WO2018069255A1 - Procédé de filtrage fréquentiel - Google Patents

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WO2018069255A1
WO2018069255A1 PCT/EP2017/075695 EP2017075695W WO2018069255A1 WO 2018069255 A1 WO2018069255 A1 WO 2018069255A1 EP 2017075695 W EP2017075695 W EP 2017075695W WO 2018069255 A1 WO2018069255 A1 WO 2018069255A1
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WO
WIPO (PCT)
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pillar
frequency
current
output
amplitude
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/075695
Other languages
English (en)
Inventor
Paolo Bortolotti
Abdelmadjid Anane
Vincent Cros
Romain LEBRUN
Original Assignee
Thales
Centre National De La Recherche Scientifique
Université Paris-Sud
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thales, Centre National De La Recherche Scientifique, Université Paris-Sud filed Critical Thales
Publication of WO2018069255A1 publication Critical patent/WO2018069255A1/fr

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H7/00—Multiple-port networks comprising only passive electrical elements as network components
    • H03H7/01—Frequency selective two-port networks
    • H03H7/09—Filters comprising mutual inductance
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03H—IMPEDANCE NETWORKS, e.g. RESONANT CIRCUITS; RESONATORS
    • H03H2/00—Networks using elements or techniques not provided for in groups H03H3/00 - H03H21/00

Definitions

  • the present invention relates to a frequency filtering method of an electric current having a set of frequency components.
  • Radiofrequency electromagnetic waves also called radio waves
  • radio waves are electromagnetic waves whose frequency is between 3 kiloHertz (kHz) and 100 GigaHertz (GHz). Radio waves are used in many applications. In particular, some radio wave frequencies are very little attenuated by the Earth's atmosphere. Radio waves, and in particular radio waves whose frequency is greater than or equal to 3 Megahertz (MHz), are therefore frequently used for telecommunication and / or radar type applications.
  • kHz kiloHertz
  • GHz GigaHertz
  • a radio wave receiver device prefferably filters the received signal, i.e. to suppress unnecessary radio frequency components, and to retain only the radio frequency component carrying information.
  • many radiofrequency electromagnetic wave devices are configured to operate at a variable frequency. It is therefore common for this type of application to use a tunable filtering device, that is to say whose frequency can be changed.
  • tunable filters use the resonance of crystals YIG (yttrium-lron garnet garnet) coupling two electrical conductors.
  • This structure forms a bandpass filter centered around the resonant frequency of the crystal.
  • the resonance frequency of the crystal depends on the value of an external magnetic field frequently generated by an electromagnet.
  • Such a filter thus makes it possible to tune the frequency by varying the intensity of the current flowing through the electromagnet.
  • a method of frequency filtering a first electric current having a first set of frequency components, the first set comprising at least a first frequency component having a first frequency comprising a step of providing a first frequency component.
  • a radiofrequency filter comprising a plurality of pillars comprising a first pillar and at least a second pillar, each pillar comprising a stack of superimposed layers in a stacking direction, the stack comprising at least one free layer made of a first magnetic material, a fixed layer made of a second magnetic material, and a barrier layer made of a third non-magnetic material, the barrier layer separating the free layer from the fixed layer in the stacking direction.
  • the radiofrequency filter further comprises at least one control member, a coupling member, an output electrical conductor capable of supplying an electronic device with an electric output current, and an adder, each pillar being clean, when the pillar considered is traversed by a DC current and is not excited by the coupling member, to generate in the DC current a third frequency component having a frequency called resonance frequency of said pillar.
  • the method further comprises a step of generating a second electric current passing through the first pillar in the stacking direction, by the control member, a step of excitation, by the coupling member, of the first pillar with an electromagnetic field having the first frequency, the first frequency being equal, within ten percents, to the ratio of twice the resonance frequency of the first pillar to a first natural number, a generation step, by the first pillar , a second frequency component in the respective second current, and a step of forming, by the adder, an electric output current from at least the second current, the output electric current having a second set of components frequency, the second set being different from the first set.
  • the filtering method comprises one or more of the following characteristics, taken separately or in any technically possible combination:
  • each pillar has a first dimension in a first direction and a second dimension in a second direction perpendicular to the first direction, the first direction and the second direction being each perpendicular to the stacking direction, the first dimension and the second dimension being each strictly between 10 nanometers and 10 micrometers.
  • the first material has a first magnetization
  • the method further comprising a step of temporal variation of the first magnetization of the corresponding free layer with the resonance frequency of the first pillar.
  • the first frequency component has a first amplitude
  • the second frequency component has a second amplitude
  • a transfer function is defined for the first pillar as the ratio, in absolute value, of the first amplitude and the second amplitude; transfer function being a function at least of the first frequency and having a plurality of local maxima, each local maximum corresponding to a third frequency equal, within ten percents, to the ratio of twice the resonant frequency of the first pillar and a second natural whole number.
  • the first natural integer is equal to two.
  • the step of generating a second current at least two second currents are generated, each of the first pillar and the second pillar being traversed by a second current in the stacking direction, during the step; excitation, the first pillar and the second pillar are each excited by the coupling member, during the step of generating a second frequency component, a second frequency component is generated by each of the first pillar and the second pillar in the corresponding second electric current, and during the forming step, the electric output current is formed by the adder from each second current.
  • the first material comprises at least one element selected from the group consisting of Co, Ni and Fe and Bo.
  • the first pillar is capable of imposing a phase difference between the first frequency component and the corresponding second frequency component, the phase difference being equal to zero degrees, to within five degrees.
  • the first pillar is capable of imposing a phase difference between the first frequency component and the corresponding second frequency component, the phase difference being equal to 180 degrees, to within five degrees.
  • the filter further comprises an input electrical conductor adapted to receive the first current and to deliver the first current to the coupling member, and an output electrical conductor capable of supplying an electronic device with an electric output current, the adder being further adapted to form the electric output current from at least the first current and the second current, the second current having an intensity, the output electric current having at least one minus an output radiofrequency component having an output frequency equal to the first frequency and an output amplitude, the method further comprising a calibration step in which the intensity of the second current is changed by the control, between a first intensity value for which the output amplitude has a first amplitude value and a second intensity value for which the output amplitude has a second amplitude value less than or equal to one thousandth of the first amplitude value.
  • the calibration step comprises the monotonic time variation of the intensity of the second current from the first intensity value, the measurement of the output amplitude, and the determination of the second intensity value when the output amplitude is equal to the second amplitude value.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a first example of a radiofrequency filter comprising a plurality of pillars
  • FIG. 2 is a sectional view of a pillar of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a flow diagram of a frequency filtering method implemented by the filter of FIG. 1,
  • FIG. 4 is a schematic representation of a second example of a radio frequency filter
  • FIG. 5 is a flowchart of a second frequency filtering method implemented by the filter of FIG. 4.
  • a first example of a radiofrequency filter 10 is shown in FIG.
  • the filter 10 is able to receive at the input a first electric current C1, and to generate, from the first electric current C1, an electric output current Cs.
  • the filter 10 comprises a substrate 15, at least one control member 20, a coupling member 25, an input electrical conductor 30, an electrical output conductor 35, an adder 40, a plurality of first electrical connection conductors 45 a plurality of second electrical connecting conductors 50 and a plurality of pillars 55A, 55B, 55C.
  • each pillar 55A, 55B, 55C will be marked by a corresponding letter A, B, C.
  • the same letters will be used to identify currents or frequency components associated with each pillar 55A, 55B, 55C. For example, a second current C2 crossing the first pillar 55A will be noted C2A, and so on.
  • the substrate 15 has an upper face Fs.
  • the upper face Fs is flat.
  • a stacking direction Z is defined.
  • the stacking direction Z is perpendicular to the upper face Fs of the substrate 15.
  • first direction X is perpendicular to the stacking direction Z.
  • second direction Y is perpendicular to the first direction X.
  • second direction Y is perpendicular to the stacking direction Z.
  • Each controller 20 is configured to generate a second DC current C2A, C2B, C2C.
  • the controller 20 is configured to generate a plurality of second DC currents C2A, C2B, C2C and to provide each second DC current C2A, C2B, C2C to a corresponding pillar 55A, 55B, 55C.
  • the filter 10 then comprises a single control member 20.
  • the coupling member 25 is electrically connected to the electrical input conductor 30.
  • the coupling member 25 is an electrical conductor adapted to allow the circulation of the first stream C1.
  • the coupling member 25 is made in the form of a band of rectangular section.
  • the coupling member 25 has at least one face perpendicular to the stacking direction Z.
  • the coupling member 25 has a width measured in the first direction X and a height measured in the stacking direction Z.
  • the width is between 1 micrometer ( ⁇ ) and 30 ⁇ .
  • the height is between 100 nanometers (nm) and 500 nm.
  • the coupling member 25 is, for example, made of gold.
  • each electrical connecting conductor 45 is made of copper.
  • an attachment layer for better mechanical strength separates each electrical connecting conductor 45 of the corresponding pillar 55.
  • the coupling member 25 and at least one pillar 55A, 55B, 55C are superimposed in the stacking direction Z.
  • each pillar 55A, 55B, 55C separates from each other.
  • substrate 15 at least a portion of the coupling member 25 in the stacking direction Z.
  • the input conductor 30 is adapted to receive the first current C1.
  • the output conductor 35 is adapted to receive the adder 40 the electrical output current Cs.
  • the output conductor 35 is adapted to deliver the output electric current Cs to an electronic device.
  • the adder 40 is configured to generate the output electric current Cs.
  • Each first electrical connecting conductor 45 is adapted to electrically connect a respective control member 20 to a corresponding pillar 55A, 55B, 55C.
  • Each first electrical connecting conductor 45 is, for example, made in the form of a band of rectangular section. Each first electrical connecting conductor 45 has at least one face perpendicular to the stacking direction Z.
  • Each first electrical connecting conductor 45 is, for example, made of gold or copper.
  • the plurality of pillars 55A, 55B, 55C comprises a first pillar 55A and at least one second pillar 55B.
  • the plurality of pillars comprises a first pillar 55A, a second pillar 55B and two third pillars 55C.
  • pillar is used in the field of microelectronics to designate a three-dimensional micrometric or nanometric structure with a flat top carried by the substrate 15.
  • micrometric that the structure has at least one dimension less than or equal to 100 micrometers ( ⁇ ). It is understood, for a three-dimensional structure, by the term “nanometric” that the structure has at least one dimension less than or equal to 100 nanometers (nm).
  • Each pillar 55A, 55B, 55C is delimited, according to the stacking direction Z, by a first face 60 and by a second face 65.
  • the second face 65 is in contact with the upper face Fs of the substrate 15.
  • Each pillar 55A, 55B, 55C is further delimited in a plane perpendicular to the stacking direction Z by at least one lateral face 70.
  • the first face 60 is flat.
  • the first face 60 is perpendicular to the stacking direction Z.
  • the second face 65 is flat.
  • the second face 65 is perpendicular to the stacking direction Z.
  • the lateral face 70 is perpendicular to the first face 60 and to the second face 65.
  • Each pillar 55A, 55B, 55C has a first dimension in the first direction X, a second dimension in the second direction Y, and a height in the stacking direction Z.
  • the first dimension is strictly between 20 nm and 5 ⁇ ; the second dimension is strictly between 20 nm and 5 ⁇ .
