Brevet FR2582436A1 — publié le 19861128

Générateur de bulles magnétiques pour mémoire à bulles en technoLogie hybride La présente invention a pour objet un généra- teur de bulles magnétiques pour une mémoire à bulles en technologie hybride, c'est-à-dire comportant des motifs déposés, en permaLloy ou en FeNi par exemple, et des motifs non implantés. Dans une mémoire à bulles magnétiques, les bulles magnétiques sont contenues dans une couche magné- tique monocristalline, telle qu'un film de grenat magné- tique, supportée par un grenat monocristallin amagnéti- que. Ces bulles se présentent sous la forme de domaines magnétiques isolés, généralement cylindriques, présen- tant une aimantation inverse de celle du reste de la couche magnétique monocristalline. Ces bulles magnéti- ques sont stables par application d'un champ magnétique continu H perpendiculaire au plan de la couche magnéti- que. Dans la pratique, ce champ magnétique est créé par un aimant permanent assurant ainsi la non volatilité des informations contenues dans la mémoire à bulles. Dans une mémoire à bulles magnétiques, le dé- placement des bulles est réalisé en appliquant un champ continu tournant HT suivant une direction parallèle à la surface de la couche magnétique. Le déplacement des bul- les se fait autour de motifs dits de propagation. Ces motifs présentant la forme de disques, de losanges, de triangles, de T etc... peuvent être réali- sés en un matériau à base de fer et de nickel, déposé sur une couche isolante recouvrant la couche magnétique, ou bien obtenus en implantant des ions dans la partie supé- rieure de la couche magnétique, à travers un masque per- mettant de définir la forme de ces motifs. Dans ce der- nier cas, étant donné que l'implantation ionique n'est effectuée qu'autour des motifs, ces motifs sont appelés des motifs non implantés. Les motifs de propagation sont 82436 généralement contigus; du fait de Leur forme, deux mo- tifs adjacents délimitent entre eux deux cavités ou creux. -- Le déplacement des bulles le long de ces mo- tifs se fait généralement pendant une durée égale au tiers de la période de rotation du champ magnétique HT plan, Les bulles restant immobiles dans Les cavités dé- finies entre deux motifs adjacents, pendant Le reste du cycle. Ces cavités constituent des positions dites sta- bles. On réalise ainsi des registres à décalage dans lesquels l'information binaire "1" est représentée par La présence d'une bulle et l'information binaire "0" par L'absence d'une bulle. En plus de ces motifs de propagation, il est nécessaire d'utiliser des conducteurs électriques pour réaliser dans la mémoire à bulles, des fonctions d'écri- ture, d'enregistrement de l'information, de lecture non destructive, de transfert de registre à registre et d'effacement. Un des principaux types de mémoire à bulles magnétiques connus comprend un ensemble de boucles, ou registres, dites mineures servant au stockage des infor- mations, associé à une ou deux boucles, ou registres, dites majeures, constituant les stations d'accès à la mémoire. Les boucles mineures sont disposées longitudi- nalement, les unes à côté des autres et les boucles ma- jeures sont orientées perpendiculairement aux boucles mineures. Les bulles magnétiques se trouvant dans les boucles mineures peuvent être transférées dans les bou- cles majeures et réciproquement, par l'intermédiaire de portes de transfert unidirectionnelles ou bidirection- nelles. Lorsque l'on utilise une seule boucle majeure, la lecture et l'écriture des informations se font au moyen de cette unique boucle. Dans ce premier cas, on 82436 parle d'une mémoire présentant une organisation majeure- mineure. En revanche, lorsque l'on utilise deux boucles majeures, l'écriture des informations se fait par l'in- termédiaire de l'une de ces deux boucles et la lecture des informations par l'intermédiaire de l'autre boucle. Ces boucles majeures sont généralement situées de part et d'autre des boucles mineures. Dans ce dernier cas (deux boucles), on parle généralement d'une mémoire pré- sentant une organisation série-parallèle. Une