Brevet FR2006065A1 — publié le 19691219

i 2006065 la présente invention concerne un dispositif perfectionné de commande de courant électrique destiné à des fonctions de commande et de commutation comme le dispositif de commande de courant électrique que l'on à déjà décrit dans le brevet amé-5 ricain Ho» 3«271«591* Sous ce rapport, on utilise, dans l'invention, une matière semi-conductrice différente composée essentiellement de bore et d'un métal de terres rares. Bien que divers métaux de terres rare» peuvent être utilisés dans la matière semi-conductrice, on obtient des résultats particu-10 lièrement satisfaisants lorsque l'yttrium est employé comme métal de terres rares en liaison avec le bore» Bien'que les métaux des terres rares ne comportent pas le soandium, l'yttrium et le lanthane dans le Tableau Périodique, on considère que ceux-ci sont des métaux de terres rares car leurs propriétés 15 chimiques ainsi que leur ressemblance vis-à-vis des métaux de terres rares sont bien connues et sont souvent utilisée» dans la technique» l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif au dessin annexé. 20 lia fig. 1 est une représentation schématique du dispo sitif de commande de courant électrique conforme & l'invention monté en série dans un circuit de charge* La fig* 2 est une courbe tension-intensité montrant le fonctionnement du dispositif de commande de courant de l'in-25 vention dans un circuit de charge à courant continu* lies fig* 5 et 4 sont des courbes tension-intensité représentant le fonctionnement du dispositif de commande de courant lorsqu'il est introduit dans un circuit de charge à courant alternatif. 30 A la fig. 1, le dispositif de commande de courant élec trique de l'invention est désigné, dans son ensemble, par 10* • Il comporte une matière semi-conductrice 11 du type à con— ductivité et qui est de grande résistance électrique, ainsi que deux électrodes 12 et 13 en contact avec la matière semi-35 conductrice 11 et ayant une faible résistance électrique de transition avec elle» les électrodes 12 et 13 du dispositif 10 de commande de courant électrique relient celui-ci en série dans un circuit de charge électrique ayant une charge 14 et deux bornes 15 et 16 pour y appliquer de l'énergie* L'énergie 69 11130 z 2006065 fournie peut être une tension de courant continu ou de courant alternatif comme cela est désiré. La fig» 2 est une courbe tension—intensité montrant le fonctionnement du dispositif 10 de commande du courant élec— 5 trique avec du courant continu» Le dispositif est normalement dans sa condition de résistance élevée ; la tension de courant continu est appliquée aux bornes 15 et 16 et s'accroît, les caractéristiques de la tension du dispositif étant illustrées par la courbe 20, la.résistance électrique du dispositif étant 10 élevée et bloquant essentiellement le passage de courant à travers elle» Lorsque la tension est accrue à une valeur de tension de seuil, la résistance électrique élevée dans la matière semi-conductrice décroît essentiellement instantanément dans au moins un trajet entre les électrodes 12 et 13 en une résistance élec-15 trique faible, la commutation essentiellement instantanée étant indiquée par la courbe 21. Oeci fournit une résistance électrique faible ou condition de conduction pour le transport de courant à travers elle. La résistance électrique faible est, en ce qui concerne sa valeur, inférieure à la résistance électrique 20 élevée. La condition de conduction est représentée par la courbe 22 et il y a lieu de remarquer qu.'il existe une petite déviation depuis la caractéristique essentiellement linéaire courant-tension et une petite déviation depuis la caractéristique de tension essentiellement constante, les caractéristiques étant les 25 mêmes pour augmenter et diminuer le courant. En d'autres termes, le courant électrique est conduit à une valeur de la tension qui est presque essentiellement constante. Dans la condition de conduction du courant à faible résistance. La matière semi—conductrice a une chute de tension qui est une fraction mineure de la 30 chute de tension dans la condition de blocage à résistance élevée près de la valeur de tension de seuil. A mesure que la tension s'abaisse, le courant diminue dans le conducteur 22 et lorsqu'il décroît en dessous d'une valeur de maintien du courant minimal, la faible résistance électrique 35 dans au moins un trajet retourne immédiatement à la résistance électrique élevée comme l'indiquent les courbes 23 et 23' pour rétablir la condition de blocage à résistance élevée. Avec un fonctionnement en courant continu, la commutation depuis la condition de conduction à faible résistance vers la condition de ! i copy i 69 11130 3 2006065 blocage à résistance élevée apparaît le long de la courbe 23' et quelquefois