  • the height of each pillar is between 5 nm and 2 ⁇ .
  • each pillar 55A, 55B, 55C is cylindrical with a circular base. It is understood by "cylindrical” that each pillar 55A, 55B, 55C is delimited by two planes parallel to each other and by a surface delimited by all straight lines parallel to a line called generatrix of the cylinder and intersecting a closed curve called the guide curve of the cylinder.
  • each pillar 55A, 55B, 55C is circular.
  • each pillar 55A, 55B, 55C is parallel to the stacking direction Z.
  • Each pillar 55A, 55B, 55C has a diameter measured in a plane perpendicular to the stacking direction Z.
  • the diameter of each pillar 55A, 55B, 55C is strictly between 20 nm and 5 ⁇ .
  • Each pillar 55A, 55B, 55C comprises a stack 75 of superimposed layers in the stacking direction Z and a passivation layer 80.
  • the stack 75 comprises a free layer 85, a fixed layer 90 and a barrier layer 95.
  • the free layer 85 is made of a first magnetic material M1.
  • magnetic material a material having a magnetization oriented in a specific magnetization direction. This means that the material comprises a plurality of magnetic moments, and the resultant of the magnetic moments is a non-zero vector.
  • the direction of magnetization is defined as the direction of the resultant of the magnetic moments.
  • the magnetic moments are, for example, carried by electrons present in the material.
  • magnetic material will be used for a ferromagnetic material or a ferrimagnetic material.
  • the first magnetic material M1 is, for example, a ferromagnetic material.
  • the magnetic moments are oriented parallel to each other.
  • the magnetic moments of the material orient themselves, while remaining parallel to each other, in the direction of the external magnetic field.
  • the magnetic moments are oriented antiparallel to each other, without compensating themselves perfectly.
  • the resultant of the moments in a ferrimagnetic material presents a norm strictly inferior to the norm of the resultant of the moments in the material if the material was ferromagnetic.
  • the magnetic moments of the material orient, while remaining antiparallel to each other, so that the resultant is oriented in the direction of the external magnetic field.
  • a large number of ferromagnetic materials include cobalt (Co), iron (Fe), and / or nickel (Ni).
  • the first material M1 is an alloy of several elements, at least one selected from the group consisting of Cobalt, Iron and Nickel.
  • the first material M1 is selected from the group consisting of
  • the first material M1 is Permalloy NiFe.
  • the first material M1 is an alloy of Cobalt, Iron, or an alloy of Co, Fe and Boron (Bo).
  • the free layer 85 has a first magnetization A1.
  • the first magnetization A1 is variable. This means that the free layer 85 is configured so that the first magnetization A1 varies over time.
  • the free layer 85 is configured so that the first magnetization A1 is modified by the application of an electromagnetic field to the pillar 55A, 55B, 55C considered.
  • the free layer 85 is substantially planar. In the context of this description, it is understood by “substantially planar” that the layer considered has a width in the first direction X, a length in the second direction Y, and a thickness in the stacking direction Z, and that the length and width of the layer considered are each greater than or equal to ten times the thickness of the layer considered.
  • the free layer 85 is preferably perpendicular to the stacking direction Z.
  • the free layer 85 has a first thickness e1.
  • the first thickness e1 is, for example, between 1 nm and 30 nm.
  • the free layer 85 is delimited at least partially, in the stacking direction Z, by the passivation layer 80 and by the barrier layer 95.
  • the free layer 85 is in electrical contact with the second electrical connecting conductor 50.
  • the second electrical connecting conductor 50 is, for example, partially received between the free layer 85 and the passivation layer 80.
  • the fixed layer 90 has a second magnetization A2.
  • the second magnetization A2 is fixed. This means that the orientation of the second magnetization A2 is invariant over time.
  • the fixed layer 90 is made at least partially of a second magnetic material M2.
  • the fixed layer comprises a layer of a ferromagnetic material and a Ruthenium layer.
  • the fixed layer 90 is substantially planar.
  • the fixed layer 90 is preferably perpendicular to the stacking direction Z.
  • the fixed layer 90 has a second thickness e2.
  • the second thickness e2 is, for example, between 1 nm and 30 nm.
  • the fixed layer 90 is defined at least partially, in the stacking direction Z, by the barrier layer 95 and by the first connecting conductor 45.
  • the barrier layer 95 is substantially planar.
  • the barrier layer 95 is preferably perpendicular to the stacking direction Z.
  • the barrier layer 95 separates the fixed layer 90 and the free layer 85.
  • the barrier layer 95 has a third thickness e3.
  • the third thickness e3 is, for example, between 0.5 nm and 5 nm.
  • the barrier layer 95 is made of a non-magnetic material.
  • the barrier layer 95 is made of a non-magnetic and electrically insulating material.
  • the barrier layer 95 is, for example, made of magnesium oxide (MgO).
  • the passivation layer 80 is adapted to electrically and chemically isolate the stack 75 from the outside of the passivation layer 80.
  • the passivation layer 80 is a conformal layer covering the stack 75.
  • a conformal layer is a layer having a uniform thickness, and whose shape reproduces the shape of a structure covered by the layer.
  • the passivation layer 80 is made of a fourth material M4.
  • the fourth material M4 is an oxide.
  • the fourth material M4 is silicon oxide Si0 2 .
  • Silicon oxide Si0 2 is an insulating material frequently used in the field of microelectronics. The operation of the first filter example 10 will now be described.
  • FIG. 10 A flow chart of a frequency filtering method implemented by the filter 10 is shown in FIG.
  • the method comprises a step 100 of providing a filter 10 as described above, a step 1 10 of generating a plurality of second currents C2A, C2B, a step 120 of temporal variation of the first magnetization A1, a step 130 of excitation, a step 140 of generating a second frequency component c2A, c2B and a step 150 of forming the output electric current Cs.
  • the filter 10 is provided.
  • the filter 10 is fabricated using thin film deposition techniques and etching techniques.
  • the filter 10 is integrated in an electronic installation comprising an electronic device that the filter 10 is adapted to supply with the output electric current Cs.
  • step 100 of supply the first electric current C1 is delivered to the electrical input conductor 30.
  • a second current C2A is generated by the corresponding controller 20.
  • Each second electric current C2A, C2B, C2C is transmitted to a corresponding pillar 55A, 55B, 55C through the first corresponding electrical connecting conductor 45.
  • the second current C2A passes through the first pillar 55A in the stacking direction Z.
  • At least two second currents C2A, C2B are generated.
  • the first pillar 55A and the second pillar 55B are each traversed in the stacking direction Z by a respective second stream C2A, C2B.
  • first pillar 55A and the second pillar 55B are each traversed by a respective second current C2A, C2B.
  • the second currents C2C corresponding to the two third pillars 55C are not generated.
  • Each second electric current C2A, C2B has a second voltage U2A, U2B and a second intensity I2A, I2B.
  • the second intensity I2A, I2B is constant.
  • the second intensity I2A, I2B is, for example, between 5 microamperes and 50 milliamps.
  • the second voltage U2A, U2B is, for example, between 5 microvolts and 750 millivolts.
  • the second intensity I2A of the second current C2A passing through the first pillar 55A is equal to a first intensity value vil.
  • Each second electric current C2A, C2B, C2C passes through the corresponding pillar 55A, 55B, 55C in the stacking direction Z.
  • Each second current C2A, C2B, C2C is delivered by the pillar 55A, 55B, 55C corresponding to the adder 40 through the second connecting conductor 50 corresponding.
  • the first magnetization of the first pillar 55A and the second pillar 55B are modified over time.
  • the magnetic moments present in the free layer 85 are set in motion, to the point of resulting in a temporal variation of the first magnetization A1.
  • the amplitude of the first magnetization A1 varies periodically in time.
  • the orientation of the first magnetization A1 varies periodically in time.
  • the periodic temporal variation is obtained by creating, in the free layer 85, a magnetic configuration in which the orientation of the magnetic moments is, at a given instant, non-uniform.
  • the periodic temporal variation is a set of at least one spin wave.
  • the magnetic configuration of the free layer 85 is obtained through the respective second current C2A, C2B.
  • spin transfer torque By the effect of "spin transfer torque", a spin wave SW is generated in the free layer 85.
  • the magnetic moments each undergo a precessional movement around an average direction.
  • the precessional movement results in a local variation in the direction of the first magnetization A1 of the first magnetic material M1.
  • the local deviation of the magnetization is likely to propagate in the first magnetic material M1 in the form of a wave called "spin wave" SW.
  • the spin wave SW is, for example, a standing wave.
  • a stationary wave is the phenomenon resulting from the simultaneous propagation in different directions of several waves of the same frequency, in the same physical medium, which forms a figure whose elements are fixed in time. Instead of seeing a propagating wave, there is a stationary vibration of different intensity at each observed point.
  • the free layer 85 has a vortex configuration of the first magnetization A1 in which the magnetic moments are oriented perpendicular to the stacking direction Z and wind around the center of the free layer 85, except in a central region 85. In the region central, the magnetic moments are not perpendicular to the stacking direction Z.
  • a resonant frequency fOA, fOB, fOC is defined for each pillar 55A, 55B, 55C.
  • the resonant frequency fOA, fOB, fOC is the frequency at which the first magnetization A1 varies.
  • the resonance frequency fOA, fOB, fOC is a characteristic frequency of the configuration of the magnetic moments in the free layer 85.
  • the resonance frequency fOA, fOB, fOC depends, among other things, on the nature of the first material M1, the diameter of the pillar 55A, 55B, 55C considered, and the thickness of the free layer 85.
  • the resonance frequency fOA, fOB, fOC is, for example, the frequency of the spin wave.
  • the resonant frequency fOA of the first pillar 55A is different from the resonant frequency fOB of the second pillar 55B.
  • the resonant frequency fOA of the first pillar 55A is equal to 300 MHz
  • the resonant frequency fOB of the second pillar 55B is equal to 400 MHz.
  • the resonant frequency fOA, fOB, fOC of each pillar 55A, 55B, 55C is different from the resonant frequency fOA, fOB, fOC of each other pillar 55A, 55B, 55C.
  • An electrical resistance R is defined for each pillar 55A, 55B, 55C as being the electrical resistance perceived by the corresponding second current C2A, C2B, C2C when the second current C2A, C2B, C2C passes through the pillar 55A, 55B, 55C.
  • the free layer 85, the fixed layer 90 and the barrier layer 95 form a magnetic tunnel junction.
  • the resistance R of each pillar 55A, 55B, 55C is then likely to be modified by a modification of the magnetization of the free layer 85 and / or a modification of the magnetization of the fixed layer 90.
  • the electrical resistance R of each pillar 55A, 55B, 55C depends on the angle between the first magnetization A1 and the second magnetization A2. If the amplitude of the first magnetization A1 is fixed, the electrical resistance R therefore depends on the orientation of the magnetic moments of the free layer 85 of the pillar 55A, 55B, 55C considered.
  • each second current C2A, C2B, C2C passes through the corresponding free layer 85 having a periodic variation of the first magnetization A1, by tunneling magnetoresistance effect, the resistance R of the pillar 55A, 55B, 55C varies over time with the resonant frequency fOA, fOB, fOC of the pillar 55A, 55B, 55C considered.