mémoire à bulles se compose de trois modu- les: un module d'écriture, un module de stockage et un module de lecture. Le module d'écriture comporte un générateur de bulles, une boucle majeure d'écriture et des portes d'échange pour transférer des bulles magnétiques de la boucle majeure d'écriture vers les boucles mineures. Le module de stockage comporte un ensemble de boucles mi- neures sur lesquelles sont mémorisées les bulles. Le mo- dule de lecture comporte une boucle majeure de lecture, un ensemble de portes de duplication pour recopier des bulles magnétiques des boucles mineures sur la boucle majeure de lecture, et un moyen de détection. Dans une mémoire à bulles magnétiques en tech- nologie hybride, les modules d'écriture et de lecture sont réalisés en motifs déposés, et le module de stocka- ge est réalisé en motif non implanté, ceci pour permet- tre une densité de stockage d'information maximale. Selon l'art connu, les seuls motifs utilisés dans un générateur de bulles magnétiques dans une mémoi- re à bulles en technologie hybride sont des motifs dépo- sés. On a représenté sur la figure 1 un mode de réalisa- -tion d'un tel générateur de bulles connu. Ce générateur de bulleS2 comprend un conduc- teur électrique 4 et un motif déposé 6. Le conducteur électrique 4, ayant la forme générale d'un U, est déposé 82436 sur une couche électriquement isolante recouvrant la couche magnétique dans laquelle se déplacent les bulles. Le motif déposé 6 est réalisé sur une couche électrique- ment isolante recouvrant le conducteur électrique 4. La position de nucléation, ou position de gé- nération d'une bulle, est définie par La partie de l'espace intérieur du conducteur électrique 4 se trou- vant au voisinage d'un bord du motif déposé 6. Ce der- nier a une forme conçue pour créer un fort pôle magnéti- que sur ce bord. Lorsque le conducteur électrique 4 est parcou- ru par un courant, il se crée dans son espace intérieur un champ magnétique, ce qui engendre localement, dans la couche magnétique, un domaine magnétique. Pour un sens donné du courant électrique parcourant le conducteur électrique 4, le domaine magnétique créé a une aimanta- tion opposée à l'aimantation de la couche magnétique; ce domaine d'aimantation constitue ainsi une bulle ma- gnétique. - L'impulsion de courant émise dans le conduc- teur électrique 4 doit être synchronisée avec le champ tournant HT. Sur la figure 1, l'impulsion de courant doit être émise à l'instant de la phase 1 du champ tour- nant HT. La bulle est alors créée dans la position a1. Elle se déplace ensuite avec le champ tournant H dans les positions a2, a3. A l'instant suivant, elle franchit l'intervalle entre le motif déposé 6 et un motif déposé 8 de la boucle majeure d'écriture. La couche d'isolant électrique séparant le conducteur électrique 4 de la couche magnétique conte- nant les bulles doit avoir une épaisseur suffisante pour ne pas induire des contraintes mécaniques du conducteur 4 sur la couche magnétique. Or, plus l'épaisseur de cet- te couche est importante, et plus le courant de nucléa- tion doit être intense. 82436 Le choix de l'épaisseur de cette couche d'iso- lant électrique résulte donc d'un compromis entre deux paramètres antagonistes. On choisit en généraL une épaisseur de l'ordre de 100 nm, ce qui fixe l'intensité du courant de nucléation à environ 200 mA. Cette épais- seur est faible et peut poser des problèmes de contrain- tes mécaniques. Cependant, L'intensité du courant de nucléa- tion nécessaire est importante pour nucléer les bulles à faible température. Or, on sait que le courant de nu- cléation nécessaire est d'autant plus faible que la tem- pérature de la mémoire est éLevée. Le courant de nucLéa- tion n'étant pas ajusté en fonction de la température, mais étant maintenu constant, ce courant de nucléation est en général trop élevé lorsque la température de la mémoire dépasse 80 C environ. Il est alors courant que la bulle magnétique en cours de nucléation s'étende dans l'espace intérieur selon l'axe du conducteur électrique et se scinde en deux bulles magnétiques, lorsque le champ tournant HT passe de la phase 1 à la phase 2, ce qui crée des erreurs aléatoires dans la mémoire. Le générateur de bulles magnétiques représen- té sur la figure 1 illustre la structure classique d'un générateur de bulles magnétiques dans une mémoire à mo- tifs déposés ou dans une mémoire en technologie hybride. Dans une mémoire à motifs non implantés, la structure du générateur de bulles est semblable à celle du générateur de bulles de la figure 1, la seule différence résidant dans le remplacement des motifs déposés par des motifs non implantés. La figure 2 illustre un mode de réalisa- tion d'un générateur de bulles magnétiques dans une mé- moire à motifs non implantés. La boucle majeure de lecture est composée d'une suite de motifs non implantés 10 contigus, la jonction entre deux motifs non implantés successifs dé- 82436 finissant une position stable pour les bulles magnéti- ques. Un conducteur électrique 4 en forme de U est dis- posé perpendiculairement à l'axe de la boucLe majeure d'écriture. L'axe de ce conducteur électrique est con- fondu avec l'axe de jonction entre deux motifs non im- plantés consécutifs. La position de nucléation est défi- nie par la base de l'espace intérieur du conducteur électrique 4; cette position de nucLéation est une po- sition stable du chemin de propagation sur la boucle majeure. Le générateur de bulles magnétiques de la fi- gure 2 fonctionne de la même manière que le générateur de la figure 1. Le courant de nucléation est émis dans le conducteur électrique 4 en relation avec la phase du champ tournant HT. Dans Le mode de réalisation de la figure, ce courant de nucléation est émis pendant la phase 3 du champ tournant. L'intensité du courant de nucléation est de l'ordre de 150 mA lorsque la couche électriquement iso- lante disposée entre la couche magnétique et le conduc- teur électrique a une épaisseur de l'ordre de 100 nm. L'invention a pour but de remédier aux incon- vénients des générateurs de bulle magnétique connus pour les mémoires à bulles en technologie hybride. L'inven- tion consiste à ajouter au générateur une zone implantée disposée au moins au droit de la position de nucléation. Ceci permet de créer au-dessous de cette zone implantée une diminution des forces qui s'opposent au renversement de l'aimantation. L'expérience montre qu'ainsi on peut réduire l'amplitude du courant de nucléation dans une proportion importante. De manière précise, l'invention a pour objet un générateur de bulles magnétiques pour mémoire à bul- les en technologie hybride comprenant une couche magné- tique dans laquelle une bulle magnétique peut se dépla- 82436 cer sous l'action d'un champ tournant, un motif déposé composé d'un matériau magnétique à forte perméabilité et séparé de la couche magnétique par une couche d'isolant électrique, un conducteur électrique en forme de U dis- posé entre ladite couche magnétique et ledit motif dépo- sé et isolé électriquement de ceux-ci, le motif déposé recouvrant la base de l'espace intérieur défini par le conducteur électrique, la partie recouverte simultané- ment par ledit motif déposé et l'espace intérieur dudit conducteur électrique constituant une position de nu- cléation, ledit générateur étant caractérisé en ce qu'il comprend un motif implanté, réalisé dans une fraction de l'épaisseur de la couche magnétique, ledit motif implan- té recouvrant au moins la position de nucléation. De préférence, les frontières du motif implan- té sont, dans l'espace intérieur du conducteur électri- que, au voisinage de la position de nucleation. Cette forme particulière permet de limiter l'extension, suivant l'axe du conducteur électrique, de la bulle engendrée. On évite ainsi la nucléation simul- tanée de plusieurs bulles. De manière préférée, l'axe du conducteur élec- trique est parallèle à un axe de facile aimantation de la couche magnétique. Une telle structure présente l'avantage de rendre plus stable la position de nucléa- tion. La zone implantée peut s'étendre plus ou moins loin dans le sens de propagation de la bulle engendrée. Selon un premier mode de réalisation préféré, la fron- tière du motif implanté, franchie par la bulle engendrée dans sa progression le long du bord du motif déposé, se trouve au voisinage de la position de nucleation. La nucléation de la bulle et le franchissement de la fron- tière zone implantée-zone non implantée sont alors réa- lisés simultanément. 