Brevet FR2001399A1 — publié le 19690926

La présente invention est relative aux dispositifs sensibles à la pression ; et elle concerne, plus particulièrement, un dispositif sensible à la pression comprenant un élément semiconducteur qui contient une impureté donnant un profond niveau 5 d'énergie et dont la résistance électrique est variable selon une pression qui s'y trouve appliquée. Il a déjà été antérieurement proposé des éléments semiconducteurs dont la résistance électrique est variable selon u-ne pression qui s'y trouve appliquée. Comme exemples, on peut 10 notamment citer des jauges de contraintes (ou extensomètres) u-tilisant une mince pellicule de germanium, et des cartouches à l'intérieur desquelles se trouve enfermée une masse de silicium. Toutefois, aucun des éléments semiconducteurs de la technique antérieure n'utilise une impureté donnant un profond niveau d'é-15 nergie. Au cours des recherches ayant conduit à la mise au point de la présente invention, on a découvert qu'un élément semiconducteur contenant une impureté donnant un profond niveau d'énergie manifeste une haute sensibilité à la pression, et que sa ré-20 sistance électrique subit une importante variation en réponse à l'application d'une telle pression. Ainsi, la résistance électrique de l'élément semiconducteur subit une variation même avec une petite force d'attraction magnétique. Sous un premier aspect, la présente invention a pour ob-25 jet un dispositif sensible à la pression caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement : un élément semiconductëur qui contient une impureté donnant un profond niveau d'énergie et dont la résistance électrique varie selon une pression qui s'y trouve appliquée ; un bloc de matériau magnétique ; et une enveloppe en 30 matériau non-magnétique à l'intérieur de laquelle se trouvent hermétiquement enfermés ledit élément semiconducteur et ledit bloc de matériau magnétique, ladite enveloppe étant suffisamment souple là où elle entre en contact avec ledit bloc de matériau magnétique. 35 Bous un autre aspect, la présente invention a pour ob jet un dispositif sensible à la pression caractérisé en ce qu' il comprend essentiellement : un élément semiconducteur qui contient une impureté donnant un profond niveau d'énergie et dont la résistance électrique varie selon une pression qui s'y trouve 40 appliquée ; un bloc de matériau magnétique ; une enveloppe en 6902543 2 2001399 matériau non-magnétique à l'intérieur de laquelle se trouvent "hermétiquement enfermés ledit élément semiconducteur et ledit bloc de matériau magnétique ; et un bloc de matériau magnétique extérieurement agencé de façon à établir un circuit magnétique 5 fermé conjointement avec ledit bloc de matériau magnétique intérieurement agencé, afin de communiquer une pression audit élément semiconducteur. Les différents buts, particularités et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture du complément de 10 description qui suit et à l'examen du dessin ci-annexé, lesquels complément et dessin concernent différents modes de réalisation préférés de ladite invention choisis à titre d'exeftiples non limitatifs et sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. 15 La fig. 1, de ce dessin, représente en plan la forme la plus simple du dispositif selon la présente invention. La fig. 2 montre en coupe verticale le dispositif sensible à la pression représenté fig. 1. La fig. 3, enfin, montre en coupé verticale une autre 20 forme simple du dispositif selon la présente invention.