  • Each pillar 55A, 55B, 55C therefore generates in the second current C2A, C2B, C2C corresponding, when the coupling member 25 does not generate the electromagnetic field EM, a frequency component called third frequency component C3.
  • the third frequency component c3 has the resonant frequency fOA, fOB, fOC of the corresponding pillar 55A, 55B, 55C.
  • Each second current C2A, C2B, C2C is therefore converted into variable current by the respective pillar 55A, 55B, 55C.
  • the first current C1 is transmitted by the input electrical conductor 30 to the coupling member 25.
  • the first current C1 has a first voltage U1 and a first intensity 11.
  • the first current C1 has a first set E1 of input frequency components cfe.
  • each frequency component has a voltage and an intensity, each of which is mathematically calculated by a Fourier transform of the current voltage or current.
  • the first set E1 comprises at least one input frequency component named first component c1.
  • the first set E1 comprises the first frequency component c1, a fourth frequency component c4 and a fifth frequency component c5.
  • the fourth frequency component c4 has a fourth frequency f4 and the fifth frequency component c5 has a fifth frequency f5.
  • Each frequency input component cfe is a radio frequency component having an input frequency fe between 3 kHz and 3 GHz.
  • Each input frequency component cfe has an input amplitude ae.
  • the amplitude of a variable magnitude is defined as being the difference between the maximum value and the minimum value of the quantity, in value absolute.
  • the first frequency component c1 has a first amplitude a1.
  • the first frequency component c1 has a first frequency f1 equal, within 10%, to the ratio between twice the resonant frequency fOA of the first pillar 55A and a corresponding first natural number n1. This is written mathematically:
  • the first natural integer n1 is equal to two.
  • the resonant frequency fOA of the first pillar 55A is equal to the first frequency f 1.
  • the first natural integer n1 is equal to one, ie the resonant frequency fOA of the first pillar 55A is equal to half of the first frequency f1.
  • the first natural integer n1 is greater than or equal to 3.
  • the fourth frequency f4 is different from the first frequency f1.
  • the fourth frequency f4 is not equal, within 10%, to the ratio of twice the resonant frequency f0 of the first pillar 55A and a first natural integer n1.
  • the fourth frequency f4 is equal, within 10%, to the ratio between twice the resonant frequency fOB of the second pillar 55B and a respective first natural integer n1.
  • the fifth frequency f5 is different from the first frequency f1 and the fourth frequency f4.
  • the fifth frequency f5 is not equal, within 10%, to the ratio of twice the resonant frequency f0 of the first pillar 55A and a first natural integer n1 respectively.
  • the fifth frequency f5 is not equal, within 10%, to the ratio between twice the resonant frequency fOB of the second pillar 55B and a first natural integer n1 respectively.
  • the coupling member 25 generates, from the first current C1, an EM electromagnetic field.
  • the electromagnetic field EM has the first frequency f 1.
  • the electromagnetic field EM has, in addition, the fourth frequency f4 and the fifth frequency f5.
  • the electromagnetic field EM has a wavelength ⁇ defined as being the ratio between the speed c of the light in the vacuum and the first frequency f 1.
  • the coupling member 25 excites at least a portion of each pillar 55A, 55B, 55C with the EM electromagnetic field.
  • the coupling member 25 excites the free layer 85 with the EM electromagnetic field.
  • an intensity of the second current and / or a voltage of the second current are modified.
  • the coupling member 25 is spaced apart from each pillar 55A, 55B, 55C by a maximum distance smaller than the wavelength ⁇ .
  • the maximum distance is defined as the distance between the point of the coupling member 25 closest to the abutment 55A, 55B, 55C and the point of the abutment 55A, 55B, 55C furthest from the coupling member 25.
  • a second frequency component c2A is generated by the first pillar 55A, by parametric effect and by conventional resonance, in the corresponding second C2A current.
  • the parametric effect results, during the excitation of a system having a resonance frequency, in the appearance of a response of the system to the resonant frequency when the excitation is carried out with a frequency that is a multiple of the half resonant frequency of the system.
  • the second frequency component c2A having the resonant frequency fOA of first pillar 55A is generated in the corresponding second C2A current.
  • the direction of the first magnetization A1 of the free layer 85 of the first pillar 55A is modified by the EM electromagnetic field.
  • the electromagnetic field EM exerts on each magnetic moment of the free layer 85 a rotation torque which modifies the orientation of each magnetic moment.
  • the electrical resistance R of the first pillar 55A is modified by the EM electromagnetic field. Since the electromagnetic field EM has the first frequency f 1, which is a multiple of the resonant frequency fOA of the first pillar 55A, by parametric effect, and by conventional resonance, the electrical resistance R of the first pillar 55A varies with the resonance frequency fOA first pillar 55A. The second frequency f2A of the second frequency component c2A generated by the first pillar 55A is therefore equal to the resonant frequency fOA of the first pillar 55A.
  • the fourth frequency f4 is equal, within 10%, to the ratio between twice the resonant frequency fOB of the second pillar 55B and a corresponding first natural integer n1
  • the second pillar 55B generates, by parametric effect, and by conventional resonance the second respective frequency component c2B in the corresponding second C2B current.
  • the second frequency f2B of the second frequency component c2B generated by the second pillar 55B is equal to the resonant frequency fOB of the second pillar 55B.
  • Each second frequency component c2A, c2B is thus generated, by the corresponding pillar 55A, 55B, from a corresponding input frequency component cfe, in this case the first frequency component c1 or the fourth frequency component c4.
  • the fifth frequency f5 is not equal, within 10%, to a third frequency f3 of the first pillar 55A nor of the second pillar 55B. Consequently, no second frequency component c2 for which the second frequency f2 is equal to the fifth frequency f5 is generated in any of the second currents C2A, C2B, C2C.
  • Each second frequency component c2A, c2B is generated from a corresponding input frequency component cfe.
  • Each second frequency component c2A, c2B has a second amplitude a2A, a2B and a second frequency f2A, f2B.
  • Each second frequency f2A, f2B is equal to the resonant frequency fOA, fOB of the corresponding pillar 55A, 55B.
  • the second amplitude a2A has a value much greater than the value that the second amplitude a2A would have if the first frequency was not equal, within 10%, to the ratio between the double of the first pillar 55A FOA resonance frequency and a first natural number n1.
  • a transfer function F is defined for the first pillar 55A as being the ratio, in absolute value, between the first amplitude a1 and the second amplitude a2A of the corresponding second frequency component c2A.
  • the transfer function F is a function at least of the first frequency f 1.
  • the transfer function F of the first pillar 55A has a plurality of local maxima each corresponding to a respective third frequency f3.
  • Each third frequency f3 is equal, within ten percent (%), to the ratio of twice the resonant frequency fO of the first pillar 55A and a second natural integer n2. This is written mathematically:
  • the transfer function F is a continuous function.
  • Each maximum therefore has a non-zero width.
  • each maximum has a width at half height less than or equal to 1% of the third frequency f3.
  • the width at half height is a parameter defined for many functions likely to represent such a peak, such as the Lorentzian function.
  • each width at half height is less than or equal to 1 megahertz
  • a phase shift d is defined between each second frequency component c2A, c2B, c2C and the corresponding input frequency component cfe.
  • each second frequency component c2A, c2B and the corresponding input frequency component cfe depends on the geometry of the pillar 55A, 55B which generates the second frequency component c2A, c2B.
  • each pillar 55A, 55B imposes the phase shift d corresponding between the second respective frequency component c2A, c2B and the corresponding input frequency component cfe.
  • the first pillar 55A imposes a phase shift d between the first frequency component d and the corresponding second frequency component c2A.
  • the second pillar 55B imposes a phase shift d between the fourth frequency component c4 and the corresponding second frequency component c2B.
  • each phase shift is equal to 0 degrees (°).
  • the adder 40 receives from the first pillar 55A and the second pillar 55B, through the second corresponding electrical connection conductors 50, the second currents C2A, C2B and forms the electric output current Cs at from the second currents C2A, C2B.
  • the output electric current Cs has a second set E2 of frequency components comprising at least one output frequency component cs.
  • the second set of frequency components E2 is different from the first set of frequency components E1. This means that there is at least one distinctive frequency fd for which the first set E1 comprises a component frequency having the distinctive frequency fd while the second set E2 does not include a frequency component having the distinctive frequency fd.
  • Each output frequency component es is a radiofrequency component having an output frequency fs between 3 kHz and 100 GHz.
  • Each output frequency component es has an output amplitude as.
  • the output electric current Cs is formed by the addition of the two second currents C2A, C2B.
  • the output electric current Cs then has a plurality of output frequency components cs, each output frequency fs being equal to a respective second frequency f2A, f2B.
  • the output electric current Cs is delivered by the adder 40 to the electrical output conductor 35.
  • the filter 10 is therefore a tunable filter, since it enables a user of the filter 10 to select the desired frequencies in the electric output current by activating the pillars 55A, 55B which are traversed by a second current C2A, C2B .
  • the filter 10 has a shorter response time than the filters of the state of the art, because the switching is done simply by modifying the choice of the pillar or pillars 55A, 55B, 55C which are traversed by a second current C2A, C2B .
  • Output frequency components cs having an output frequency that is not equal, within 10%, to a third frequency of a pillar 55A, 55B traversed by a second current C2A, C2B are not generated in the electric current Cs output.
  • the maxima of the transfer function F of each pillar 55A, 55B, 55C are very thin, and the associated amplitude is very high.
  • the transfer function F of each pillar 55A, 55B, 55C has a value of three orders of magnitude higher when the first frequency f1 is equal, within 10%, to a third frequency f3 than when the first frequency f1 is not equal to a third frequency f3.
  • the filter 10 is therefore very selective.
  • the energy consumption of the filter 10 is mainly related to the second current C2A, C2B.
  • the second current C2A, C2B is a low power current. The filter 10 is therefore low energy consumption.
  • the operation of the filter 10 is insensitive to electromagnetic radiation.
  • the filter 10 is therefore more suitable for applications subjected to intense radiation, such as applications in which the filter 10 is used in an environment having constraints difficult to fill, or is placed near a radiation source.
  • FIG. 4 A second example of filter 10 is shown in FIG. 4. The elements identical to the first filter example of FIG. 1 are not described again. Only the differences are highlighted.
  • the adder 40 is able to generate the electrical output current Cs from each second current C2A, C2B, C2C and the first current C1.
  • the adder 40 is able to generate the electrical output current Cs by the addition of each second current C2A, C2B, C2C and the first current C1.
  • each phase shift d is equal to 180 °, within 5 °.
  • the operation of the second exemplary filter 10 further comprises a calibration step 160.
  • the second intensity I2A of the second current C2A passing through the first pillar 55A has the first intensity value vil.
  • the output electric current Cs is formed by the addition of the first current C1 and each second current C2A, C2B, C2C.
  • Each output frequency fs is equal to an input frequency fe or a second frequency c2A, c2B, c2C.
  • the output electric current Cs comprises a first output frequency component cs1 having the first frequency f1 and a first output amplitude as1.
  • the phase shift between the first frequency component c1 and the second frequency component c2A generated by the first pillar 55A is equal to 180 °.
  • the first output amplitude as1 is therefore equal to the first amplitude a1 minus the second amplitude a2A of the second frequency component c2A generated by the first pillar 55A.