en liaison avec le fonctionnement en courant alternatif, la commutation apparaît le long de la courbe en traits pleins 23» Toutefois, dans les deux cas, la résistance 5 électrique faible retourne immédiatement à la résistance élevée lorsque le courant tombe en dessous de la valeur de maintien du courant minimale. lie dispositif 10 de commande du courant électrique de l'invention a un fonctionnement symétrique, son courant de blo-10 cage et son courant de conduction sont, essentiellement égaux dans chaque direction, la commutation entre les conditions de blocage et de conduction étant extrêmement rapide. Dans le cas du fonctionnement avec du courant alternatif, les caractéristiques du courant pour le deuxième demi-cycle du courant 15 alternatif seraient dans le quadrant opposé à celui illustré à la fig. 2. Le fonctionnement en courant alternatif du dispositif est illustré aux fig . 3 et 4. La fig. 3 représente le dispositif 10 dans sa condition de blocage où la tension de pointe du courant alternatif est inférieure à la valeur 20 de tension de seuil du dispositif, la condition de blocage étant représentée par la courbe 20 dans les deux demi-cycles. Toutefois, lorsque la tension de pointe du courant alternatif appliqué augmente au-dessus de la valeur de tension de seuil du dispositif, le dispositif est essentiellement commuté instanta-25 nément le long des courbes 21 vers la condition de conduction illustrée par les courbes 22, le dispositif commutant pendant chaque demi-cycle de la tension de courant alternatif appliquée. Lorsque la tension de courant alternatif appliqué s'approche de zéro de façon que le courant à travers le dispositif tombe en 30 dessous de la valeur de maintien de courant minimale, le dispositif est commuté le long de la courbe 23 ou 23' depuis la condition à faible résistance électrique vers la condition à résistance électrique élevée, ceci étant illustré par la courbe 20, cette commutation se produisant près de la fin de chaque 35 demi-cycle. Pour une configuration donnée du dispositif 10, la résistance électrique élevée doit avoir une valeur d'environ 1 mégohm et la résistance électrique faible doit avoir une valeur d'environ 10 ohm, la valeur de tension de seuil pouvant etre COPY 69 11130 4 2006065 d'environ 25 volts et la chute de tension aux bornes du dispositif dans la condition de conduction pouvant être inférieure à 10 volts, les temps de commutation pouvant avoir une valeur exprimée en nanosecondes ou même une valeur inférieure. 5 la matière semi-conductrice 11 qui permet les opérations de commutation est constituée essentiellement de bore et d'un métal de terres rares ou d'un élément considéré comme tel, comme par exemple, le scandium, l'yttrium, le lanthane, le cé-rium, le praséodyme, le néodyme, le prométhium, le samarium, 10 l'europium, la gadolinium, le terbium, le dysprosium, l'holmium, l'erbium, le thulium, l'ytterbium et le butécium. On peut aussi ajouter des additifs aux métaux de terres rares pour les substituer partiellement, tels que , par exemple, le silicium, et/ou le carbone ou une substance analogue. On obtient des résultats particulièrement satisfaisants lorsque l'yttrium est employé avec le bore. La teneur en bore doit être élevée, ceci étant représenté en pourcentage atomique par rapport à la teneur d'yttrium ou d'autres métaux de terres rares ; à titre d'exemple, on mentionne une gamme exprimée en pourcentage ato-20 mi que d'au moins 50 c/<> de tore et d'au moins 50 $ ou moins d'yttrium. De préférence, la gamme du bore en pourcentage atomique doit être d'environ 75 $> ou plus. Un exemple typique d'une matière semi-conductrice à base de bore et d'yttrium est représenté par le triborure d'yttrium (YBj). 25 Lorsque d'autres métaux de terres rares sont utilisés avec le bore, ils doivent être employés dans une gamme exprimée en pourcentage atomique inférieure à 50 fot de préférence inférieure à 25 c/°, pour permettre le mieux les opérations de commutation mentionnées plus haut. Plusieurs de ces éléments peuvent être 30 remplacés en partie par d'autres pour être employés en liaison avec le boreo Dans la préparation des matières semi-conductrices de l'invention, des quantités appropriées de matières sous la forme de fines particules peuvent être mélangées et chauffées 35 dans un four à arc ou par un faisceau d'électrons à des températures élevées au voisinage d'environ 2.000°C pour former une masse fondue de matière qui est ensuite refroidie à la température ambiante. Ses parties ou des couches ayant des dimensions désirées peuvent ensuite être séparées de cette masse 69 11130 5 2006065 et interposées entre des électrodes pour former le dispositif de commande de courant électrique de l'invention. A titre de variante, la masse fondue peut être soumise à des opérations