82436 SeLon une caractéristique secondaire, le mo- tif implanté a sensiblement la forme d'un trapèze dont Les bases ont une direction sensiblement perpendiculaire à L'axe du conducteur électrique, la petite base étant La plus proche de La position de nucléation. SeLon un second mode de réalisation préféré, le motif implanté et le motif déposé se recouvrent par- tieLLement, dans la direction de propagation de la bulle engendrée, jusqu'à une position stable de la bulle sur le motif déposé. Dans un tel générateur, les étapes de généra- tion de la bulle et de franchissement de la frontière zone implantée-zone non implantée sont séparées dans le temps. Les caractéristiques et avantages de l'inven- tion ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en réfé- rence aux dessins annexés, sur lesquels: - La figure 1, déjà décrite, représente un gé- nérateur de bulles magnétiques connu pour une mémoire à bulles magnétiques à motifs déposés ou en technologie hybride, - La figure 2, déjà décrite, représente un gé- nérateur de bulles magnétiques connu pour une mémoire à bulles magnétiques à motifs non implantés, - la figure 3 représente un premier mode de réalisation d'un générateur de bulles magnétiques selon l'invention pour une mémoire en technologie hybride, - la figure 4 est une vue en coupe selon l'axe AA du générateur de la figure 3, - la figure 5 représente un second mode de réalisation d'un générateur de bulles magnétiques selon l'invention pour une mémoire en technologie hybride. On a représenté sur la figure 3 un premier mode de réalisation d'un générateur de bulles magnéti- 82436 ques conforme à l'invention. Ce générateur 12 comprend, de manière connue, un conducteur électrique 14 en forme de U et un motif déposé 16. Ces deux éléments définis- sent de manière connue une position de nucléation P si- tuée sur le bord du motif déposé 16 dans l'espace inté- rieur du conducteur électrique 14. Le générateur de bulles magnétiques 12 com- a prend en outre, selon L'invention, une zone implantée 18. Celle-ci recouvre au moins la position de nucleation p. La vue en coupe suivant AA représentée sur la figure 4 illustre les différentes couches technologiques constituant le générateur de bulles magnétiques de l'in- vention. Ce générateur comprend, sur un substrat amagné- tique 24, une couche magnétique 26 obtenue par épitaxie. Cette couche constitue le domaine des bulles magnétiques tel que 28. Dans la partie supérieure de cette couche magnétique 26, par exemple dans le tiers supérieur, sont réalisés des motifs implantés tels que le motif implanté 18 par implantation ionique. Cette couche magnétique est recouverte d'une couche électriquement isolante 30 par exemple en SiO2. Sur cette couche est déposée une couche électriquement conductrice, par exemple en Au, dans la- quelle est gravé le conducteur électrique 14. Une couche isolante électriquement 32, par exemple en SiO2, est en- suite déposée. Sur celle-ci, on réalise le motif déposé 16 composé par exemple de permalloy ou de FeNi. Une der- nière couche de passivation 34, par exemple en SiO2, termine la réalisation du générateur. IL faut noter que, dans cette coupe schémati- que, les épaisseurs relatives des couches n'ont pas été respectées. La couche amagnétique 24 a une épaisseur de l'ordre de 500 pm, la couche magnétique 26 une épaisseur de l'ordre de 1 pm et la couche électriquement isolante 30 une épaisseur de l'ordre de 100 nm. 82436 Revenons maintenant à la figure 3. La zone im- plantée 18 du générateur 12 crée dans la zone de la position de nucléation P, une diminution des forces ma- gnétiques qui s'opposent au renversement de l'aimanta- tion dans la couche magnétique 26, c'est-à-dire à la création d'une bulle magnétique. L'expérience montre que l'on peut ainsi réduire