  • the second amplitude a2A of the second frequency component c2A generated by the first pillar 55A depends on the second intensity I2A of the corresponding second C2A current.
  • the second intensity I2A of the second current C2A passing through the first pillar 55A having the first intensity value vil, the first output amplitude as1 has a first value of amplitude val.
  • the second intensity I2A of the second current C2A passing through the first pillar 55A is modified by the control member 20 between the first intensity value vil and a second intensity value vi2 different from the first intensity value vil.
  • the output amplitude as1 has a second amplitude value va2.
  • the second amplitude value va2 is less than or equal to one thousandth of the first amplitude value val.
  • the corresponding second amplitude a2A is equal to the first amplitude a1.
  • a time ramp is applied by the control member 20 corresponding to the second intensity I2A of the second current C2A passing through the first pillar 55A.
  • the second intensity I2A is increased several times by a constant amount with a predetermined time period, and the first output amplitude as1 is measured by the adder 40 with the time period.
  • the second intensity value vi2 is determined by the adder to be equal to the value of the second intensity I2A when the first output amplitude as1 is equal to the second amplitude value va2.
  • the second intensity I2A is kept constant and equal to the second intensity value vi2.
  • the first output amplitude as1 is less than or equal to one thousandth of the first amplitude value va2.
  • the filter 10 is then a notch filter.

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Abstract

L'invention concerne un procédé de filtrage fréquentiel d'un premier courant électrique (C1) présentant une première fréquence, comprenant les étapes de : - fourniture d'un filtre radiofréquence (10) comportant un additionneur (40) et un premier pilier (55A) comprenant une couche libre réalisée en un premier matériau magnétique et présentant une fréquence de résonance, - génération d'un deuxième courant (C2A) traversant le premier pilier (55A), - excitation, du premier pilier (55A) avec un champ électromagnétique présentant la première fréquence, la première fréquence étant égale, à dix pourcents près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance du premier pilier (55A) et un premier nombre entier naturel, - génération, par le premier pilier (55A), d'une deuxième composante fréquentielle dans le deuxième courant (C2A) respectif, et - formation, par l'additionneur (40), d'un courant électrique de sortie (Cs) à partir au moins du deuxième courant (C2A).

Description

Procédé de filtrage fréquentiel
La présente invention concerne un procédé de filtrage fréquentiel d'un courant électrique présentant un ensemble de composantes fréquentielles.
Les ondes électromagnétiques radiofréquences, également dénommées ondes radioélectriques, sont les ondes électromagnétiques dont la fréquence est prise entre 3 kiloHertz (kHz) et 100 GigaHertz (GHz). Les ondes radioélectriques sont utilisées dans de nombreuses applications. En particulier, certaines fréquences d'ondes radioélectriques sont très peu atténuées par l'atmosphère terrestre. Les ondes radioélectriques, et en particulier les ondes radioélectriques dont la fréquence est supérieure ou égale à 3 Mégahertz (MHz), sont donc fréquemment utilisées pour les applications de type télécommunication et/ou radar.
Il est ainsi souhaitable, pour un dispositif récepteur d'ondes radioélectriques de filtrer le signal reçu, c'est-à-dire de supprimer les composantes radiofréquences inutiles, et de ne conserver que la composante radiofréquence porteuse d'informations. Or, de nombreux dispositifs à ondes électromagnétiques radiofréquences sont configurés pour fonctionner à une fréquence variable. Il est donc fréquent pour ce type d'application d'utiliser un dispositif de filtrage accordable, c'est-à-dire dont la fréquence peut être modifiée.
A l'heure actuelle, un grand nombre de filtres accordables utilise la résonance de cristaux de YIG (grenat d'yttrium et de fer, en Anglais « Yttrium-lron Garnet ») couplant deux conducteurs électriques. Cette structure forme un filtre passe-bande centré autour de la fréquence de résonance du cristal. La fréquence de résonance du cristal dépend de la valeur d'un champ magnétique extérieur fréquemment généré par un électro-aimant. Un tel filtre permet ainsi d'accorder la fréquence en faisant varier l'intensité du courant traversant l'électro-aimant.
Cependant, de tels filtres comprenant un électro-aimant présentent des dimensions assez importantes, de l'ordre du centimètre, et consomment un courant de l'ordre de plusieurs dizaines voire centaines de milliampères. De plus, le temps de réponse, c'est-à-dire le temps nécessaire pour modifier la fréquence du filtre, est de l'ordre de quelques millisecondes.
Enfin, de tels filtres sont peu adaptés à une exposition aux particules et aux rayonnements énergétiques, car l'absorption, par le filtre, d'un tel rayonnement est susceptible de modifier le signal fourni en sortie du filtre. Des tels filtres ne sont donc pas adaptés à de nombreuses applications qui supposent une exposition non négligeable aux rayonnements énergétiques. Il existe donc un besoin pour un procédé de filtrage d'un signal radiofréquence dont la fréquence de fonctionnement puisse être modifiée, qui soit rapide, résistant aux radiations, peu consommateur d'énergie, et qui soit mis en œuvre par un dispositif de petite taille.
A cet effet, il est proposé un procédé de filtrage fréquentiel d'un premier courant électrique présentant un premier ensemble de composantes fréquentielles, le premier ensemble comprenant au moins une première composante fréquentielle présentant une première fréquence, le procédé comprenant une étape de fourniture d'un filtre radiofréquence comportant une pluralité de piliers comprenant un premier pilier et au moins un deuxième pilier, chaque pilier comprenant un empilement de couches superposées selon une direction d'empilement, l'empilement comprenant au moins une couche libre réalisée en un premier matériau magnétique, une couche fixe réalisée en un deuxième matériau magnétique, et une couche barrière réalisée en un troisième matériau non-magnétique, la couche barrière séparant la couche libre de la couche fixe selon la direction d'empilement. Le filtre radiofréquence comprend, en outre, au moins un organe de commande, un organe de couplage, un conducteur électrique de sortie propre à alimenter un dispositif électronique avec un courant électrique de sortie, et un additionneur, chaque pilier étant propre, lorsque le pilier considéré est traversé par un courant continu et n'est pas excité par l'organe de couplage, à générer dans le courant continu une troisième composante fréquentielle présentant une fréquence appelée fréquence de résonance dudit pilier. Le procédé comprend, en outre, une étape de génération d'un deuxième courant électrique traversant le premier pilier selon la direction d'empilement, par l'organe de commande, une étape d'excitation, par l'organe de couplage, du premier pilier avec un champ électromagnétique présentant la première fréquence, la première fréquence étant égale, à dix pourcents près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance du premier pilier et un premier nombre entier naturel, une étape de génération, par le premier pilier, d'une deuxième composante fréquentielle dans le deuxième courant respectif, et une étape de formation, par l'additionneur, d'un courant électrique de sortie à partir au moins du deuxième courant, le courant électrique de sortie présentant un deuxième ensemble de composantes fréquentielles, le deuxième ensemble étant différent du premier ensemble.
Suivant des modes de réalisation particuliers, le procédé de filtrage comprend une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toutes les combinaisons techniquement possibles :
- chaque pilier présente une première dimension dans une première direction et une deuxième dimension dans une deuxième direction perpendiculaire à la première direction, la première direction et la deuxième direction étant chacune perpendiculaire à la direction d'empilement, la première dimension et la deuxième dimension étant, chacune, comprise strictement entre 10 nanomètres et 10 micromètres.
- le premier matériau présente une première aimantation, le procédé comprenant, en outre, une étape de variation temporelle de la première aimantation de la couche libre correspondante avec la fréquence de résonance du premier pilier.
- la première composante fréquentielle présente une première amplitude, la deuxième composante fréquentielle présente une deuxième amplitude, et une fonction de transfert est définie pour le premier pilier comme étant le rapport, en valeur absolue, de la première amplitude et de la deuxième amplitude, la fonction de transfert étant une fonction au moins de la première fréquence et présentant une pluralité de maxima locaux, chaque maximum local correspondant à une troisième fréquence égale, à dix pourcents près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance du premier pilier et un deuxième nombre entier naturel.
- le premier nombre entier naturel est égal à deux.
- au cours de l'étape de génération d'un deuxième courant, au moins deux deuxièmes courants sont générés, chacun du premier pilier et du deuxième pilier étant traversé par un deuxième courant selon la direction d'empilement, au cours de l'étape d'excitation, le premier pilier et le deuxième pilier sont, chacun, excités par l'organe de couplage, au cours de l'étape de génération d'une deuxième composante fréquentielle, une deuxième composante fréquentielle est générée par chacun du premier pilier et du deuxième pilier dans le deuxième courant électrique correspondant, et au cours de l'étape de formation, le courant électrique de sortie est formé, par l'additionneur, à partir de chaque deuxième courant.
- le premier matériau comprend au moins un élément choisi dans le groupe constitué de Co, Ni et Fe et Bo.
- le premier pilier est propre à imposer un déphasage entre la première composante fréquentielle et la deuxième composante fréquentielle correspondante, le déphasage étant égal à zéro degrés, à cinq degrés près.
- le premier pilier est propre à imposer un déphasage entre la première composante fréquentielle et la deuxième composante fréquentielle correspondante, le déphasage étant égal à 180 degrés, à cinq degrés près.
- le filtre comprend, en outre un conducteur électrique d'entrée propre à recevoir le premier courant et à délivrer le premier courant à l'organe de couplage, et un conducteur électrique de sortie propre à alimenter un dispositif électronique avec un courant électrique de sortie, l'additionneur étant, en outre, propre à former le courant électrique de sortie à partir, au moins, du premier courant et du deuxième courant, le deuxième courant présentant une intensité, le courant électrique de sortie présentant au moins une composante radiofréquence de sortie présentant une fréquence de sortie égale à la première fréquence et une amplitude de sortie, le procédé comprenant, en outre, une étape de calibration au cours de laquelle l'intensité du deuxième courant est modifiée, par l'organe de commande, entre une première valeur d'intensité pour laquelle l'amplitude de sortie présente une première valeur d'amplitude et une deuxième valeur d'intensité pour laquelle l'amplitude de sortie présente une deuxième valeur d'amplitude inférieure ou égale à un millième de la première valeur d'amplitude.
- l'étape de calibration comprend la variation temporelle monotone de l'intensité du deuxième courant à partir de la première valeur d'intensité, la mesure de l'amplitude de sortie, et la détermination de la deuxième valeur d'intensité lorsque l'amplitude de sortie est égale à la deuxième valeur d'amplitude.
Des caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif, et faite en référence aux dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 est une représentation schématique d'un premier exemple de filtre radiofréquence comprenant une pluralité de piliers,
- la figure 2 est une vue en coupe d'un pilier de la figure 1 ,
- la figure 3 est un ordinogramme d'un procédé de filtrage fréquentiel mis en œuvre par le filtre de la figure 1 ,
- la figure 4 est une représentation schématique d'un deuxième exemple de filtre radiofréquence, et
- la figure 5 est un ordinogramme d'un deuxième procédé de filtrage fréquentiel mis en œuvre par le filtre de la figure 4.
Un premier exemple de filtre radiofréquence 10 est représenté sur la figure 1 . Le filtre 10 est apte à recevoir en entrée un premier courant électrique C1 , et à générer, à partir du premier courant électrique C1 , un courant électrique de sortie Cs.