- Se référant d'abord aux fig. 1 et 2, un dispositif sensible à la pression réalisé conformément à la présente invention peut comprendre un élément semiconducteur 1 qui contient une impureté donnant un profond niveau d'énergie et dont la résistance 25 électrique est variable selon une pression qui s'y trouve appliquée, et un bloc 2 de matériau magnétique. L'élément semiconducteur 1 et le bloc 2 de matériau magnétique sont hermétiquement enfermés à l'intérieur d'une enveloppe 3 en matériau non-magnétique et dont l'ouverture inférieure est hermétiquement fermée 30 par une mince feuille 4 d'un matériau non-magnétique et qui est souple. L'élément semiconducteur 1 est pourvu d'électrodes opposées 5 et 6 respectivement connectées à des conducteurs électriques 9 et 10. Des trous taraudés 7 et 8 sont prévus dans l'enveloppe 3 pour permettre de fixer le dispositif sensible à la 35 pression à tout support adéquat. Un champ magnétique dJattrac-tion peut être appliqué au dispositif à partir du dessus, de façon à communiquer une force d'attraction à l'élément semiconducteur 1 afin d'en faire varier la résistance électrique. Dans une forme de réalisation pratique du susdit dis— 40 positif sensible à la pression, du silicium monocristallin est BAD ORIGNAL 6902543 3 2001399 dopé avec une impureté donnant un profond niveau d'énergie, laquelle impureté peut être du cuivre. Une électrode de contact ohmique et une électrode de contact de redressement sont prévues sur l'élément semiconducteur ainsi obtenu. Dans ce cas, il est 5 spécialement préférable que l'électrode de contact de redressement soit du type mesa. Un bloc de matériau magnétique se présentant sous la forme d'une plaque de ferrite est amené en contact avec l'électrode de contact de redressement du type mesa. Toutefois, la plaque de ferrite peut être amenée en contact avec l'é-10 lectrode de contact ohmique. On se sert d'un matériau non-magné-tique tel qu'une matière plastique pour constituer l'enveloppe et la fermeture inférieure. Il convient que l'épaisseur de la fermeture inférieure soit faible pour qu'elle soit suffisamment souple. Quand une force d'attraction magnétique est appliquée à par-15 tir du dessus au dispositif sensible à la pression de façon à communiquer une pression à l'élément semiconducteur, la résistance électrique entre les bornes de l'élément semiconducteur su- 5 g bit une variation de l'ordre de 10 à 10 . La souplesse de la fermeture inférieure se trouvant au contact du matériau magnéti-20 que est efficace pour minimiser la perte de force d'attraction magnétique par cette surface, et permet donc d'augmenter le degré de variation de la résistance électrique. Se référant à la fig. 3 qui représente un autre mode de réalisation de la présente invention, on constate que le dispo-25 sitif en question sensible à la pression comprend un élément semiconducteur 11 en une substance contenant une impureté donnant un profond niveau d'énergie (la résistance électrique dudit élément semiconducteur étant variable selon une pression qui s'y trouve appliquée), et un bloc 12 de matériau magnétique. L'élé-30 ment semiconducteur 11 et le bloc 12 de matériau magnétique sont hermétiquement enfermés dans une enveloppe 13 en matériau non-magnétique. L'élément semiconducteur 11 est pourvu d'électrodes opposées 14 et 15 respectivement connectées à des conducteurs extérieurs de sortie 16 et 17. Un bloc 18 en matériau magnétique 35 ayant la forme générale d'un U est agencé à l'extérieur du dispositif sensible à la pression, afin d'établir un circuit magnétique fermé conjointement avec le bloc 12 de matériau magnétique agencé à l'intérieur de l'enveloppe 13. Dans une forme de réalisation pratique du dispositif sen-40 sible à la pression représenté fig. 3, du silicium monocristallin 6902543 4 2001399 est dopé avec une impureté donnant un profond niveau d'énergie, laquelle impureté peut être du cuivre. Une électrode de contact ohmique et une électrode de.contact de redressement sont prévues sur l'élément semiconducteur ainsi obtenu. Dans ce cas, il est 5 spécialement préférable que l'électrode de contact de redressement soit du type mesa. Un bloc de matériau magnétique se présentant sous la forme d'une plaque de ferrite est amené en contact avec l'électrode de contact ohmique. On se sert d'un matériau non-magnétique tel qu'une matière plastique pour constituer 10 l'enveloppe, et il est prévu une électrode 14 sur la surface supérieure intérieure de l'enveloppe. L'électrode 14 est connectée à l'électrode de contact de redressement du type mesa pour compléter un dispositif sensible à la pression tel que représenté. Un bloc 18 de matériau