Brevet FR2004030A1 — publié le 19691114

La présente invention concerne des dispositifs semiconducteurs utilisables pour convertir de l'énergie mécanique ou a— coustique en énergie électriqueo Jusqu'à présent, les dispositifs semiconducteurs sensi-5 bles à la pression ont été adaptés à manifester des caractéristiques de sensibilité à la pression par rapport à une pression appliquée à des électrodes agencées sur un support semiconducteur au moyen d'une aiguille ou de plusieurs aiguilles. Dans des dispositifs de ce type, toutefois, les contacts entre les aiguil— 10 les et le support semiconducteur sont faibles à l'égard des chocs mécaniques qui ont tendance à les endommager» En outre, un écart possible de position des aiguilles tend à faire fluctuer les caractéristiques des dispositifs semiconducteurs , et ces caractéristiques sont alors dépourvues du degré de stabilité nécessaire» 15 Le but essentiel de la présente invention est de réali ser un dispositif sensible à la pression qui soit exempt des inconvénients sus-mentionnés que présentent les dispositifs classiques . La présente invention a pour objet un dispositif semi-20 conducteur sensible à la pression et qui comprend essentiellement : un support semiconducteur dopé avec au moins une sorte d'impureté à profond niveau énergétique, une surface de ce support comportant plus de deux saillies d'un type mesa ayant chacune une concentration superficielle d'impureté relativement éle-25 vée et une surface développée adéquate ; des électrodes séparées formées sur les surfaces du support semiconducteur, au moins une de ces électrodes séparées étant formée sur au moins une portion des saillies de façon à établir une barrière de potentiel électrique entre ladite au moins une électrode séparée et le support 30 semiconducteur ; et des moyens d'application de pression sous la forme d'une plaqué plane placée sur ladite au moins une électrode séparée, afin que la résistance électrique entre les électrodes séparées sur le support semiconducteur subisse une variation en réponse à la pression appliquée au dispositif semiconducteur 35 par l'intermédiaire des moyens d'application de pression» D'autres buts, particularités et avantages de la présente invention apparaîtront facilement à la lecture du complément de description qui suit et à l'examen du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin concernent différents modes de ré-40 alisation de l'invention choisis à titre d'exemples non limita 69 07419 2 2004030 tifs et sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. La fig. 1, de ce dessin, représente en coupe un dispositif sensible à la pression, établi selon un premier mode de réalisation de l'invention. 5 La fig. 2 est un graphique illustrant les caractéristi ques de sensibilité à la pression du dispositif représenté fig.l. La fig. 3 montre, semblablement à la fig. 1, un dispositif établi selon un autre mode de réalisation de 1"invention. La fig. 4, enfin, illustre semblablement à la fig» 2, 10 les caractéristiques de sensibilité à la pression du dispositif représenté fig. 3. Dans le dispositif représenté fig. 1, la référence 1 désigne un support semiconducteur dans lequel on a introduit au moins une impureté à profond niveau énergétique telle que Au, 15 €u, Ni et Fe® Sur une surface du support 1 sont formées plus de deux saillies 1' du type mesa (terme utilisé d'après le vocable fréquemment employé en espagnol et en portugais pour désigner, en géographie ou en géologie9 un plateau tabulaire découpé par l'érosion qui en a effondré les bords) ayant chacune une concen-20 tration superficielle d'impureté relativement élevée et une surface développée adéquate. Une électrode 2 est établie, sur la surface du support 1 qui comporte des saillies 1', par exemple par évaporation sous vide. Cette électrode 2, constituée par une substance électroconductrice telle que Au, Ag, Mo ou W et qui se 25 trouve en contact avec le support semiconducteur 1, crée une barrière de potentiel électrique au contact entre l'électrode 2 elle-même et le support l-9 de façon telle que le contact manifeste des caractéristiques d'un redresseur non-ohmique. Une é-lectrode électroconductrice 3 est placée en contact ohmique a-30 vec la surface du support 1 située à l'opposé de la surface du support 1, sur laquelle se trouvent les saillies 1'« et il est prévu des moyens 4 d'application de pression affectant la forme d'une plaque plane réalisée en une substance isolante. Le fonctionnement du dispositif représenté fig. 1 est 35 décrit ci-après. On applique une tension électrique de polarisation inverse en courant continu à partir d'une source de tension adéquate (non représentée). Par exemple, on peut connecter les pôles positif et négatif de cette source respectivement aux électrodes 2 et 3. Comme le montre la fig. 2 (où l'on a porté 40 1'intensité de courant I en ordonnées et la tension électrique E 07419 3 2004030 en abscisses), quand aucune pression n'est appliquée par les moyens 4 d'application de pression, il ne passe qu'une très faible intensité de courant entre les électrodes séparées 2 et 3 (c'est-à-dire dans le support semiconducteur 1). Mais lorsqu'une 5 pression est appliquée par les moyens 4, le dispositif manifeste des caractéristiques de redressement variables selon la pression appliquée (ou le poids appliqué)• Ainsi que le montrent les diverses courbes intensité-tension du courant, le gradient des courbes, autrement dit la résistance électrique du dispositif, 10 varie jusqu'à un degré considérable. Le dispositif en question peut servir d'élément de commutation unidirectionnelle répondant à la pression» La résistance électrique du dispositif diminue quand la pression appliquée croit» La fig. 3 représente un autre mode de réalisation de la 15 présente invention ; il s'y trouve en 5 un support semiconducteur analogue au support 1 de la fig. 1, tandis qu'en 5* on a représenté plus de deux saillies du type mesa ayant chacune une concentration superficielle d'impureté relativement élevée et une surface