Le filtre 10 comprend un substrat 15, au moins un organe de commande 20, un organe de couplage 25, un conducteur électrique d'entrée 30, un conducteur électrique de sortie 35, un additionneur 40, une pluralité de premiers conducteurs électriques de liaison 45, une pluralité de deuxièmes conducteurs électriques de liaison 50 et une pluralité de piliers 55A, 55B, 55C. Dans la suite de cette description, chaque pilier 55A, 55B, 55C sera repéré par une lettre A, B, C correspondante. Afin de simplifier la description, les mêmes lettres seront utilisées pour repérer des courants ou des composantes fréquentielles associés à chaque pilier 55A, 55B, 55C. Par exemple, un deuxième courant C2 traversant le premier pilier 55A sera noté C2A, et ainsi de suite.
Le substrat 15 présente une face supérieure Fs. La face supérieure Fs est plane. Il est défini, pour le substrat 15, une direction d'empilement Z. La direction d'empilement Z est perpendiculaire à la face supérieure Fs du substrat 15.
Il est, en outre, défini pour le substrat 15 une première direction X et une deuxième direction Y. La première direction X est perpendiculaire à la direction d'empilement Z. La deuxième direction Y est perpendiculaire à la première direction X. La deuxième direction Y est perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
Chaque organe de commande 20 est configuré pour générer un deuxième courant continu C2A, C2B, C2C.
En variante, l'organe de commande 20 est configuré pour générer une pluralité de deuxièmes courants continus C2A, C2B, C2C et pour délivrer chaque deuxième courant continu C2A, C2B, C2C à un pilier 55A, 55B, 55C correspondant. Le filtre 10 comprend alors un seul organe de commande 20.
L'organe de couplage 25 est connecté électriquement au conducteur électrique d'entrée 30.
L'organe de couplage 25 est un conducteur électrique propre à permettre la circulation du premier courant C1 .
De préférence, l'organe de couplage 25 est réalisé en forme d'une bande à section rectangulaire. L'organe de couplage 25 présente au moins une face perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
L'organe de couplage 25 présente une largeur mesurée dans la première direction X et une hauteur mesurée selon la direction d'empilement Z. La largeur est comprise entre 1 micromètre (μηι) et 30 μηι. La hauteur est comprise entre 100 nanomètre (nm) et 500 nm.
L'organe de couplage 25 est, par exemple, réalisé en or. En variante, chaque conducteur électrique de liaison 45 est réalisé en cuivre.
En complément facultatif, une couche d'accrochage permettant une meilleure tenue mécanique sépare chaque conducteur électrique de liaison 45 du pilier 55 correspondant.
L'organe de couplage 25 et au moins un pilier 55A, 55B, 55C sont superposés selon la direction d'empilement Z. De préférence, chaque pilier 55A, 55B, 55C sépare du substrat 15 au moins une portion de l'organe de couplage 25 selon la direction d'empilement Z.
Le conducteur d'entrée 30 est propre à recevoir le premier courant C1 .
Le conducteur de sortie 35 est propre à recevoir de l'additionneur 40 le courant électrique de sortie Cs. Le conducteur de sortie 35 est propre à délivrer le courant électrique de sortie Cs à un appareil électronique.
L'additionneur 40 est configuré pour générer le courant électrique de sortie Cs. Chaque premier conducteur électrique de liaison 45 est propre à connecter électriquement un organe de commande 20 respectif à un pilier 55A, 55B, 55C correspondant.
Chaque premier conducteur électrique de liaison 45 est, par exemple, réalisé en forme d'une bande à section rectangulaire. Chaque premier conducteur électrique de liaison 45 présente au moins une face perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
Chaque premier conducteur électrique de liaison 45 est, par exemple, réalisé en or ou en cuivre. La pluralité de piliers 55A, 55B, 55C comprend un premier pilier 55A et au moins un deuxième pilier 55B. Dans l'exemple de la figure 1 , la pluralité de piliers comprend un premier pilier 55A, un deuxième pilier 55B et deux troisièmes piliers 55C.
Le terme « pilier » est utilisé dans le domaine de la microélectronique pour désigner une structure tridimensionnelle micrométrique ou nanométrique à sommet plat portée par le substrat 15.
Il est entendu, pour une structure tridimensionnelle, par le terme « micrométrique » que la structure présente au moins une dimension inférieure ou égale à 100 micromètres (μηι). Il est entendu, pour une structure tridimensionnelle, par le terme « nanométrique » que la structure présente au moins une dimension inférieure ou égale à 100 nanomètres (nm).
Chaque pilier 55A, 55B, 55C est délimité, selon la direction d'empilement Z, par une première face 60 et par une deuxième face 65. La deuxième face 65 est en contact avec la face supérieure Fs du substrat 15. Chaque pilier 55A, 55B, 55C est, en outre, délimité dans un plan perpendiculaire à la direction d'empilement Z par au moins une face latérale 70.
La première face 60 est plane. La première face 60 est perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
La deuxième face 65 est plane. La deuxième face 65 est perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
La face latérale 70 est perpendiculaire à la première face 60 et à la deuxième face 65. Chaque pilier 55A, 55B, 55C présente une première dimension selon la première direction X, une deuxième dimension selon la deuxième direction Y, et une hauteur selon la direction d'empilement Z.
La première dimension est comprise strictement entre 20 nm et 5 μηι ; la deuxième dimension est comprise strictement entre 20 nm et 5 μηι.
La hauteur de chaque pilier est comprise entre 5 nm et 2 μηι.
Par exemple, chaque pilier 55A, 55B, 55C est cylindrique à base circulaire. Il est entendu par « cylindrique » que chaque pilier 55A, 55B, 55C est délimité par deux plans parallèles entre eux et par une surface délimitée par toutes les droites parallèles à une droite appelée génératrice du cylindre et coupant une courbe fermée appelée la courbe directrice du cylindre.
La courbe directrice de chaque pilier 55A, 55B, 55C est circulaire.
La génératrice de chaque pilier 55A, 55B, 55C est parallèle à la direction d'empilement Z.
Chaque pilier 55A, 55B, 55C présente un diamètre mesuré dans un plan perpendiculaire à la direction d'empilement Z. Le diamètre de chaque pilier 55A, 55B, 55C est compris strictement entre 20 nm et 5 μηι.
Chaque pilier 55A, 55B, 55C comporte un empilement 75 de couches superposées selon la direction d'empilement Z et une couche de passivation 80.
L'empilement 75 comprend une couche libre 85, une couche fixe 90 et une couche barrière 95.
La couche libre 85 est réalisée en un premier matériau magnétique M1 .
Dans la suite de cette description, il est entendu par le terme « matériau magnétique », un matériau présentant une aimantation orientée selon une direction d'aimantation spécifique. Cela signifie que le matériau comprend une pluralité de moments magnétiques, et la résultante des moments magnétiques est un vecteur non nul. La direction d'aimantation est définie comme étant la direction de la résultante des moments magnétiques. Les moments magnétiques sont, par exemple, portés par des électrons présents dans le matériau.
En particulier, le terme « matériau magnétique » sera utilisé pour un matériau ferromagnétique ou un matériau ferrimagnétique.
Le premier matériau magnétique M1 est, par exemple, un matériau ferromagnétique.
Dans un matériau ferromagnétique, les moments magnétiques sont orientés parallèlement les uns aux autres. Lorsqu'un matériau ferromagnétique est soumis à un champ magnétique extérieur, les moments magnétiques du matériau s'orientent, en restant parallèles les uns aux autres, dans la direction du champ magnétique extérieur.
Dans un matériau ferrimagnétique, les moments magnétiques sont orientés antiparallèlement les uns aux autres, sans pour autant se compenser parfaitement.
La résultante des moments dans un matériau ferrimagnétique présente une norme strictement inférieure à la norme de la résultante des moments dans le matériau si le matériau était ferromagnétique. Lorsqu'un matériau ferrimagnétique est soumis à un champ magnétique extérieur, les moments magnétiques du matériau s'orientent, tout en restant antiparallèles les uns aux autres, de telle sorte que la résultante soit orientée dans la direction du champ magnétique extérieur.
Un grand nombre de matériaux ferromagnétiques comprennent du Cobalt (Co), du Fer (Fe), et/ou du Nickel (Ni). Par exemple, le premier matériau M1 est un alliage de plusieurs éléments, dont l'un au moins choisi dans le groupe constitué du Cobalt, du Fer et du Nickel.
De préférence, le premier matériau M1 est choisi dans le groupe constitué du
Cobalt, du Fer, du Nickel, et de leurs alliages. Par exemple, le premier matériau M1 est le Permalloy NiFe.
En variante, le premier matériau M1 est un alliage de Cobalt, de Fer, ou encore un alliage de Co, de Fe et de Bore (Bo).
La couche libre 85 présente une première aimantation A1 . La première aimantation A1 est variable. Cela signifie que la couche libre 85 est configurée pour que la première aimantation A1 varie au cours du temps.
Par exemple, la couche libre 85 est configurée pour que la première aimantation A1 soit modifiée par l'application d'un champ électromagnétique au pilier 55A, 55B, 55C considéré.
La couche libre 85 est sensiblement planaire. Dans le cadre de cette description, il est entendu par « sensiblement planaire » que la couche considérée présente une largeur selon la première direction X, une longueur selon la deuxième direction Y, et une épaisseur selon la direction d'empilement Z, et que la longueur et la largeur de la couche considérée sont chacune supérieure ou égale à dix fois l'épaisseur de la couche considérée.
La couche libre 85 est, de préférence, perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
La couche libre 85 présente une première épaisseur e1 . La première épaisseur e1 est, par exemple, comprise entre 1 nm et 30 nm. La couche libre 85 est délimitée au moins partiellement, selon la direction d'empilement Z, par la couche de passivation 80 et par la couche barrière 95.
Selon l'exemple de la figure 2, la couche libre 85 est en contact électrique avec le deuxième conducteur électrique de liaison 50. Le deuxième conducteur électrique de liaison 50 est, par exemple, partiellement reçu entre la couche libre 85 et la couche de passivation 80.
La couche fixe 90 présente une deuxième aimantation A2. La deuxième aimantation A2 est fixe. Cela signifie que l'orientation de la deuxième aimantation A2 est invariante au cours du temps.
La couche fixe 90 est réalisée au moins partiellement en un deuxième matériau magnétique M2. Par exemple, la couche fixe comprend une couche d'un matériau ferromagnétique et une couche de Ruthénium.
La couche fixe 90 est sensiblement planaire. La couche fixe 90 est, de préférence, perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
La couche fixe 90 présente une deuxième épaisseur e2. La deuxième épaisseur e2 est, par exemple, comprise entre 1 nm et 30 nm.
La couche fixe 90 est délimitée au moins partiellement, selon la direction d'empilement Z, par la couche barrière 95 et par le premier conducteur de liaison 45.
La couche barrière 95 est sensiblement planaire. La couche barrière 95 est, de préférence, perpendiculaire à la direction d'empilement Z.
Selon la direction d'empilement Z, la couche barrière 95 sépare la couche fixe 90 et la couche libre 85.
La couche barrière 95 présente une troisième épaisseur e3. La troisième épaisseur e3 est comprise, par exemple, entre 0,5 nm et 5 nm.