de projection ou à faisceaux électroniques pour 5 déposer des pellicules ou des couches de matière semi-conductrice sur des substrats appropriés pour former le dispositif de commande de courant électrique conforme à l'invention ayant des électrodes en contact avec la matière semi-conductrice» l'opération de formation de la masse fondue de la matière semi-10 conductrice peut être éliminée et le mélange des éléments, appropriés peut être directement projeté ou déposé sous vide suivant des couches ou des pellicules sur des substrats appropriés» lorsque la matière semi-conductrice est ainsi projetée ou déposée sur le substrat, on suppose qu'elle est déposée dans tux état 15 amorphe» De même, lorsque les autres éléments qui sont ajoutés au bore sont normalement incompatibles avec lui mais qui sont néanmoins déposés avec le bore, la matière semi-conductrice déposée depuis ces éléments est dans un état amorpheo Suivant une autre variante, la masse fondue peut être 20 transformée en une poudre à particules fines qui peut être placée entre les électrodes ou qui peut être comprimée en pastille s et placée entre les électrodes ou incorporée dans une peinture convenable et appliquée comme couches ou pellicules aux électrodes pour former le dispositif de commande de courant 25 électrique de l'invention afin d'obtenir la commutation mentionnée plus haut» Etant donné que le bore est un élément qui est capable de former des structures polymères, on suppose que le bore en liaison avec les autres éléments associés avec lui forme une ma-50 tière semi-conductrice ayant une structure polymère et le bore est sous une forme cristalline ou amorphe. Les électrodes 12 et 13 peuvent être formées de toute matière appropriée conduisant le courant électrique, de préférence de matières ayant des points de fusion élevés, qui ne réa-35 gissent pas défavorablement avec la matiere semi—conductrice 11, il peut s'agir de tantale, de graphite, de niobium, de tungstène, de molybdène ou d'un composé analogue» Ces électrodes sont habituellement relativement inertes par rapport à la matière semi-conductrice mentionnée ci-dessus. 69 11130 6 2006065 On suppose que la coupure par la tension appliquée impliquée dans la commutation depuis la résistance électrique élevée vers la résistance électrique faible est essentiellement une coupure électrique, et que le procédé de conduction dans la 5 condition à résistance électrique faible est line conduction électronique» l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation représentée et décrite en détail car diverses modifications peuvent y être apportées sans sortir de son cadre. 69 11130 7 2006065 REVBNDICATI OiiS 1 - Dispositif de commande de courant électrique destiné à un dispositif de couplage, caractérisé en ce qu'il comporte une matière semi-conductrice et des électrodes en contact avec elle, 5 la matière semi-conductrice ayant une résistance électrique élevée pour créer une condition de blocage afin d'arrêter essentiellement le courant à travers elle, la résistance électrique élevée en réaction a une tension au-dessus de la valeur de tension de seuil diminuant essentiellement instantanément dans au 10 moins un trajet entre les électrodes en une résistance électrique faible qui, en ce qui concerne sa valeur, est inférieure à la résistance électrique élevée afin de fournir une condition de conduction pour le passage du courant à travers elle, la matière semi-conductrice dans la condition de conduction à résistance 15 électrique faible présentant une chute de tension est une fraction de la chute de tension dans la condition de blocage à résistance électrique élevée près de la valeur de tension de seuil, la matière semi-conductrice étant essentiellement composée de bore et d'un métal de terres rares» 20 2 - Dispositif de commande de courant électrique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est composée essentiellement de bore et d'yttrium» 3 - Dispositif de commande de courant électrique suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la ma- 25 tière semi-conductrice est essentiellement amorphe. 4 - Dispositif de commande de courant électrique suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice comporte également du carbone. 5 - Dispositif de commande de courant électrique suivant 30 l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice comporte également du silicium. 6 - Dispositif de commande de courant électrique suivant l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est constituée aussi de carbone et de 35 silicium. 7 - Dispositif de commande de coûrant électrique suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la résistance électrique faible dans au moins un trajet de la matière Ben: --ondncl yj c-, dans la tmaUjon •>.•: ccnductio^ retourne iîâi: