Brevet FR2593957A1 — publié le 19870807

MEMOIRE A BULLES MAGNETIQUES EN TECHNOLOGIE HYBRIDE La présente invention a pour objet une mémoi- re à bulles magnétiques en technologie hybride, et con- cerne plus particulièrement la jonction permettant à une bulle magnétique de se propager d'une zone à motifs déposés vers une zone implantée. Dans la suite du texte, une teLLe jonction sera notée en abrégé jonction PI ou JPI, pour jonction permalloy-impLantée. Dans une mémoire à bulles magnétiques, les bulles magnétiques sont contenues dans une couche ma- gnétique monocristaLline, telle qu'un film de grenat magnétique, supportée par un grenat monocristaLLin ama- gnétique. Ces bulles se présentent sous la forme de domaines magnétiques isolés, généralement cylindri- ques, présentant une aimantation inverse de celle du reste de la couche magnétique monocristalline. Ces bul- les magnétiques sont stables par application d'un champ magnétique continu Hpo perpendiculaire au plan de la pol couche magnétique. Dans la pratique, ce champ magnéti- que est créé par un aimant permanent assurant ainsi la non volatilité des informations contenues dans la mé- moire à bulles. Le déplacement des bulles est réalisé en ap- pliquant un champ continu tournant HT suivant une di- rection parallèle à la surface de la couche magnétique. Le déplacement des bulles 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 magnéti- que, ou bien obtenus en implantant des ions dans la partie supérieure de la couche magnétique, à travers un masque permettant de définir la forme de ces motifs. Dans ce dernier cas, étant donné que l'implantation ionique n'est effectuée qu'autour des motifs, ces mo- tifs sont appelés des motifs non implantés. Les motifs de propagation sont généralement contigus; du fait de leur forme, deux motifs 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 "O" 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'écriture, d'enregistrement de l'information, de lec- ture non destructive, de transfert de registre à regis- tre et d'effacement. On a représenté schématiquement sur la figure 1 la structure connue d'une mémoire à bulles magnéti- ques. Elle comprend un ensemble de boucles, dites bou- cles mineures, servant au stockage des informations, parallèLes entre elles et disposées suivant un axe de facile aimantation 112 du matériau magnétique. Chaque boucle mineure est reliée par une porte d'échange 41, 30..., 4 à une boucle majeure d'écriture 6 comportant à n une extrémité un générateur de bulle magnétique 8. La boucle majeure d'écriture 6 est alignée suivant un axe perpendiculaire à l'axe des boucles mineures; chaque porte d'échange permet l'inscription d'informations dans une boucle mineure. Chaque boucle mineure est également reliée par une porte de duplication 101,..., 10n à une boucle majeure de Lecture 12, paraLLèLe à la boucle majeure d'écriture 6. La boucLe majeure de Lecture 12 se termi- ne par un détecteur 14 constituant un moyen de Lecture. Une mémoire à buLtles magnétiques en technolo- gie hybride comporte deux régions 16, 18 comprenant des motifs déposés, et une région 20 comprenant des motifs non impLantés. Tous Les éLéments de La mémoire à bulles sont contenus uniquement dans Les régions 16 et 18, à L'exception des boucLes mineures qui s'étendent chacune sur Les trois régions. Chaque boucLe mineure comporte donc quatre jonctions, JPI-E, JIPE, JIP-D et JPI-D, qui constituent des jonctions entre des chemins de pro- pagation situés dans des régions différentes. L'invention concerne les jonctions permet- tant à une bulle magnétique de passer d'un chemin de propagation défini par des motifs déposés vers un che- min de propagation défini par des motifs non implantés, c'est-à-dire Les jonctions notées JPI-E et JPI-D sur la figure 1. De telles jonctions sont décrites notamment dans la demande de brevet EPA2-0 081 215 déposée le 3 décembre 1982 au nom de HITACHI. On a représenté res- pectivement sur les figures 2 et 3 des jonctions PI-E et PI-D suivant l'enseignement de ce document. Sur chaque figure, un premier chemin de pro- pagation est défini par une suite de motifs déposés 22, 24 et 26, et un second chemin de propagation est défini par une frontière 28 entre une zone implantée 30 et une zone non implantée 32. Les deux chemins de propagation ont des directions générales parallèLes et se recou- vrent au niveau du motif déposé 26. La jonction est définie par la zone de recou- vrement 34 entre les deux chemins de propagation. Elle a une Longueur importante devant le diamètre d'une bulle magnétique. Cette longueur est sensiblement égaLe à la Longueur du motif déposé 26. D'autre part, les jonctions représentées sur les figures 2 et 3 sont également caractérisées par une forme particulière du motif déposé 26, qui est courbé de manière à suivre la frontière entre la zone implan- tée et la zone non implantée, et par une direction par- ticulière de la partie 36 de la frontière 28, qui se trouve juste avant le début