La couche barrière 95 est réalisée en un matériau non magnétique. De préférence, la couche barrière 95 est réalisée en un matériau non magnétique et électriquement isolant. La couche barrière 95 est, par exemple, réalisée en oxyde de magnésium (MgO).
La couche de passivation 80 est adaptée pour isoler électriquement et chimiquement l'empilement 75 de l'extérieur de la couche de passivation 80. Par exemple, la couche de passivation 80 est une couche conforme recouvrant l'empilement 75. Une couche conforme est une couche présentant une épaisseur uniforme, et dont la forme reproduit la forme d'une structure recouverte par la couche.
La couche de passivation 80 est réalisée en un quatrième matériau M4. Le quatrième matériau M4 est un oxyde. De préférence, le quatrième matériau M4 est l'oxyde de silicium Si02. L'oxyde de silicium Si02 est un matériau isolant fréquemment utilisé dans le domaine de la microélectronique. Le fonctionnement du premier exemple de filtre 10 va maintenant être décrit.
Un ordinogramme d'un procédé de filtrage fréquentiel mis en œuvre par le filtre 10 est représenté sur la figure 3.
Le procédé comprend une étape 100 de fourniture d'un filtre 10 tel que décrit ci- dessus, une étape 1 10 de génération d'une pluralité de deuxièmes courants C2A, C2B, une étape 120 de variation temporelle de la première aimantation A1 , une étape 130 d'excitation, une étape 140 de génération d'une deuxième composante fréquentielle c2A, c2B et une étape 150 de formation du courant électrique de sortie Cs.
Lors de l'étape 100 de fourniture, le filtre 10 est fourni. Par exemple, lors de l'étape 100 de fourniture, le filtre 10 est fabriqué en utilisant des techniques de dépôt de couches minces et des techniques de gravure. De préférence, le filtre 10 est intégré dans une installation électronique comprenant un appareil électronique que le filtre 10 est propre à alimenter avec le courant électrique de sortie Cs.
Lors de l'étape 100 de fourniture, le premier courant électrique C1 est délivré au conducteur électrique d'entrée 30.
Lors de l'étape 1 10 de génération d'un deuxième courant, un deuxième courant C2A est généré par l'organe de commande 20 correspondant.
Chaque deuxième courant électrique C2A, C2B, C2C est transmis à un pilier 55A, 55B, 55C correspondant à travers le premier conducteur électrique de liaison 45 correspondant.
Le deuxième courant C2A traverse le premier pilier 55A selon la direction d'empilement Z.
De préférence, au moins deux deuxièmes courants C2A, C2B sont générés. Le premier pilier 55A et le deuxième pilier 55B sont, chacun, traversés selon la direction d'empilement Z par un deuxième courant C2A, C2B respectif.
Par exemple, seuls le premier pilier 55A et le deuxième pilier 55B sont traversés chacun par un deuxième courant C2A, C2B respectif. Les deuxièmes courants C2C correspondant aux deux troisièmes piliers 55C ne sont pas générés.
Chaque deuxième courant électrique C2A, C2B présente une deuxième tension U2A, U2B et une deuxième intensité I2A, I2B. De préférence, la deuxième intensité I2A, I2B est constante. La deuxième intensité I2A, I2B est comprise, par exemple, entre 5 microampères et 50 milliampères. La deuxième tension U2A, U2B est comprise, par exemple, entre 5 microvolts et 750 millivolts. La deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A est égale à une première valeur d'intensité vil . Chaque deuxième courant électrique C2A, C2B, C2C traverse le pilier 55A, 55B, 55C correspondant selon la direction d'empilement Z.
Chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C est délivré, par le pilier 55A, 55B, 55C correspondant à l'additionneur 40 à travers le deuxième conducteur de liaison 50 correspondant.
Lors de l'étape de variation, la première aimantation du premier pilier 55A et du deuxième pilier 55B sont modifiées au cours du temps.
Plus précisément, les moments magnétiques présents dans la couche libre 85 sont mis en mouvement, au point de résulter en une variation temporelle de la première aimantation A1 . Par exemple, l'amplitude de la première aimantation A1 varie périodiquement dans le temps. De préférence, l'orientation de la première aimantation A1 varie périodiquement dans le temps.
En pratique, la variation temporelle périodique est obtenue par la création, dans la couche libre 85, d'une configuration magnétique dans laquelle l'orientation des moments magnétiques est, à un instant donné, non uniforme. Par exemple, la variation temporelle périodique est un ensemble d'au moins une onde de spin.
La configuration magnétique de la couche libre 85 est obtenue grâce au deuxième courant C2A, C2B respectif.
Par effet de « couple de transfert de spin », une onde de spin SW est générée dans la couche libre 85.
Par exemple, les moments magnétiques subissent chacun un mouvement de précession autour d'une direction moyenne. Le mouvement de précession se traduit par une variation locale de la direction de la première aimantation A1 du premier matériau magnétique M1 . La déviation locale de l'aimantation est susceptible de se propager dans le premier matériau magnétique M1 sous la forme d'une onde appelée « onde de spin » SW.
L'onde de spin SW est, par exemple, une onde stationnaire. Une onde stationnaire est le phénomène résultant de la propagation simultanée dans des directions différentes de plusieurs ondes de même fréquence, dans le même milieu physique, qui forme une figure dont certains éléments sont fixes dans le temps. Au lieu d'y voir une onde qui se propage, on constate une vibration stationnaire mais d'intensité différente, en chaque point observé.
En variante, la couche libre 85 présente une configuration en vortex de la première aimantation A1 dans laquelle les moments magnétiques sont orientés perpendiculairement à la direction d'empilement Z et s'enroulent autour du centre de la couche libre 85, sauf dans une région centrale de la couche libre 85. Dans la région centrale, les moments magnétiques ne sont pas perpendiculaires à la direction d'empilement Z.
Une fréquence de résonance fOA, fOB, fOC est définie pour chaque pilier 55A, 55B, 55C. La fréquence de résonance fOA, fOB, fOC est la fréquence à laquelle la première aimantation A1 varie.
La fréquence de résonance fOA, fOB, fOC est une fréquence caractéristique de la configuration des moments magnétiques dans la couche libre 85. La fréquence de résonance fOA, fOB, fOC dépend, entre autres, de la nature du premier matériau M1 , du diamètre du pilier 55A, 55B, 55C considéré, et de l'épaisseur de la couche libre 85.
La fréquence de résonance fOA, fOB, fOC est, par exemple, la fréquence de l'onde de spin.
La fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A est différente de la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B. Par exemple, la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A est égale à 300 MHz, et la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B est égale à 400 MHz.
De préférence, la fréquence de résonance fOA, fOB, fOC de chaque pilier 55A, 55B, 55C est différente de la fréquence de résonance fOA, fOB, fOC de chaque autre pilier 55A, 55B, 55C.
Une résistance électrique R est définie pour chaque pilier 55A, 55B, 55C comme étant la résistance électrique perçue par le deuxième courant C2A, C2B, C2C correspondant lorsque le deuxième courant C2A, C2B, C2C traverse le pilier 55A, 55B, 55C.
La couche libre 85, la couche fixe 90 et la couche barrière 95 forment une jonction tunnel magnétique. La résistance R de chaque pilier 55A, 55B, 55C est alors susceptible d'être modifiée par une modification de l'aimantation de la couche libre 85 et/ou une modification de l'aimantation de la couche fixe 90.
Selon l'effet de « magnétorésistance tunnel », la résistance électrique R de chaque pilier 55A, 55B, 55C dépend de l'angle entre la première aimantation A1 et la deuxième aimantation A2. Si l'amplitude de la première aimantation A1 est fixe, la résistance électrique R dépend donc de l'orientation des moments magnétiques de la couche libre 85 du pilier 55A, 55B, 55C considéré.
En conséquence, lorsque chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C traverse la couche libre 85 correspondante présentant une variation périodique de la première aimantation A1 , par effet de « magnétorésistance tunnel, la résistance R du pilier 55A, 55B, 55C varie au cours du temps avec la fréquence de résonance fOA, fOB, fOC du pilier 55A, 55B, 55C considéré. Chaque pilier 55A, 55B, 55C génère donc dans le deuxième courant C2A, C2B, C2C correspondant, lorsque l'organe de couplage 25 ne génère pas le champ électromagnétique EM, une composante fréquentielle appelée troisième composante fréquentielle C3. La troisième composante fréquentielle c3 présente la fréquence de résonance fOA, fOB, fOC du pilier 55A, 55B, 55C correspondant.
Chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C est donc transformé en courant variable par le pilier 55A, 55B, 55C respectif.
Lors de l'étape 130 d'excitation, le premier courant C1 est transmis, par le conducteur électrique d'entrée 30, à l'organe de couplage 25.
Le premier courant C1 présente une première tension U1 et une première intensité 11 .
Le premier courant C1 présente un premier ensemble E1 de composantes fréquentielles d'entrée cfe.
Il est entendu, pour un courant électrique, par le terme « présentant un ensemble de composantes fréquentielles » qu'il existe au moins une décomposition du courant dans laquelle le courant est la somme de plusieurs courants dont au moins un est un courant sinusoïdal. Chaque composante fréquentielle présente une tension et une intensité, qui sont chacune calculées mathématiquement par une transformée de Fourier de la tension ou de l'intensité du courant.
Le premier ensemble E1 comprend au moins une composante fréquentielle d'entrée nommée première composante c1 .
Par exemple, le premier ensemble E1 comprend la première composante fréquentielle c1 , une quatrième composante fréquentielle c4 et une cinquième composante fréquentielle c5. La quatrième composante fréquentielle c4 présente une quatrième fréquence f4 et la cinquième composante fréquentielle c5 présente une cinquième fréquence f5.
Chaque composante fréquentielle d'entrée cfe est une composante radiofréquence présentant une fréquence d'entrée fe comprise entre 3 kHz et 3 GHz.
Chaque composante fréquentielle d'entrée cfe présente une amplitude d'entrée ae.
Dans la suite de cette description, l'amplitude d'une grandeur variable, telle qu'une tension ou une intensité d'une composante fréquentielle, est définie comme étant la différence entre la valeur maximale et la valeur minimale de la grandeur, en valeur absolue.
La première composante fréquentielle c1 présente une première amplitude a1 . La première composante fréquentielle c1 présente une première fréquence f1 égale, à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A et un premier nombre entier naturel n1 correspondant. Cela s'écrit mathématiquement :
2 f
/1 =— (Equation 1 )
ni
De préférence, le premier nombre entier naturel n1 est égal à deux. Dans ce cas, la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A est égale à la première fréquence f 1 .
En variante, le premier nombre entier naturel n1 est égal à un, c'est-à-dire que la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A est égale à la moitié de la première fréquence f1 .
Selon une autre variante, le premier nombre entier naturel n1 est supérieur ou égal à 3.
La quatrième fréquence f4 est différente de la première fréquence f1 .
Par exemple, la quatrième fréquence f4 n'est pas égale, à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fO du premier pilier 55A et un premier nombre entier naturel n1 . La quatrième fréquence f4 est égale, à 10% près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B et un premier nombre entier naturel n1 respectif.
La cinquième fréquence f5 est différente de la première fréquence f1 et de la quatrième fréquence f4.