développée adéquate ; ces saillies 5' sont analogues 20 aux saillies 1' décrites ci-dessus en se référant à la fig. 1 . On a représenté en 6 et 7 des électrodes séparées formées, sur les saillies 5' du support semiconducteur, par exemple par éva-poration sous vide et en utilisant une substance électroconductrice telle que Ag, Mo ou W. Ces électrodes 6 et 7 étant en con-25 tact avec le support semiconducteur 5 créent aussi des barrières de potentiel électrique aux contacts entre les électrodes 6 et 7 elles-mêmes et le support 5, de sorte que les contacts manifestent des caractéristiques de redresseurs non-ohmiques. En 8 est agencée une plaque plane en substance isolante analogue à 30»la plaque 4 (fig. 1) et qui constitue semblablement des moyens d'application de pression. Lors de son fonctionnement, le dispositif représenté fig. 3 manifeste des caractéristiques de commutation bidirectionnelle comme le montre la fig. 4. On applique au dispositif 35 une tension électrique de polarisation en courant alternatif. Quand aucune pression n'est appliquée au dispositif, il ne passe dans ce dispositif qu'une très faible intensité de courant par rapport à un certain intervalle de tensions électriques appliquées avec des polarités positives et négatives mais, quand une 40 pression est appliquée au dispositif par les moyens 8 d'applica 07419 4 2004030 tion de pression, les caractéristiques intensité-tension du courant du dispositif se trouvent modifiées selon la pression appliquée ou le pog-ds appliqué ; il en résulte que le gradient des courbes, c'est-à-dire la résistance électrique des dispositifs, 5 est modifiée en réponse au poids. Comme l'indique la fig. 4, la résistance électrique du dispositif se trouve diminuée quand la pression appliquée augmente. Le dispositif en question est donc utilisable comme élément de commutation bidirectionnelle répondant à la pression. 10 De tout ce qui précède, il ressort que, conformément à la présente invention, étant donné que l'on fait comporter à un support semiconducteur, sur une de ses surfaces, plusieurs saillies afin que des moyens d'application de pression se présentant sous la forme d'une plaque plane puissent servir à appli-15 quer une pression sur le dispositif au niveau de ces saillies pour faire varier la résistance électrique du dispositif selon la pression appliquée sans utiliser d'aiguilles d'application de pression, ainsi que cela se pratiquait jusqu'à présent d'une manière classique, on peut empêcher une rupture des électrodes a-20 vec lesquelles les moyens d'application de pression sont mis en contact, en suite de quoi la durée de service du dispositif est à peu près infinie. En outre, conformément à la présente invention, les contacts entre les moyens d'application de pression et le dispositif semiconducteur sont très stables et il ne se pro-25 duit aucune déviation du positionnement desdits moyens d'application de pression, comme cela est fréquent avec des dispositifs du type classique utilisant des aiguilles ; le résultat pratique est une stabilisation des caractéristiques de sensibilité à la pression. Un dispositif semiconducteur sensible à la pression, 30 réalisé conformément à la présente invention, est donc utilisable comme transducteur pour la conversion d'énergie mécanique ou acoustique en énergie électrique, comme élément de commutation sans contacts, ou comme résistance électrique variable sans contacts. De plus, on peut établir, conformément à la présente in- 35 vention, un dispositif semiconducteur sensible à la pression, de façon telle qu'il possède des caractéristiques soit unidirectionnelles, soit bidirectionnelles selon le mode d'application du dispositif en question. Le dispositif en question est donc d'un grand intérêt 40 industriel dans le domaine du traitement des signaux. 07419 5 2004030 REVENDICATIONS 1. Dispositif semiconducteur sensible à la pression compre nant un support semiconducteur, dopé avec au moins une sorte d' impureté à profond niveau énergétique, et des moyens d'applica-5 tion de pression se présentant sous la forme d'une plaque plane, par l'intermédiaire de laquelle une pression est appliquée audit dispositif semiconducteur, lequel dispositif est caractérisé en ce qu'une surface dudit support semiconducteur est pourvue de plusieurs saillies du type mesa, des électrodes séparées sont 10 formées sur les surfaces dudit support semiconducteur, au moins une desdites électrodes séparées étant formée sur au moins une portion desdites saillies, de façon à établir une barrière de potentiel électrique entre ladite au moins une électrode séparée et ledit support semiconducteur, et lesdits moyens d'application 15 de pression étant placés sur ladite au moins une électrode séparée afin que la résistance électrique entre lesdites électrodes séparées sur ledit support semiconducteur varie en réponse à la pression appliquée au dispositif semiconducteur par l'intermédiaire desdits moyens d'application de pression. 20 2. Dispositif semiconducteur sensible à la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites électrodes séparées sont constituées par une première électrode formée sur celle des surfaces dudit support semiconducteur qui est pourvue desdites saillies, afin de recouvrir toutes les saillies, et par 25 une autre électrode en contact ohmique avec la surface opposée dudit support, afin que le dispositif semiconducteur possède des caractéristiques de commutation unidirectionnelle. 3. Dispositif semiconducteur sensible à la pression selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites électrodes sé- 30 parées sont constituées par des électrodes séparées formées sur celle des surfaces dudit support semiconducteur qui est pourvue desdites saillies, afin que le dispositif semiconducteur possède des caractéristiques de commutation bidirectionnelle. 4. Dispositif semiconducteur sensible à la pression selon 35 la revendication 1, caractérisé en ce que ladite impureté à profond niveau énergétique est choisie parmi le groupe constitué par A-u, Cu, Ni et Fe.