Brevet FR2000727A1 — publié le 19690912

La présente invention se rapporte aux ensembles de traitement d'informations et concerne par exemple les ensembles de présentation ou d'affichage de données utilisant des dispositifs électroluminescents% Elle concerne en outre des perfectionnements 5 à ces dispositifs en vue de leur utilisation dans des ensembles de traitement d'informations. Suivant l'invention, et sous la forme la plus générale de celle-ci, on réalise uçi ensemble de traitement d'informations comprenant au moins un dispositif semi-conducteur plan muni d'une 10 jonction couite gui s'étend dans me direction-perpendiculaire au plan d'un support du dispositif ainsi que d'organes permettant; d'appliquer au dispositif des signaux électriques correspondant à des données, pour provoquer une électroluminescence de la fonction. Des organes photosensibles peuvent être agencés de telle 15 sorte qu'ils fonctionnent en réponse à cette électroluminescence. Par Mélectroluminescencew, on entend ici l'émission d'un rayonnement de longueurs d'ondes visibles ou invisibles, l'utilisation de dispositifs semi-conducteurs et de préférence de diodes comportant des fonctions de la forme décrite, 20 qui seront désignées ci-après pour plus de facilité sous le nom de "fonctions verticales", assure un rendement lumineux considérablement accru, avec une occultation négligeable de la lumière émise à la fonction par rapport aux dispositifs semi-conducteurs plans contenant des fonctions dont la plupart s'étendent parallè-25 lement à leur support. En outre, les dispositifs à fonction verticale ont un bon pouvoir séparateur de la lumière émise et, en raison de la superficie relativement petite de la fonction et de sa faible capacité par rapport aux dispositifs à fonction parallèle, la vitesse de commutation d'un tel dispositif à fonction 30 verticale est grande. De plus, étant donné que, suivant l'invention, la lumière émise à partir de la fonction verticale ne traverse paw la couche d'impuretés, comme c'est le cas avec une fonction parallèle, ce qui conduit à un rendement relativement faible, des connexions électriques peuvent être aisément effec-35 tuées avec le dispositif ou avec une série de tels dispositifs formés sur une même galette, dans le cas d'un circuit intégré, sans occultation désavantageuse de la lumière. La galette à circuit intégré peut également être conçue de manière à comporter des organes d'emmagasinage, de conditionnement et de décodage 40C. d'informations, en relation avec un motif lumineux devant être 6901302 2 2000727 établi par réaction de jonctions choisies parmi un grand nombre de dispositifs à jonction portés par la galette. Pour la mise en oeuvre de l'invention, on peut en particulier donner au dispositif à jonction verticale la forme de sili-5 cium obtenu par croissance épitaxiale (y compris par évaporation de silicium) sur n'importe quelle matière isolante monocristalline (par exemple du quartz ou un rubis), mais il est bien entendu que l'invention n'est pas limitée à cette particularité étant don né qu'on peut également utiliser du phosphure-arsénixcoe de gallium 10 pour former la couche dans laquelle la jonction verticale est formée, et appliquer cette matière sur un support en arséniure de gallium. Il va de soi qu'il est avantageux d'utiliser une matière qui permet d'intégrer d'autres composants de l'ensemble (par exemple des éléments d'emmagasinage et de décodage) avec les 15 dispositifs à jonction, sur la même galette. Suivant une autre caractéristique de l'invention, un dispositif à jonction verticale qui convient particulièrement bien dans l'ensemble de traitement d'informations défini ci-avant comprend du silicium obtenu par croissance épitaxiale sur un support 20 en saphir ou en alumine, le silicium contenant des régions con-tiguës ayant des types de conductibilité opposés pour définir une jonction verticale destinée à émettre de la lumière en répoiiaie à des excitations électriques. On a constaté qu'on obtient de bons résultats si la couche de silicium a une épaisseur de l'ordre de 25 0,5 micron. On peut mentionner ici que la production de lumière sur une jonction verticale de ce type se produit normalement lors que les tensions appliquées sont telles que la jonction soit soumise à une polarisation inverse d'avalanche et que la résistivité de la matière de la jonction soit suffisamment grande pour qu'une 30 émission de lumière se produise dans ces conditions. Bien entendu, l'ensemble de traitement d'informations