Brevet FR2012838A1 — publié le 19700327

La présente invention a pour objet une sonde à effet Hall qui présente un faible diamètre et une insensibilité élevée aux variations extrêmes de la température et sert-à mesurer des champs magnétiques longitudinaux dans un alésage. Dans la présente description, l'expression '1faible diamètre" désignera un diamètre c 2 mm. Par ailleurs, lex- pression "insensibilité élevée aux variations extremes de la température" sera comprise dans ce sens que les propriétés de la sonde à effet Hall ne subissent aucune modification irrever- sible dans une gamme de température allant de - 2730C à + 20000. Dans les techniques cryogéniqres et plus particulièrement dans l'étude des effets que produit la supraconduction,il faut souvent, à basse température, mesurer le champ magnétique dans de très petits alésages. Pour mesurer de tels champs magnetiques, les générateurs à effet Hall ont permis d'obtenir d'es cellents résultats non seulement pour les températures normales, mais également - en utilisant des versions spéciales - pour les températures élevées et très basses. Par contre, lorsqu'il s'agit de mesurer le champ ma- gnétique dans des alésages dont le diamètre est inférieur à 2 mm, on rencontre de grandes difficultés pour fixer -les quatre eon- nexions nécessaires sur la couche semi-conductrice active, mme si l'on utilise des générateurs à effet Hall comportant des couches semi-conductrices rapportées par vaporisation.La nécessité d'une insensibilité élevée aux variations de températures des connexions, et cela dans une gamme de température allant de -273t à + 200 C, accroSt encore notablement ces difficultés, de manière qutil n'a pas été possible jusqu'à présent de réaliser des sondes à effet Hall avec un diamètre les difficultés précitées sont surmontées grâce à la présente invention. De plus, par rapport aux sondes à effet Hall connues, la fabrication et la structure se trouvent largement simplifiées. La présente invention est caractérisée par le fait que quatre fils métalliques sont noyés dans un bâtonnet en matière isolante, de sorte qu'une extrémité de chaque fil afileure chaque fois librement sur la même face frontale du bâtonnet se trouvant ainsi dans un mdme plan avec cette surface - la face frontale étant recouverte d'une couche d'un matériau semi conducteur dont le coefficient de température relatif à la tension de Hall et à la résistivité est inférieur ou égal à 0,1%/ C. Un contact électrique existe entre les quatre extrémités précitées des fils et la couche semiconductrice rapportée par vaporisation. Il s'est révélé particulièrement avantageux d'utiliser comme bâtonne du verre trempé dans lequel sont sceliés des fils de molybdène et comme matière semiconductrice l'alliage InAs. En efiet, ces-trois matériaux présentent sensiblement le même coefficient de dilatation dans un intervalle de température très étendu, ce qui permet d'obtenir une excellente adhérence entre la couche InAs vaporisée à haute température d'une part, et le composant verre-molybdène autre part.En procédant de cette façon, on obtient une excellente stabilité des propriétés électiques lorsque la température varie brusquement. le processus de vaporisation qui est utilisé pour rapporter la couche semi- conductrice, comprend d'ailleurs toutes les opérations de contac- tage nécessaires pour la réalisation d'un générateur à effet Hall - lorsque la sonde à effet Hall est réalisée suivant l'invention - -étant donné que les fils de molybdène se trouvent en contact intime avec la couche active à se extrémité, alors qu ils dépassent-de l'autre extrémité du bâtonnet de verre pour former les connotions du composant.En procédant de la manière décrite ci-dessus, il est sans difficultés possible de réaliser des sondes pour champs magnétiques longitudinaux présentant mme des diamètres inférieurs ou égaux à 1 us. le support verre-métal qui reste stable jusqu'à 7000C environ permet de rapporter par vaporisation des couches InAs hautement sensibles de manière à obtenir pour la sonde à effet Hall une sensibilité K0 # 0,2 V/A. G. Pour mieux comprendre l'objet de l'invention, on va bd décrire à titre indicatif et non limitatif un mode de rEali- sation représenté sur le dessin annexé sur lequel la figure la est une vue latérale d'un bâtonnet isolant dans lequel sont scellés les fils conducteurs ; la figure lb est une vue frontale de l'extrémité su périeure du bâtonnet représenté sur la figure la la figure 2 représente la surface frontale de la sonde à effet Hall suivant l'invention. les figures la et lb représentent un bâtonnet cylindrique 11 dans lequel sont scellés quatre fils de molybdène 12 ayant chacun un diamètre de 0,05 à 0,1 mm, ces fils étant disposés de manière à former les sommets d'un carré. Une extrémité de chaque fil de molybdène affleure librement sur la face frontale supérieure du bâtonnet 11 de manière que cette face frontale et l'extrémité des quatre fils se trouvent dans un même plan. La surface frontale est rectifiée de maniere à être parfaitement plane puis on y rapporte de façon connue, sous une pression d'environ 10 5 mm Hg et à une température variant entre 6000C et 7000C, une couche de InAs présentant une épaisseur de 0,5à 3; la couche obtenue ainsi par vaporisation recouvre la totalité de la surface frontale et forme un très bon contact électrique avec les extrémités des fils de molybdène. Au moyen d'une opération de mordançage ultérieure on donne à la couche semiconductrice une forme telle qu'elle est usuelle pour des sondes à effet Hall. La figure 2 représente maintenant la surface frontale obtenue de la manière décrite ci-dessus sur une sonde à effet Hall suivant l'invention. La référence 21 désigne chaque fois les zones de la surface frontale od affleure le verre alors que la référence 22 représente les extrémités normalement recouvertes des fils de molybdène et la référence 23 la couche crur ciforme en alliage Incas. REVENI CATI ONS 1. Sonde à effet Hall ayant un petit diamètre et présentant une insensibilité élevée aux variations extrêmes de la température, pour mesurer des champs magnétiques longitudinaux dans des alésages, caractérisée par le fait que quatre fils métalliques sont noyés dans un bâtonnet de matière isolante de manière qu'une des extrémités de chaque fil affleure librement sur une même face frontale. du bâtonnet - les extréeités pré- citées des fils et la face frontale se trouvant dans un même plan - et par le fait que la surface frontale est recouverte d'une couche d'un matériau semicondueteur dont le coefficient de température relatif à la tension de Hall et à la résistivité est inférieur ou égal à 0,1 %/ C. 2o Sonde à effet Hall suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le bâtonnet est en verre trempé dans lequel sont scellés quatre fils de molybdène ayant un diamètre de 0,05 à 0,1 mm et formant les sommets d'un carré et par le fait que la surface frontale est recouverte d'une couche semiconductrice en Incas d'une épaisseur de 0,5 à