l'amplitude du courant de nu- cleation d'un facteur de l'ordre de 2 à 3 par rapport au courant de nucléation utilisé dans L'art antérieur. Ceci permet, par rapport à l'art antérieur, d'augmenter l'épaisseur de la couche d'isolant électrique 30. La nucLéation d'une bulle magnétique dans la position de nucléation P est d'autant plus facile que le motif déposé 16 crée un pôle magnétique intense au voi- sinage de la position de nucléation. Ceci est réalisé, de manière classique, en utilisant un motif déposé 16 ayant une longueur importante suivant l'axe du conduc- teur électrique 14. La nucLéation peut aussi être faci- litée, de manière connue, en disposant le conducteur électrique tel que son axe soit paraLLèLe à un axe de facile aimantation de la couche magnétique 26. Enfin, la zone implantée 18 favorise également La nucléation d'une bulle magnétique. A titre d'exemple, on a représenté sur la fi- gure 3 une zone implantée 18 de forme trapézoldale. Bien entendu, cette forme n'est pas la seule possible. Toute- fois, de manière préférée, la zone implantée 18 a une forme telle que son extension x dans l'espace intérieur défini par le conducteur électrique 14, et selon l'axe de ce conducteur, reste limitée à une longueur de quel- ques diamètres de bulle magnétique. En effet, une bulle magnétique restant, au moment de sa nucléation, dans * l'espace défini par l'intersection entre la zone implan- tée 18 et l'espace intérieur du conducteur électrique - 14, cette forme particulière de la zone implantée 18 82436 1 1 permet de limiter l'extension de la buLLe nucLéée dans L'espace intérieur du conducteur 14 et supprime ainsi La possibilité de double nucléation. La frontière 20 de la zone implantée 18, qui se trouve avant La position de nucléation P par rapport au sens de propagation des bulles magnétiques sur le bord du motif déposé 16 se trouve également de préféren- ce au voisinage de l'espace intérieur du conducteur 14. On a indiqué par des références a1, a2, a3, a4, b,... Les positions successives d'une bulle magné- tique se déplaçant sous l'action du champ tournant HT. Dans ces références, l'indice numérique note la phase du champ tournant HT. Une bulle magnétique est créée dans la position de nucléation P par application d'un courant de nucléation dans le conducteur électrique 14 pendant la phase 1 du champ tournant HT. Ce courant de nucléa- tion a une intensité de l'ordre de 50 mA. Dans le générateur de La figure 3, la bulle engendrée franchit immédiatement la frontière zone im- plantée-zone non implantée. Elle se déplace sur le bord du motif déposé 16 et franchit, entre les phases 3 et 4 du champ tournant HT, l'espace entre le motif déposé 16 et le premier motif déposé 22 de la boucle majeure d'écriture. On a représenté sur la figure 5 un second mode de réalisation du générateur de bulles magnétiques selon l'invention. Dans ce générateur, les étapes de création de la bulle magnétique et de transfert de cette bulle hors de la zone implantée sont dissociées. La fiabilité du générateur s'en trouve améliorée. Le générateur représenté sur la figure 5 com- porte un conducteur électrique 36 en forme de U, un mo- tif déposé 38 et une zone implantée 40. Une extrémité du motif déposé 38 est disposée, de manière classique, -au voisinage de la base de l'espace intérieur du conducteur 82436 électrique 36, définissant ainsi la position de nucléa- tion P. La zone implantée 40 est disposée, conformément à L'invention, de manière à recouvrir au moins la posi- tion de nucLéation P. Pour dissocier les étapes de création et de transfert de La buttlle engendrée hors de la zone implan- tée, cette zone impLantée est prolongée sur une distance importante sur Le chemin de propagation de La bulle à partir de la position de nucléation P. Cette zone im- plantée 40 se proLonge, par exempLe, au moins jusqu'à La première position stable du chemin de propagation sur Le motif déposé 38. Comme dans le mode de réalisation du généra- teur représenté sur La figure 3, La nucléation d'une butte magnétique est favorisée par La forme du motif déposé 38 et par la forme de La zone