magnétique est placé au-dessus du dispo-15 sitif sensible à la pression pour établir un circuit magnétique fermé et communiquer ainsi une pression à l'élément semiconducteur. Quand une pression de la nature sus-indiquée est communiquée à l'élément semiconducteur, la résistance électrique entre les bornes 16 et 17 de cet élément subit une variation de l'ordre 4 5 20 de 10 à 10 . A la place de la structure représentée et décrite ci-dessus, on peut prévoir un agencement tel que le bloc 12 de matériau magnétique se trouve amené en contact avec l'électrode de contact de redressement du type mesa. Bien que l'on se soit servi de silicium pour former l'é-25 lément semiconducteur dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, il va de soi pour le spécialiste que l'on peut tout aussi bien utiliser un autre semiconducteur tel que Ge, GaAs, GaP, InAs, InSb ou CdS et le doper avec une impureté donnant un profond niveau d'énergie. L'or, le cuivre, le cobalt, le nickel, le 30 fer, le manganèse, le zinc et analogues sont des impuretés communes dont on sait qu'elles donnent un profond niveau d'énergie. Le matériau non-magnétique peut être autre qu'une matière plastique : par exemple, un métal non-magnétique ou du verre. Bien que l'élément semiconducteur dans les modes de réalisation dé-35 crits ci-dessus soit représenté comme étant de la forme mesa (du nom espagnol désignant, en géologie et en géographie, un plateau tabulaire à bords découpés par l'érosion), on n'entend en aucune manière limiter la présente invention à l'utilisation d'un élément semiconducteur d'une telle forme spécifique. L'é-40 lément semiconducteur peut avoir une forme rectangulaire ou peut 6902543 5 200:399 être divisé en plusieurs éléments du type mesa» Il doit exister au moins une électrode de contact de redressement, mais il peut y avoir plusieurs telles électrodes. Dans le dernier cas, il existe plusieurs éléments agencés en parallèle et dont la résis-5 tance électrique est variable selon une pression qui s'y trouve appliquée, et cet agencement peut trouver diverses applications intéressantes. Bien qu'une électrode de contact ohmique soit nécessaire dans une application en courant continu, une telle é-lectrode peut se révéler inutile dans une application en courant 10 alternatif. Il est facile de comprendre, d'après la description précédente, que le dispositif sensible à la pression faisant l'objet de la présente invention, lequel dispositif est actionné par une force d'attraction communiquée par un bloc de matériau ma-15 gnétique, est susceptible de trouver toutes sortesd'applications industrielles, notamment dans les domaines relatifs aux commutateurs et interrupteurs, aux résistances variables, aux éléments acoustiques. n BAD ORIGINAL 902543 2001399 REVENDICATIONS 1. Dispositif sensible à la pression,caractérisé en ce qu' il comprend essentiellement : un élément semiconducteur qui contient une impureté donnant un profond niveau d'énergie et dont 5 la résistance électrique varie selon une pression qui s'y trouve appliquée ; un bloc de matériau magnétique ; et une enveloppe en matériau non-magnétique à l'intérieur de laquelle se trouvent hermétiquement enfermés ledit élément semiconducteur et ledit bloc de matériau magnétique, ladite enveloppe étant suffisamment 10 souple là où elle entre en contact avec ledit bloc de matériau magnétique. 2. Dispositif sensible à la pression,caractérisé en ce qu'il comprend essentiellement : un élément semiconducteur qui contient une impureté donnant un profond niveau d'énergie et dont 15 la résistance électrique varie selon une pression qui s'y trouve appliquée ; un bloc de matériau magnétique ; une enveloppe en matériau non-magnétique à l'intérieur de laquelle se trouvent hermétiquement enfermés ledit élément semiconducteur et ledit bloc de matériau magnétique ; et un bloc de matériau magnétique 20 extérieurement agencé de façon à établir un circuit magnétique fermé conjointement avec ledit bloc de matériau magnétique intérieurement agencé, afin de communiquer une pression audit élément semiconducteur. BAD ORIGINAL