du second chemin de propa- gation. Cette partie 36 a une direction perpendiculaire à l'axe des premier et second chemins de propagation. Une première variante à la jonction représen- tée sur les figures 2 et 3 est décrite dans le brevet US-A-4 525 808 délivré le 25 juin 1985 au nom de HITACHI. L'objet de ce brevet est de modifier la direc- tion de la partie 36 de La frontière entre zones im- plantée et non implantée, de manière à obtenir une meilleure marge sur le champ HpoL pour le passage d'une bulle magnétique du premier chemin de propagation vers le second chemin de propagation. Une autre variante est également décrite dans L'articLe "Characteristics of junctions between ion- implanted and permaLloy tracks in hybrid bubble devi- ces" de N. Kodama et al. paru en sept. 84 dans IEEE Transactions on Magnetics Vol.MAG20, n 5, dans lequel il est proposé d'orienter la partie 36 de la frontière suivant un axe de facile aimantation du matériau magné- tique et d'utiliser un motif déposé 26 à volume impor- tant. Une autre amélioration de la jonction PI est décrite dans l'article "Design of 2 pm-period minor loops in hybrid bubble memory devices" de M. Ohashi et aL. paru en sept.84 dans IEEE Transactions on Magnetics Vol. MAG20, n 5, dans lequel on préconise une jonction dont La direction est perpendiculaire à l'axe d'aligne- ment des chemins de propagation. Il apparait donc que, selon l'art connu, une jonction permettant de transférer une bulle magnétique d'un chemin de propagation défini par des motifs dépo- sés vers un chemin de propagation défini par La fron- tière entre une zone implantée et une zone non implan- tée, est réalisée par le recouvrement entre un motif déposé et ladite frontière sur une longueur importante qui est de l'ordre de grandeur d'un motif déposé. On constate de plus que l'orientation de la jonction, par rapport aux axes de facile aimantation du matériau ma- gnétique, est telle que la zone de recouvrement des deux chemins de propagation ne constitue pas une posi- tion stable pour une bulle magnétique. Il faut noter que, d'un point de vue techno- logique, ce recouvrement des chemins de propagation sur une longueur importante pose des problèmes d'alignement entre les niveaux technologiques. En effet, un léger décalage en translation ou en rotation entre les mas- ques utilisés pour l'implantation ionique et pour la gravure des motifs déposés déforme la zone de recouvre- ment (largeur non constante par exemple) ce qui peut être néfaste pour la marge de champ Hpol au moment du passage de la bulle magnétique du premier chemin de propagation vers le second chemin de propagation. L'invention a notamment pour but d'éviter ces problèmes dus à un défaut d'alignement des niveaux technologiques. L'invention a également pour but de procurer une marge de champ Hpol importante pour le franchisse- ment d'une bulle magnétique du premier chemin de propa- gation vers le second chemin de propagation. Ces buts sont atteints par une jonction réa- lisée par un recouvrement entre un motif déposé et la zone implantée dont la surface est de l'ordre de gran- deur de ta surface d'une bulle magnétique. Pour que le transfert de la bulle magnétique se fasse correctement, il est ici nécessaire que la zone de recouvrement cons- titue une position stable pour la bulle magnétique. La structure de la jonction proposée par l'invention est donc totalement différente des structures des jonctions connues. De manière précise, l'invention a pour objet une mémoire à bulles magnétiques en technologie hybride comprenant une suite de motifs déposés, alignés suivant un axe de facile aimantation d'un matériau magnétique de la mémoire et définissant un premier chemin de pro- pagation pour des bulles magnétiques, et une suite de motifs non implantés, alignés suivant le même axe et définissant un second chemin de propagation le long de la frontière entre la zone implantée et la zone non implantée, une jonction étant réalisée entre lesdits chemins de propagation pour permettre le passage d'une bulle magnétique du premier chemin vers le second chemin, ladite jonction étant définie par un recouvre- ment entre lesdits chemins de propagation et étant caractérisée en ce que le recouvrement a une surface de l'ordre de grandeur de la taille d'une bulle magnéti- que, et en ce que la zone de recouvrement constitue, pour chacun des chemins de propagation, une position stable pour une bulle magnétique. De manière préférée, les frontières entre la zone implantée et la zone non implantée de chaque c6té de la zone de recouvrement sont chacune parallèLes à un axe de facile aimantation du matériau magnétique de la mémoire. De manière avantageuse, la distance entre la zone de recouvrement et la première position stable sur le second chemin de propagation est au moins égale à la moitié du pas des motifs non implantés. De manière préférée, Le dernier motif déposé du premier chemin de propagation a un voLume important et se termine en pointe au