Il en résulte que l'on peut réaliser une tête magnétique à haute performance utilisant des pellicules minces et qui améliore la carac- téristique de commutation de la tête magnétique induite à pellicule mince et résoud les problèmes tels que l'ins- tabilité de fonctionnement, un décalage important de bits en piste et un mauvais rendement hors piste. La figure 11 est un schéma d'un dispositif de mémoire représentant une forme de réalisation de la présente invention, dans laquelle ledit dispositif de mé- moire est fabriqué en répétant, à la surface d'une pelli- cule magnétique, le processus de formation d'une couche en forme de masque et l'implantation ionique dans un champ magnétique, de même un dispositif de mémoire ainsi fabri- qué dans une pellicule magnétique peut être réalisé mo- yennant l'utilisation d'un capteur magnétique ou d'un cap- teur optique, dans lequel chacune des surfaces en forme de réseaux formée moyennant l'utilisation de l'implanta- tion d'ions conforme a la présente invention et qui four- nit des réseaux magnétiques perpendiculaires entre eux, est utilisée en tant qu'unité (bit) d'information de mé- moire. La figure 12 est un schéma d'une pellicule magnétique possédant une très faible anisotropie magné- tique et qui est fabriquée selon une forme de réalisation de la présente invention moyennant l'utilisation de l'im- plantation d'ions dans un champ magnétique tournant dans l'agencement du circuit magnétique de la figure 4. Comme cela est représenté sur la figure 12, le champ magnétique est entraîné en rotation dans le plan de la pellicule magnétique, alors que l'implantation d'ions est mise en oeuvre, ce qui permet de fabriquer une pellicule magnéti- que qui est isotrope du point de vue magnétique dans toute la mesure possible (anisotropie magnétique ^0). En outre, lorsque l'on associe la technique de la forme de réalisa- tion décrite en liaison avec la figure 8 à celle de l'im- plantation d'ions dans un champ magnétique tournant comme cela a été expliqué précédemment, il est possible de for- mer de façon sélective une zone anisotrope du point de vue magnétique et une zone isotrope du point de vue magné- tique dans des parties désirées d'une pellicule magnétique. Contrairement à une pellicule magnétique fa- briquée en utilisant la technique de l'art antérieur, la pellicule magnétique obtenue grâce à l'utilisation de l'im- plantation d'ions en présence d'un champ magnétique, con- formément à la présente invention, est caractérisé en ce que l'anisotropie magnétique de cette pellicule peut être commandée de façon sélective suivant une direction arbi- traire uniquement dans une partie désirée, et par consé- quent une telle pellicule magnétique peut être appliquée dans des utilisations pratiques pour la fabrication de nouveaux dispositifs. Bien que la présente invention ait été décrite en référence à des formes de réalisation particulière don- nées à titre d'illustration, elle n'est en aucune manière limitée à ces formes de réalisation, et l'on notera que les spécialistes de la technique sont aptes à changer ou modifier les formes de réalisation indiquées sans pour autant sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de commande de l'anisotropie magné- tique d'une pellicule magnétique (1), caractérisé en ce qu'il inclut les phases opératoires consistant à appli- quer un champ magnétique & la pellicule (1) possédant une anisotropie magnétique, et à implanter des ions (2) dans ladite pellicule magnétique (1) alors que ledit champ ma- gnétique est appliqué & cette dernière, ce qui a pour ef - fet que l'anisotropie magnétique est induite suivant une direction désirée dans une partie désirée de ladite pelli- cule magnétique (1). 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ magnétique est appli- qué suivant une direction (13) dans le plan de ladite pel- licule magnétique (1). 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit champ magnétique est appli- qué suivant la direction d'un axe d'aimantation facile (16) suivant la direction d'un axe d'aimantation difficile (17) suivant la direction située dans le plan de la pel- licule. 4. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit champ magnétique est ap- pliqué suivant des directions réciproquement perpendicu- laires dans le plan de la pellicule. 5. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit champ magnétique est pro- duit au moyen de l'utilisation de bobines (14a, 14b) dis- posées autour de ladite pellicule magnétique (1). 6. Procédé de commande selon la revendication , caractérisé en ce que lesdites bobines (14a, 14b) sont disposées de manière & être réciproquement perpendiculai- res et sont excitées par un courant sinusoïdal possédant une différence de phase de 90 degrés. 7. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit champ magnétique est appli- qué suivant une direction perpendiculaire à ladite pelli- cule magnétique (1). 8. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le champ magnétique est appliqué suivant la direction de l'axe d'aimantation difficile de ladite pellicule magnétique (1). 9. Dispositif magnétique utilisant une pel- licule magnétique (1), caractérisé en ce que l'anisotro- pie magnétique de la pellicule magnétique est commandée par l'implantation d'ions (2) dans ladite pellicule magné- tique (1) au moyen d'un champ magnétique qui lui est ap- pliqué. 10. Dispositif magnétique selon la revendica- tion 9, caractérisé en ce qu'il s'agit d'une tête magnéti- que (22) utilisant lesdites pellicules magnétiques (1) en tant qu'organe magnétique (20).