Brevet FR2604283A1 — publié le 19880325

Mémoire a polymère ferroélectrique La présente invention concerne une mémoire à polymère ferroélectrique. Elle s'applique notamment à la réalisation de mémoires tampons pouvant être éventuellement couplées à des disques optiques numériques dans des systèmes de traitement de l'information à haut débit, ou encore à des mémoires d'images en imagerie médicale. A la différence des matériaux ferromagnétiques, l'effet mémoire des matériaux ferroélectriques qui est lié à l'existence d'un cycle dthysté- risis, n'a jamais pu être exploité industriellement et tous les essais qui ont visé à transférer au domaine d'exploitation des matériaux ferroélectriques, l'arrangement matriciel des mémoires à tores magnétiques ont été jusqu'à présent voués à Péchec. Il est connu en effet, comme en témoigne un article de Monsieur François MICHERON publié en 1985 dans les "Techniques de l'Ingénieur" sous la référence E 1870, que le champ électrique coercitif des matériaux ferroélectriques est généralement voisin de leur champ électrique de claquage et que, même si le champ électrique appliqué est inférieur au champ coercitif, comme cela est pratiqué en magnétisme, ltapplication répétée de demi sollicitations entraine graduellement le renversement de la polarisation et la perte de l'information. C'est pourquoi, pour pallier ces inconvénients, il a été proposé de réaliser des mémoires ferroélectriques à adressage optique où l'enregistrement est effectué simultanément sur l'ensemble des cellules de la mémoire. Outre le fait, qu'avec ce type de réalisation les cellules ne peuvent plus être sélectionnées séparément les unes des autres au moment de l'enregistrement, la structure optique des moyens mis en oeuvre nécessite une adaptation particulière des équipements fonctionnant avec ce type de mémoire, ce qui complique quelque peu leur réalisation. Le but de l'invention est de pallier les inconvénients précités. A cet effet, l'invention a pour objet, une mémoire à polymère ferroélectrique caractérisée en ce qu'elle comprend, un support d'enregistrement constitué par un polymère ferroélectrique possèdant une pre mière et une deuxième face parallèles entre elles, des moyens pour appliquer au moins un champ électrique de polarisation dans l'épaisseur du support entre la première et la deuxième face, constitués par des électrodes de ligne et de colonne disposées suivant une organisation matricielle respectivement sur la première et la deuxième face du support et des moyens pour chauffer sélectivement le support d'enregistrement aux endroits recouverts sur une face par les électrodes de ligne ou par les électrodes de colonne et des moyens pour recueillir sur l'autre face le courant électrique dû à l'effet pyroélectrique ainsi engendré sur chacune des électrodes de l'autre face. L'invention a principalement pour avantage qu'elle conduit à des réalisations de mémoires très compactes et de faible consommation. Comme d'autre part, le caractère rérnanant de ces mémoires est nullement affecté par des lectures répétées, celles-ci apparaissent parfaitement bien adaptées pour former des mémoires tampons dans les systèmes de traitement de l'information à haut débit, pour travailler en relation par exemple, avec des disques optiques numériques ou encore avec des mémoires d'images en imagerie médicale. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront ci-après à l'aide de la description faite en regard des dessins annexés qui représentent - la figure 1 un exemple de réalisation d'un élément de mémoire selon l'invention; - la figure 2 un mode d'assemblage de plusieurs éléments de mémoire selon la figure I pour former un plan de mémoires à adressage matriciel. L'élément de mémoire qui est représenté à la figure l et qui sert de base à la réalisation matricielle du plan mémoire de la figure 2, comprend un support d'enregistrement I formé par une couche mince d'un polymère ferroélectrique de type P(VF2/TrFE) recouvrant une surface 2 d'une galette de silicium 3 préalablement oxydée. PVFZ est l'abréviation connue du polyfluore de vinylidène et PTrFE est celle du polytrifluoroéthylène. Comme dans ces matériaux les valeurs des champs coercitifs sont très inférieures aux valeurs des champs