niveau de la jonction dans la partie descendante du motif. Les caractéristiques et avantages de L'in- vention ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre illustratif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur Lesquels: - la figure 1, déjà décrite, illustre schéma- tiquement la structure classique d'une mémoire à bulles en technologie hybride, - La figure 2, déjà décrite, représente sché- matiquement une jonction PI-E au niveau d'une porte d'échange selon L'art antérieur, - La figure 3, déjà décrite, représente sché- matiquement une jonction PI-D au niveau d'une porte de duplication selon l'art antérieur, - la figure 4 représente schématiquement une jonction PIE selon L'invention, - la figure 5 représente schématiquement une jonction PI-D selon l'invention, et - la figure 6 est un diagramme montrant la marge de phase sur le champ tournant HT pour le trans- fert d'une bulle magnétique du premier chemin de propa- gation vers le second chemin de propagation pour une jonction connue et pour une jonction conforme à l'in- vention. On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 4, une jonction PI-E selon L'invention. Sur la figure 4, on a représenté un motif déposé 36 et un motif déposé 38 constituant L'avant-dernier et Le der- nier éLéments d'une suite de motifs déposés définissant un premier chemin de propagation d'une bulle magnéti- que. On a également représenté une zone implantée 40 dont le pourtour, formant une frontière 46 entre cette zone implantée 40 et une zone non implantée 42, définit un second chemin de propagation pour une bulle magnéti- que. Les deux chemins de propagation ont une direction générale identique, parallèle à un axe de facile aiman- tation 112 du matériau magnétique de la mémoire. La jonction proprement dite est formée par le recouvrement 44 entre une extrémité du dernier motif déposé 38 et la zone implantée 40. Conformément à l'invention, La surface de recouvrement est sensiblement égale à la taille d'une bulle magnétique, et cette position de recouvrement est une position stable pour chacun des deux chemins de propagation. Pour que le transfert d'une bulle magnétique du premier chemin de propagation vers le second chemin de propagation se fasse correctement, il faut d'abord que la bulle franchisse la frontière entre zone non implantée et zone implantée. Ce franchissement est fa- cilité, de manière connue par un motif déposé 38 à volume important. IL faut ensuite que la bulle magnétique soit fortement attirée sur le second chemin de propagation pour s'échapper du motif déposé. Ceci est obtenu selon un mode de réalisation préféré de l'invention en affai- blissant dans sa partie descendante Le motif déposé 38 paruneforme en pointeau niveau deLa zone derecouvrement44. La stabilité de la bulle sur le second chemin de propagation, dans La position de recouvrement, est réalisée de manière très efficace, comme représenté sur la figure 4, par un creux implanté dont les bords 48, 50 sont parallèles à deux axes de facile aimantation 211 et 121 du matériau magnétique de la mémoire. La stabilité du premier creux implanté 52 après la position de recouvrement sur le second chemin de propagation peut être affaiblie par la pointe du motif déposé 38. L'influence de cette pointe peut même conduire, dans certains cas, à La disparition de la bulle magnétique entre la jonction 44 et le creux 52. Pour éviter celà, il convient que la distance d entre l'extrémité de la pointe du motif déposé 38 et la pre- mière position stable sur le second chemin de propaga- tion soit assez importante. Selon l'invention, cette distance est au moins égale à À, o X est le pas des motifs non-implantés définissant le second chemin de propagation. Dans la figure 4, on a représenté une jonc- tion PI-E conforme à l'invention permettant à une bulle magnétique de passer d'un chemin de propagation défini par des motifs déposés à un chemin de propagation défi- ni par la frontière entre une zone implantée et une zone non-implantée. Cette jonction se situe sur une boucle mineure à proximité d'une porte d'échange E de la mémoire à bulles magnétiques (voir figure 1). Une jonction de même nature est réalisée sur la boucle mi- neure à proximité de la porte de duplication. Cette jonction, notée PI-D sur la figure 1, est représentée en détail sur la figure 5. Sur cette figure, les éléments identiques à ceux de la figure 4 portent les mêmes références. Le premier chemin de propagation est défini par des motifs déposés dont l'avant-dernier motif déposé 36 et le der- nier motif déposé 38 sont représentés sur la figure. Le deuxième chemin de propagation est défini par la fron- tière 46 entre une zone implantée 40 et une zone non- implantée 42. Les deux chemins de propagation ont une direction générale identique; celle-ci est parallèle à l'axe de facile aimantation 112 du matérieur magnétique de la mémoire. Conformément à l'invention, le recouvrement entre les deux chemins de propagation se fait sur une