Par exemple, la cinquième fréquence f5 n'est pas égale, à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fO du premier pilier 55A et un premier nombre entier naturel n1 respectif.
La cinquième fréquence f5 n'est pas égale, à 10% près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B et un premier nombre entier naturel n1 respectif.
L'organe de couplage 25 génère, à partir du premier courant C1 , un champ électromagnétique EM. Le champ électromagnétique EM présente la première fréquence f 1 . Le champ électromagnétique EM présente, en outre, la quatrième fréquence f4 et la cinquième fréquence f5.
Le champ électromagnétique EM présente une longueur d'onde λ définie comme étant le rapport entre la célérité c de la lumière dans le vide et la première fréquence f 1 .
L'organe de couplage 25 excite au moins une portion de chaque pilier 55A, 55B, 55C avec le champ électromagnétique EM. Par exemple, l'organe de couplage 25 excite la couche libre 85 avec le champ électromagnétique EM. Cela signifie que, lorsque le pilier 55A, 55B, 55C considéré est traversé par le deuxième courant C2A, C2B, C2C correspondant, au moins une grandeur du deuxième courant électrique C2A, C2B, C2C est modifiée lorsque le pilier 55A, 55B, 55C est soumis au champ électromagnétique EM par rapport à la même grandeur lorsque le pilier 55A, 55B, 55C n'est pas soumis au champ électromagnétique EM. Par exemple, lorsque le pilier 55A, 55B, 55C est soumis au champ électromagnétique EM, une intensité du deuxième courant et/ou une tension du deuxième courant sont modifiées.
L'organe de couplage 25 est distant de chaque pilier 55A, 55B, 55C d'une distance maximale inférieure à la longueur d'onde λ. La distance maximale est définie comme étant la distance entre le point de l'organe de couplage 25 le plus proche du pilier 55A, 55B, 55C et le point du pilier 55A, 55B, 55C le plus éloigné de l'organe de couplage 25.
Lors de l'étape 140 de génération d'une deuxième composante fréquentielle, une deuxième composante fréquentielle c2A est générée par le premier pilier 55A, par effet paramétrique et par résonance classique, dans le deuxième courant C2A correspondant.
L'effet paramétrique, mélangé avec la résonance classique, résulte, lors de l'excitation d'un système présentant une fréquence de résonance, en l'apparition d'une réponse du système à la fréquence de résonance lorsque l'excitation est effectuée avec une fréquence multiple de la demie fréquence de résonance du système.
Ici, via l'excitation du premier pilier 55A par le champ électromagnétique EM présentant une fréquence multiple de la demie fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A (selon l'équation 1 ), la deuxième composante fréquentielle c2A présentant la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A est générée dans le deuxième courant C2A correspondant.
La direction de la première aimantation A1 de la couche libre 85 du premier pilier 55A est modifiée par le champ électromagnétique EM. Le champ électromagnétique EM exerce sur chaque moment magnétique de la couche libre 85 un couple de rotation qui modifie l'orientation de chaque moment magnétique.
Par effet de « magnétorésistance tunnel », la résistance électrique R du premier pilier 55A est modifiée par le champ électromagnétique EM. Comme le champ électromagnétique EM présente la première fréquence f 1 , qui est multiple de la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A, par effet paramétrique, et par résonance classique, la résistance électrique R du premier pilier 55A varie avec la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A. La deuxième fréquence f2A de la deuxième composante fréquentielle c2A générée par le premier pilier 55A est donc égale à la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A. Comme la quatrième fréquence f4 est égale, à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B et un premier entier naturel n1 correspondant, le deuxième pilier 55B génère, par effet paramétrique, et par résonance classique, la deuxième composante fréquentielle c2B respective dans le deuxième courant C2B correspondant. La deuxième fréquence f2B de la deuxième composante fréquentielle c2B générée par le deuxième pilier 55B est égale à la fréquence de résonance fOB du deuxième pilier 55B.
Chaque deuxième composante fréquentielle c2A, c2B est donc générée, par le pilier 55A, 55B correspondant, à partir d'une composante fréquentielle d'entrée cfe correspondante, en l'occurrence la première composante fréquentielle c1 ou la quatrième composante fréquentielle c4.
La cinquième fréquence f5 n'est pas égale, à 10 % près, à une troisième fréquence f3 du premier pilier 55A ni du deuxième pilier 55B. En conséquence, aucune deuxième composante fréquentielle c2 pour laquelle la deuxième fréquence f2 est égale à la cinquième fréquence f5 n'est générée dans aucun des deuxièmes courants C2A, C2B, C2C.
Chaque deuxième composante fréquentielle c2A, c2B est générée à partir d'une composante fréquentielle d'entrée cfe correspondante.
Chaque deuxième composante fréquentielle c2A, c2B présente une deuxième amplitude a2A, a2B et une deuxième fréquence f2A, f2B.
Chaque deuxième fréquence f2A, f2B est égale à la fréquence de résonance fOA, fOB du pilier 55A, 55B correspondant.
Grâce à l'effet paramétrique, mélangé avec la résonance classique, la deuxième amplitude a2A présente une valeur très supérieure à la valeur que la deuxième amplitude a2A présenterait si la première fréquence n'était pas égale, à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOA du premier pilier 55A et un premier entier naturel n1 .
Une fonction de transfert F est définie pour le premier pilier 55A comme étant le rapport, en valeur absolue, entre la première amplitude a1 et la deuxième amplitude a2A de la deuxième composante fréquentielle c2A correspondante. La fonction de transfert F est une fonction au moins de la première fréquence f 1 .
Par effet paramétrique, mélangé avec la résonance classique, la fonction de transfert F du premier pilier 55A présente une pluralité de maxima locaux correspondant chacun à une troisième fréquence f3 respective. Chaque troisième fréquence f3 est égale, à dix pourcents (%) près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fO du premier pilier 55A et un deuxième nombre entier naturel n2. Cela s'écrit mathématiquement :
(Equation 2)
Figure imgf000019_0001
La fonction de transfert F est une fonction continue. Chaque maximum présente donc une largeur non-nulle. De préférence, chaque maximum présente une largeur à mi- hauteur inférieure ou égale à 1 % de la troisième fréquence f3. La largeur à mi-hauteur est un paramètre défini pour de nombreuses fonctions susceptibles de représenter un tel pic, telles que la fonction Lorentzienne.
De préférence, chaque largeur à mi-hauteur est inférieure ou égale à 1 mégaHertz
(MHz).
Un déphasage d est défini entre chaque deuxième composante fréquentielle c2A, c2B, c2C et la composante fréquentielle d'entrée cfe correspondante.
Le déphasage d entre chaque deuxième composante fréquentielle c2A, c2B et la composante fréquentielle d'entrée cfe correspondante dépend de la géométrie du pilier 55A, 55B qui génère la deuxième composante fréquentielle c2A, c2B. En d'autres termes, chaque pilier 55A, 55B impose le déphasage d correspondant entre la deuxième composante fréquentielle c2A, c2B respective et la composante fréquentielle d'entrée cfe correspondante.
Le premier pilier 55A impose un déphasage d entre la première composante fréquentielle d et la deuxième composante fréquentielle c2A correspondante.
Le deuxième pilier 55B impose un déphasage d entre la quatrième composante fréquentielle c4 et la deuxième composante fréquentielle c2B correspondante.
Selon le premier exemple, chaque déphasage est égal à 0 degrés (°).
Lors de l'étape 150 de formation, l'additionneur 40 reçoit du premier pilier 55A et du deuxième pilier 55B, à travers les deuxièmes conducteurs électriques de liaison 50 correspondants, les deuxièmes courants C2A, C2B et forme le courant électrique de sortie Cs à partir des deuxièmes courants C2A, C2B.
Le courant électrique de sortie Cs présente un deuxième ensemble E2 de composantes fréquentielles comprenant au moins une composante fréquentielle de sortie cs.
Le deuxième ensemble de composantes fréquentielles E2 est différent du premier ensemble de composantes fréquentielles E1 . Cela signifie qu'il existe au moins une fréquence distinctive fd pour laquelle le premier ensemble E1 comprend une composante frequentielle présentant la fréquence distinctive fd alors que le deuxième ensemble E2 ne comprend pas de composante fréquentielle présentant la fréquence distinctive fd.
Chaque composante fréquentielle de sortie es est une composante radiofréquence présentant une fréquence de sortie fs comprise entre 3 kHz et 100 GHz.
Chaque composante fréquentielle de sortie es présente une amplitude de sortie as.
De préférence, le courant électrique de sortie Cs est formé par l'addition des deux deuxièmes courants C2A, C2B. Le courant électrique de sortie Cs présente alors une pluralité de composantes fréquentielles de sortie cs, chaque fréquence de sortie fs étant égale à une deuxième fréquence f2A, f2B respective. Le courant électrique de sortie Cs est délivré, par l'additionneur 40, au conducteur électrique de sortie 35.
Seules les composantes fréquentielles d'entrée cfe du premier courant C1 dont la fréquence est égale à 10 % près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance fOB d'un pilier 55A, 55B traversé par un deuxième courant C2A, C2B et un premier entier naturel n1 correspondant donnent lieu à la génération, dans le courant électrique de sortie Cs, d'une composante fréquentielle de sortie cs dont la fréquence de sortie fs est égale, à 10% près, à la fréquence de la composante fréquentielle d'entrée cfe.
Le filtre 10 est donc un filtre accordable, car il permet, à un utilisateur du filtre 10, de sélectionner les fréquences désirées dans le courant électrique de sortie via l'activation des piliers 55A, 55B qui sont traversés par un deuxième courant C2A, C2B.
Le filtre 10 présente un temps de réponse plus court que les filtres de l'état de la technique, car la commutation est effectuée simplement en modifiant le choix du ou des piliers 55A, 55B, 55C qui sont traversés par un deuxième courant C2A, C2B.
Les composantes fréquentielles de sortie cs présentant une fréquence de sortie qui n'est pas égale, à 10 % près, à une troisième fréquence d'un pilier 55A, 55B traversé par un deuxième courant C2A, C2B ne sont pas générées dans le courant électrique de sortie Cs.
Par effet paramétrique, mélangé avec la résonance classique, les maxima de la fonction de transfert F de chaque pilier 55A, 55B, 55C sont très fins, et l'amplitude associée est très élevée. En particulier, la fonction de transfert F de chaque pilier 55A, 55B, 55C présente une valeur de trois ordres de grandeur plus élevée lorsque la première fréquence f1 est égale, à 10 % près, à une troisième fréquence f3 que lorsque la première fréquence f1 n'est pas égale à une troisième fréquence f3. Le filtre 10 est donc très sélectif. De plus, la consommation énergétique du filtre 10 est principalement liée au deuxième courant C2A, C2B. Or, le deuxième courant C2A, C2B est un courant de faible puissance. Le filtre 10 est donc peu consommateur d'énergie.
En outre, le fonctionnement du filtre 10 est peu sensible aux rayonnements électromagnétiques. Le filtre 10 est donc plus adapté à des applications soumises à des rayonnements intenses, telles que des applications dans lesquelles le filtre 10 est utilisé dans un environnement présentant des contraintes difficiles à remplir, ou est placé près d'une source de rayonnement.