électriques de claquage, les inhomogénéltés du champ interne qui sont les précurseurs du claquage dans les ferroélectriques inorganiques ne peuvent plus écranter le champ coercitif.La couche mince 1 de polymère est déposée par une méthode connue sous le nom de "spin coating" dans le langage anglo-saxon ou encore sous la désignation française de dépôt à la tournette. Cette méthode permet d'obtenir des épaisseurs de polymère inférieures à 10 6 mètre et des temps de commutation du matériau sur son cycle d'hystérésis voisins d'une centaine de nanosecondes. Un autre avantage est que la couche mince qui est ainsi obtenue peut être chauffée très rapidement par un apport thermique appliqué sur leurs surfaces. En effet, comme la diffusibilité thermique est pour ces polymères de 5i.10-8m2s-1 on obtient pour une épaisseur de couche 10 6m un temps de propagation de l'onde thermique dans l'épais- seur du matériau d'environ Sus. Ces résultats sont obtenus en alimentant le support d'enregistrement 1 au moyen de deux électrodes 4 et 5 perpendiculaires l'une à l'autre. L'électrode 4 est déposée par métallisation ou tout procédé équivalent sur la surface d'oxyde de silicium 2 de manière à être en contact avec une face la du support d'enregistrement 1. L'électrode 5 est déposée sur l'autre face lb parallèle à la face la du support 1. a L'électrode 4 est couplée à un générateur d'effacement 6, à un générateur d'enregistrement 7 et à un amplificateur de lecture 8 au travers d'un commutateur 9. L'électrode 5 est couplée par une extrémité au circuit de masse M, à un générateur d'enregistrement 10 et à un générateur de lecture 11 au travers d'un commutateur 12 et par son autre extrémité au circuit de masse M de référence des potentiels de l'élément mémoire au travers d'un commutateur 13. L'effacement de l'élément de mémoire est réalisé en plaçant les commutateurs 9, 12 et 13 dans la position P1. Dans cette position le générateur 6 applique une impulsion d'amplitude d'environ 10 volts pendant quelques microsecondes sur l'électrode 4 et une tension nulle, correspondant à celle du circuit de masse M, est appliquée sur l'électrode 5. L'enregistrement d'une information dans l'élément mémoire est obtenu en plaçant les commutateurs 9, 12 et 13 dans la position P2. Dans cette position les électrodes 4 et 5 sont excitées simultanément par des tensions continues fournies par les générateurs 7 et 10, les électrodes 4 et 5 étant respectivement aux potentiels zéro et +V ss 0. Enfin, la lecture est effectuée en plaçant les commutateurs 9, 12 et 13 sur la position P3 ce qui a pour effet de faire passer un courant au travers de l'électrode 5. L'élévation de température à la surface lb de la couche ferroélectrique du support 1 engendrée par effet Joule dans l'électrode 5 produit à la sortie de l'amplificateur de lecture 8 un signal positif ou négatif suivant l'état 1 ou zéro du signal mémorisé dans l'élément de mémoire. A titre d'exemple, une puissance d'environ 24.10 3 watt appliquée pendant environ Sus sera généralement suffisante pour permettre l'obtention d'un signal/bruit satisfaisant. La structure qui vient d'être décrite d'un élément de mémoire selon l'invention présente l'avantage qu'elle peut s'intégrer très facilement dans des ensembles plus vastes pour former par exemple, des plans matriciels de mémoire du type de celui qui est représenté à la figure 2. Dans cet exemple, un plan matriciel de mémoire est réalisé sur une mince galette de silicium par un assemblage de n x m éléments de mémoires M.. du type décrit précédemment. Chaque élément Mij occupe iJ Il une position de la matrice au croisement d'une électrode de colonne 4. et de ligne 4. avec 1 J J i éléments de mémorisation au travers d'un seul commutateur 9..On note sur la figure 2 que pour une meilleure intégration de l'ensemble des éléments composant le plan de mémoire, les commutateurs 9i S 12. , 13j peuvent être avantageusement remplacés par des circuits logiques de commutation qui peuvent être directement intégrés à la galette de silicium. L'effacement du plan de mémoire est obtenu dans ces conditions en plaçant toutes les lignes 51 à 5n au potentiel zéro, et toutes les colonnes 41 à 4n à un potentiel V supérieur à un potentiel Vc . V sera de c c l'ordre de quelques dizaines de volts pour une épaisseur de PVF2 de l0-6 m, et devra être appliqué pendant quelques us. L'état uniforme ainsi obtenu correspond alors à une polarisation uniforme -Pr donnant un signal pyroélectrique positif à l'élévation de température, à laquelle peut être assignée une valeur de digit "0". L'enregistrement est effectué par excitations simultanées des lignes 51 à 5m et des colonnes 41 à 4n s de sorte que chaque élément de mémoire i,j adressé voit sa colonne correspondante 4i au potentiel zéro, et sa ligne correspondante 5. au potentiel +V: la première colonne 41 est portée au potentiel zéro, toutes les autres colonnes 42 à 4 restantes sont n portées au potentiel V. Les lignes 51 à 5n reçoivent en parallèle les potentiels 0 ou V, selon que l'on veut inscrire des "0" ou des "1" dans les m premiers éléments.La deuxième colonne 42 est- ensuite portée au potentiel zéro et toutes les autres au potentiel V et les m lignes sont portées aux potentiels 0 ou V correspondants aux m éléments correspondants et ainsi de suite. Pour un temps t, par exemple de Sus, d'inscription par ligne, les m lignes sont inscrites en Smus, ce qui correspond, par exemple, pour m = 1000 à un débit 200 Mbits/s. La lecture est effectuée en commutant les colonnes 41 à 4n à leurs amplificateurs de charge respectifs 81 à 8 et en faisant circuler n successivement dans chaque électrode ligne le courant issu du générateur 11. L'élévation de température à la surface du ferroélectrique, engendrée par effet Joule dans chaque électrode de ligne produit un signal positif pour un digit "0" et un signal négatif pour un digit "1". Les circuits de lecture peuvent être conçus pour traiter l'un de ces deux signaux comme s'il était nul et ron revient alors aux signaux digitaux usuels. REVENDICAnONS 1. Mémoire à polymère ferroélectrique caractérisée en ce qu'elle comprend, un support d'enregistrement (1) constitué par un polymère ferroélectrique possèdant une première (1 ) et une deuxième (lb) faces a parallèles entre elles, des moyens pour appliquer au moins un champ électrique de polarisation (6, 7, 10, 9, 13, 14) dans l'épaisseur du support entre la première et la deuxième face constitués par des électrodes de ligne (5) et de colonne (4) disposées suivant une organisation matricielle respectivement sur la première et la deuxième face du support et des moyens (11, 12, 13) pour chauffer sélectivement le support d'enregistrement aux endroits recouverts sur une face par les électrodes (5) de ligne ou par les électrodes de colonne (4) et des moyens (8) pour recueillir sur l'autre face le courant électrique dû à l'effet pyroélectrique ainsi engendré sur chacune des électrodes de l'autre face. 2. Mémoire ferroélectrique selon la revendication 1 caractérisée en ce que le polymère ferroélectrique est un copolymère P(VF2,TrFE). 3. Mémoire ferroélectrique selon les revendications 1 et 2 caractérisée en ce que le support a une épaisseur d'environ 10 6 m. 4. Mémoire ferroélectrique selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3 caractérisée en ce que les électrodes de lignes (51 5m) sont couplées à des circuits d'effacement (12), d'enregistrement (10), et de lecture (11) de chacune des cellules mémoires situées au croisement des électrodes lignes et colonnes de la matrice. 5. Mémoire selon la revendication -4, caractérisée en ce que l'effacement de l'ensemble des cellules de la mémoire est obtenu en plaçant toutes les électrodes de lignes (51 t ... ' 5mu au potentiel 0 volt et toutes les électrodes de colonne (41 #,..., 4 à un potentiel V supérieur à un potentiel V Vc) 0 déterminé. 6. Mémoire selon les revendications 4 et 5, caractérisée en ce que l'enregistrement au croisement d'une ligne (5i) et d'une colonne (4.) est effectué en plaçant l'électrode de colonne correspondante au potentiel zéro et l'électrode de ligne correspondante à un potentiel V > 0, pendant un intervalle de temps déterminé. 7. Mémoire selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, caractérisée en ce que la lecture est effectuée par effet Joule par circulation d'un courant sur chacune des lignes (51 5m) sélectionnée et en commutant un amplificateur de lecture (8 ) l,n sur chacune des colonnes (4, .... 4n) sélectionnée.