surface 44 sensiblement égale à la surface d'une bulle magnétique, et cette position de recouvrement est une position stable sur chacun des deux chemins de propaga- t ion. Comme dans la figure 4, Le dernier motif dé- posé 38 du premier chemin de propagation a un volume important, pour favoriser le franchissement par La bul- le magnétique de la frontière entre la zone non-implan- tée et la zone implantée et ce motif se termine en pointe, surla partiedescendante du motif, pouraffaibli l'iLnfluence du motifdéposé etfaciliterainsi letransfert de la bulle magnétique de la position de recouvrement vers le second chemin de propagation. Comme dans la jonction représentée sur La fi- gure 4, La stabilité du second chemin de propagation au niveau de la zone de recouvrement 44, est obtenue par un creux non implanté dont les bords 48, 50 sont paral- lèles à des axes de facile aimantation 112 et 211 du matériau magnétique de la mémoire. Enfin, la pointe du motif déposé 38 peut, comme dans la jonction représentée sur la figure 4, être susceptible d'affaiblir la stabilité du premier creux implanté 52 sur le second chemin de propagation, après la zone de recouvrement 44. Ce problème peut être évité en fixant une distance d, entre la zone de recou- vrement 44 et le premier creux 52 sur le second chemin de propagation, égale au moins à, o X est le pas des motifs non-implantés définissant le second chemin de propagation. Les jonctions de type PI selon l'invention, et dont des modes particuliers de réalisation ont été donnés en référence aux figures 4 et 5, comportent une surface de recouvrement entre les deux chemins de pro- pagation qui est de l'ordre de grandeur d'une bulle magnétique. Ceci est très intéressant du point de vue technologique car les tolérances d'alignement entre les différents niveaux technotogiques sont plus importan- tes que dans les jonctions seLon L'art antérieur o Le recouvrement est réalisé sur une distance importante. En effet, si avec un aLignement correct La zone de recouvrement a un diamètre de L'ordre de 1 pm (taiLLe d'une buLle magnétique), cette zone de recou- vrement, même en cas de mauvais aLignement entre Les niveaux technoLogiques, reste en généraL comprise-entre 0,5 et 1,5 pm, ce qui reste tolérable et n'affecte pas sensiblement la marge du champ HOol pour le franchis- sement de La buLtLe magnétique. De plus, le fait que la position de recouvre- ment coincide, pour chacun des deux chemins de propaga- tion, avec une position stabLe, confère une marge de champ Hpolimportanteaux jonctions de type PI selon L'in- vention. Le diagramme de la figure 6 illustre cette marge de phase p'ur une jonction conforme à l'invention (trait plein) et pour une jonction classique (trait ti- reté). Il apparait que la margeduchampHpo nexcède pas 3% pour une jonction classique, quelle que soit L'in- tensité du champ tournant HT alors que cette marge de phase est de L'ordre de 5% pour un champ de 50 oersted pour une jonction selon l'invention et atteint environ 10% pour un champ supérieur a 55 oersted. REVENDICATIONS 1. Mémoire à buttlles magnétiques en technolo- gie hybride comprenant une suite de motifs déposés (36, 38), alignés suivant un axe de facile aimantation (112, 112) d'un matériau magnétique de la mémoire et définis- sant un premier chemin de propagation pour des bulles magnétiques, et une suite de motifs non-implantés, ali- gnés suivant le même axe et définissant un second che- min de propagation le long de la frontière (46) entre une zone implantée (40) et une zone non implantée (42), une jonction étant réalisée entre lesdits chemins de propagation pour permettre le passage d'une bulle ma- gnétique du premier chemin vers le second chemin, ladi- te jonction étant définie par un recouvrement entre lesdits chemins de propagation et étant caractérisée en ce que la zone de recouvrement (44) a une surface de l'ordre de grandeur de la taille d'une bulle magnéti- que, et en ce que la zone de recouvrement constitue pour chacun des chemins de propagation, une position stable pour une bulle magnétique. 2. Mémoire selon la revendication 1, caracté- risée en ce que, au niveau de la zone de recouvrement (44), le second chemin de propagation présente un creux implanté dont les bords (48, 50) sont chacun parallèles à un axe de facile aimantation du matériau magnétique de la mémoire. 3. Mémoire selon l'une quelconque des reven- dications 1 et 2, caractérisée en ce que La distance entre la zone de recouvrement (44) et la première posi- tion stable (46) sur le second chemin de propagation, après ladite zone de recouvrement, est au moins égale à la moitié du pas des motifs nonimplantés des motifs définissant ledit second chemin de propagation. 4. Mémoire selon L'une quelconque des reven- dications 1 à 3, caractérisée en ce que le dernier 2593-957 motif déposé (38) du premier chemin de propagation a un volume important et se termine en pointe, au niveau de la zone de recouvrement (44) dans sa partie descendante.