Un deuxième exemple de filtre 10 est représenté sur la figure 4. Les éléments identiques au premier exemple de filtre de la figure 1 ne sont pas décrits à nouveau. Seules les différences sont mises en évidence.
L'additionneur 40 est propre à générer le courant électrique de sortie Cs à partir de chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C et du premier courant C1 . De préférence, l'additionneur 40 est propre à générer le courant électrique de sortie Cs par l'addition de chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C et du premier courant C1 .
Dans le deuxième exemple, chaque déphasage d est égal à 180°, à 5° près.
Le fonctionnement du deuxième exemple de filtre 10 va maintenant être décrit en référence à la figure 5.
Le fonctionnement du deuxième exemple de filtre 10 comprend, en outre, une étape 160 de calibration.
Lors de l'étape 120 de génération d'un deuxième courant C2A, C2B, C2C, la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A présente la première valeur d'intensité vil .
Lors de l'étape 150 de formation du courant électrique de sortie Cs, le courant électrique de sortie Cs est formé par l'addition du premier courant C1 et de chaque deuxième courant C2A, C2B, C2C.
Chaque fréquence de sortie fs est donc égale à une fréquence d'entrée fe ou à une deuxième fréquence c2A, c2B, c2C. En particulier, le courant électrique de sortie Cs comporte une première composante fréquentielle de sortie cs1 présentant la première fréquence f1 et une première amplitude de sortie as1 .
Or, le déphasage entre la première composante fréquentielle c1 et la deuxième composante fréquentielle c2A générée par le premier pilier 55A est égal à 180°. La première amplitude de sortie as1 est donc égale à la première amplitude a1 moins la deuxième amplitude a2A de la deuxième composante fréquentielle c2A générée par le premier pilier 55A. La deuxième amplitude a2A de la deuxième composante fréquentielle c2A générée par le premier pilier 55A dépend de la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A correspondant.
La deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A présentant la première valeur d'intensité vil , la première amplitude de sortie as1 présente une première valeur d'amplitude val .
Au cours de l'étape de calibration 160, la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A est modifiée par l'organe de commande 20 entre la première valeur d'intensité vil et une deuxième valeur d'intensité vi2 différente de la première valeur d'intensité vil .
Lorsque la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A présente la deuxième valeur d'intensité vi2, l'amplitude de sortie as1 présente une deuxième valeur d'amplitude va2.
La deuxième valeur d'amplitude va2 est inférieure ou égale à un millième de la première valeur d'amplitude val . De préférence, lorsque la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A présente la deuxième valeur d'intensité vi2, la deuxième amplitude a2A correspondante est égale à la première amplitude a1 .
De préférence, au cours de l'étape de calibration 160, une rampe temporelle est appliquée par l'organe de commande 20 correspondant à la deuxième intensité I2A du deuxième courant C2A traversant le premier pilier 55A. Cela signifie que la deuxième intensité I2A varie dans le temps de manière monotone, de préférence avec un taux de variation constant.
Par exemple, la deuxième intensité I2A est augmentée à plusieurs reprises d'une quantité constante avec une période temporelle prédéterminée, et la première amplitude de sortie as1 est mesurée par l'additionneur 40 avec la période temporelle. La deuxième valeur d'intensité vi2 est déterminée par l'additionneur comme étant égale à la valeur de la deuxième intensité I2A lorsque la première amplitude de sortie as1 est égale à la deuxième valeur d'amplitude va2.
Lorsque l'étape de calibration 160 est terminée, la deuxième intensité I2A est maintenue constante et égale à la deuxième valeur d'intensité vi2. La première amplitude de sortie as1 est inférieure ou égale à un millième de la première valeur d'amplitude va2.
Le filtre 10 est alors un filtre coupe-bande.
Les avantages du deuxième exemple de filtre 10 sont identiques à ceux du premier exemple de filtre 10.

Claims

REVENDICATIONS
1 .- Procédé de filtrage fréquentiel d'un premier courant électrique (C1 ) présentant un premier ensemble (E1 ) de composantes fréquentielles, le premier ensemble (E1 ) comprenant au moins une première composante fréquentielle (c1 ) présentant une première fréquence (f1 ), le procédé comprenant les étapes de :
- fourniture (100) d'un filtre radiofréquence (10) comportant :
• une pluralité de piliers (55A, 55B, 55C) comprenant un premier pilier (55A) et au moins un deuxième pilier (55B), chaque pilier (55A, 55B, 55C) comprenant un empilement (75) de couches superposées selon une direction d'empilement (Z), l'empilement comprenant au moins :
o une couche libre (85) réalisée en un premier matériau magnétique (M1 ),
o une couche fixe (90) réalisée en un deuxième matériau magnétique (M2), et
o une couche barrière (95) réalisée en un troisième matériau (M3) non-magnétique, la couche barrière (95) séparant la couche libre (85) de la couche fixe (90) selon la direction d'empilement (Z),
• au moins un organe de commande (20),
· un organe de couplage (25),
• un conducteur électrique de sortie (35) propre à alimenter un dispositif électronique avec un courant électrique de sortie (Cs), et
• un additionneur (40),
chaque pilier (55A, 55B, 55C) étant propre, lorsque le pilier (55A, 55B, 55C) considéré est traversé par un courant continu et n'est pas excité par l'organe de couplage (25), à générer dans le courant continu une troisième composante fréquentielle (c3) présentant une fréquence appelée fréquence de résonance (fOA, fOB, fOC) dudit pilier (55A, 55B, 55C),
- génération (120) d'un deuxième courant électrique (C2A) traversant le premier pilier (55A) selon la direction d'empilement (Z), par l'organe de commande (20),
- excitation (130), par l'organe de couplage (25), du premier pilier (55A) avec un champ électromagnétique (EM) présentant la première fréquence (f1 ), la première fréquence (f1 ) étant égale, à dix pourcents près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance (fOA) du premier pilier (55A) et un premier nombre entier naturel (n1 ), - génération (140), par le premier pilier (55A), d'une deuxième composante fréquentielle (c2) dans le deuxième courant (C2A) respectif, et
- formation (150), par l'additionneur (40), d'un courant électrique de sortie (Cs) à partir au moins du deuxième courant, (C2A) le courant électrique de sortie (Cs) présentant un deuxième ensemble (E2) de composantes fréquentielles, le deuxième ensemble (E2) étant différent du premier ensemble (E1 ).
2. - Procédé selon la revendication 1 , dans lequel chaque pilier (55A, 55B, 55C) présente une première dimension dans une première direction (X) et une deuxième dimension dans une deuxième direction (Y) perpendiculaire à la première direction (X), la première direction (X) et la deuxième direction (Y) étant chacune perpendiculaire à la direction d'empilement (Z),
la première dimension (X) et la deuxième dimension (Y) étant, chacune, comprise strictement entre 10 nanomètres et 10 micromètres.
3. - Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le premier matériau (M1 ) présente une première aimantation (A1 ), le procédé comprenant, en outre, une étape (1 10) de variation temporelle de la première aimantation (A1 ) de la couche libre (85) correspondante avec la fréquence de résonance (fOA) du premier pilier (55A).
4. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel la première composante fréquentielle (c1 ) présente une première amplitude (a1 ), la deuxième composante fréquentielle (c2) présente une deuxième amplitude (a2), et une fonction de transfert (F) est définie pour le premier pilier (55A) comme étant le rapport, en valeur absolue, de la première amplitude (a1 ) et de la deuxième amplitude (a2), la fonction de transfert (F) étant une fonction au moins de la première fréquence (f1 ) et présentant une pluralité de maxima locaux, chaque maximum local correspondant à une troisième fréquence (f3) égale, à dix pourcents près, au rapport entre le double de la fréquence de résonance (fOA) du premier pilier (55A) et un deuxième nombre entier naturel (n2).
5.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le premier nombre entier naturel (n1 ) est égal à deux.
6.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel - au cours de l'étape (120) de génération d'un deuxième courant (C2A, C2B, C2C), au moins deux deuxièmes courants (C2A, C2B) sont générés, chacun du premier pilier (55A) et du deuxième pilier (55B) étant traversé par un deuxième courant (C2A, C2B) selon la direction d'empilement (Z),
-au cours de l'étape d'excitation (130), le premier pilier (55A) et le deuxième pilier
(55B) sont, chacun, excités par l'organe de couplage (25),
- au cours de l'étape de génération (140) d'une deuxième composante fréquentielle (c2), une deuxième composante fréquentielle (c2A, c2B) est générée par chacun du premier pilier (55A) et du deuxième pilier (55B) dans le deuxième courant électrique (C2A, C2B) correspondant, et
- au cours de l'étape de formation (150), le courant électrique de sortie (Cs) est formé, par l'additionneur (40), à partir de chaque deuxième courant (C2A, C2B, C2C).
7. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel le premier matériau (M1 ) comprend au moins un élément choisi dans le groupe constitué de
Co, Ni et Fe et Bo.
8. - Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le premier pilier (55A) est propre à imposer un déphasage (d) entre la première composante fréquentielle (c1 ) et la deuxième composante fréquentielle (c2A) correspondante, le déphasage (d) étant égal à zéro degrés (°), à cinq degrés (°) près.
9.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le premier pilier (55A) est propre à imposer un déphasage (d) entre la première composante fréquentielle (d ) et la deuxième composante fréquentielle (c2A) correspondante, le déphasage (d) étant égal à 180 degrés (°), à cinq degrés (°) près.
10.- Procédé selon la revendication 9, dans lequel le filtre (10) comprend, en outre :
-un conducteur électrique d'entrée propre (30) à recevoir le premier courant (C1 ) et à délivrer le premier courant (C1 ) à l'organe de couplage (25), et
- un conducteur électrique de sortie (35) propre à alimenter un dispositif électronique avec un courant électrique de sortie (Cs),
l'additionneur (40) étant, en outre, propre à former le courant électrique de sortie (Cs) à partir, au moins, du premier courant (C1 ) et du deuxième courant (C2A), le deuxième courant (C2A) présentant une intensité (i2A), le courant électrique de sortie (Cs) présentant au moins une composante radiofréquence de sortie (es) présentant une fréquence de sortie (fs) égale à la première fréquence (f1 ) et une amplitude de sortie (as1 ),
le procédé comprenant, en outre, une étape (160) de calibration au cours de laquelle l'intensité du deuxième courant (i2A) est modifiée, par l'organe de commande (20), entre une première valeur d'intensité (vil ) pour laquelle l'amplitude de sortie (as1 ) présente une première valeur d'amplitude (val ) et une deuxième valeur d'intensité (vi2) pour laquelle l'amplitude de sortie (as1 ) présente une deuxième valeur d'amplitude (va2) inférieure ou égale à un millième de la première valeur d'amplitude (val ).
1 1 .- Procédé selon la revendication 10, dans lequel l'étape (160) de calibration comprend:
- la variation temporelle monotone de l'intensité (i2A) du deuxième courant (C2A) à partir de la première valeur d'intensité (val ),
- la mesure de l'amplitude de sortie (as1 ), et
- la détermination de la deuxième valeur d'intensité (vi2) lorsque l'amplitude de sortie (as1 ) est égale à la deuxième valeur d'amplitude (va2).
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US4460463A (en) * 1982-02-12 1984-07-17 Japan Organo Co., Ltd. Electromagnetic filter
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