impLantée 40. En particulier, L'intensité du pôLe magnétique créé par le motif déposé 38 est augmentée par La forme aLLongée de La branche 42 de ce motif déposé dont L'extrémité coin- cide avec La position de nuctéation P. De même, L'axe du conducteur électrique est de préférence parallèle à un axe de facile aimantation de La couche magnétique. L'extension de La zone implantée dans l'espace intérieur défini par Le conducteur électrique 36 est Li- mitée; La frontière 44 de la zone impLantée dans cet espace intérieur reste au voisinage de la position de nucléation P, par exemple à une distance de l'ordre de queLques diamètres de butte magnétique. Ceci permet d'éviter des doubles nucLéations. Enfin, La frontière 46 de La zone impLantée qui se trouve avant La position de nucleation P, par rapport au sens de propagation d'une buLtte magnétique le long du motif déposé 38, est égale- ment de préférence à proximité de la position de nucLéa- tion P. Les références a4, b1, b2, b3, b4, cl,... in- diquent Les positions successives d'une bulle magnétique 82436 en fonction de la phase du champ tournant H; L'indice numérique note La phase de ce champ. Dans le générateur de la figure 5, une bulle magnétique est créée Lorsque le champ tournant HT se trouve en phase 4, par applica- tion d'un courant de nucLéation dans le conducteur élec- trique 36. L'intensité du courant de nucLéation est de l'ordre de 50 mA. Entre les phases 4 et 1 du champ tour- nant HT, la bulle magnétique créée se déplace en suivant le bord du motif déposé 38 jusqu'à la position stable b1 o elle franchit la frontière de la zone implantée.La bulle magnétique continue ensuite à se déplacer en sui- vant le bord du motif déposé 38 et est transférée, entre les phases 3 et 4 du champ tournant HT, du motif déposé 38 au premier motif déposé 22 de la boucle majeure d'écriture. 82436 REVENDICATIONS 1. Générateur de bulles magnétiques pour mé- moire à buLLes en technologie hybride comprenant une couche magnétique (26) dans laquelle une bulle magnéti- que (28) peut se déplacer sous L'action d'un champ tour- nant, un motif déposé (16, 38) composé d'un matériau magnétique à forte perméabilité et séparé de la couche magnétique par une couche d'isolant électrique, un con- ducteur électrique (14, 36) en forme de U disposé entre ladite couche magnétique et Ledit motif déposé et isolé électriquement de ceux-ci, le motif déposé recouvrant la base de l'espace intérieur défini par le conducteur électrique, la partie recouverte simultanément par ledit motif déposé et l'espace intérieur dudit conducteur électrique constituant une position de nucléation (P), ledit générateur étant caractérisé en ce qu'il comprend un motif implanté (18, 40) réalisé dans une fraction de l'épaisseur de la couche magnétique (26), ledit -motif implanté recouvrant au moins la position de nucléation. 2. Générateur de bulles magnétiques selon la revendication 1, caractérisé en ce que les frontières (44) du motif implanté, dans l'espace intérieur du con- ducteur électrique sont au voisinage de la position de nucléation. 3. Générateur de bulles magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que l'axe du conducteur électrique est parallèle à un axe de facile aimantation de la couche magnétique. 4. Générateur de bulles magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la frontière du motif implanté, franchie par la bulle engendrée dans sa progression le long du bord du motif déposé, se trouve au voisinage de la position de nucléation. 5. Générateur de bulles magnétiques selon la revendication 4, caractérisé en ce que le motif implanté 82436 a sensiblement la forme d'un trapèze dont les bases ont une direction sensiblement perpendiculaire à l'axe du conducteur électrique, la petite base étant la pLus pro- che de La position de nucléation. 6. Générateur de bulles magnétiques selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le motif implanté et le motif déposé se recou- vrent partiellement, dans la direction de progression de la bulle engendrée, jusqu'à une position stable de la bulle sur le motif déposé.