suivant l'invention est agencé de manière à satisfaire aux exigences particulières des diverses applications spécifiques. Par exemple, les organes photosensibles de l'ensemble peuvent comprendre une 35 pellicule photographique non exposée, qui défile devant un réseau de dispositifs à jonction verticale, de façon qu'une configuration de zones émettrices de lumière soit enregistrée sur le film. Le film peut alors être utilisé ultérieurement conjointement à une source lumineuse et à un réseau de détecteurs photosensibles 40 pour fournir un signal électrique de sortie correspondant au 6901302 5 2000727 diagramme d'émission de lumière produit par l'excitation sélective des diodes à jonction verticale., Gomme on le comprendra aisément, des organes d'exploration sont nécessaires pour assurer l'excitation sélective des dispositifs à jonction et pour les 5 détecteurs photosensibles, de manière à former tLn diagramme composite des données à représenter ou à enregistrer. Les organes d'exploration peuvent avantageusement se présenter sous la forme d'un circuit logique tel qu'un compteur en anneau, tandis que les dispositifs d'emmagasinage, de conditionnement et de décodage 10 de l'information numérique appliquée aux dispositifs à jonction peuvent comprendre des transistors métal-oxyde-semi-conducteur ou des transistors métal-isolant-semi-condueteur. L'ensemble trouve une application particulière en cartographie, où la représentation visuelle d'une carte est judicieuse-15 ment convertie en information numérique, les données numériques ainsi obtenues étant appliquées, après modification convenable, sous la forme de signaux d'excitation sélective, aux dispositifs à jonction verticale d'un réseau, de manière à produire un diagramme d'émission de lumière utilisé pour l'établissement d'une 20 carte modifiée. La description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé, donné à titre non limitatif, permettra de mieux comprendre l'invention. Sur ce dessin ï- 25 La fig. 1 est une vue en coupe transversale d'une jonction semi-conductrice verticale. La fig. 2 est une vue du dessus de la jonction que montre la fig. 1» La fig. 3 est une vue en coupe transversale d'une jonction 30 supportée par un support transparent. La fig. 4 est une vue d'un certain nombre de jonctions émet— trices de lumière portées par un support et du montage logique associé. La fig. 5 représente une rangée de jonctions émettrices de 35 lumière supportées par une feuille de papier photographique» La fig. 6 représente un appareil permettant la mise en oeuvre d'un procédé d'impression en fac-similé. La fig. 7 est un schéma symbolique d'une application de la jonction semi-conductrice suivant l'invention à la préparation 40 d'une carte de qualité cartographique. 6901302 4 2000727 La fig. 1 représente un support 1 en matière isolante monocristalline, sur lequel ont été déposés, par une technique classique, deux éléments 2 en matière semi-conductrice. Les deux éléments 2 sont en matières semi-conductrices de types opposés 5 et se raccordent en formant une jonction semi-conductrice 3„ Cette jonction 3 est formée à l'emplacement où les deux éléments 2 sont appliqués l'un contre l'autre, et la jonction est par conséquent sensiblement verticale ou perpendiculaire au plan du support 1. Etant donné que 1*épaisseur des éléments semi-conduc-10 teurs 2 est de l'ordre de 0,5 micron, la jonction est relativement courte. Des régions de contact électrique 4 sont prévues sur le dessus des éléments semi-conducteurs, et ces régions s'étendent sur une partie de la surface de chaquâ élément et, également, sur une partie de la longueur du support 1, de sorte qu'un 15 support rigide est disponible pour connecter des conducteurs élec triques aux régions. La fig. 2 est une vue en plan montrant cette construction, sur laquelle on peut voir que les éléments en matière semi-conductrice 2 ont une largeur qui diminue progressivement à mesure qu'on s'approche de la jonction 3? de sorte que 20 celle-ci, vue du dessus, est également relativement courte. Les régions de contact électrique 4 s'étendent sur une partie de la surface des éléments semi-conducteurs, en direction de la jonction, de sorte què le dispositif présente une résistance élec trique totale mi m'maie. 25 Lors du fonctionnement de ce dispositif, si des potentiels électriques convenables sont appliqués aux régions de contact 4, la jonction peut être soumise à une polarisation inverse d'avalanche, et elle émet alors de la lumière. Dans la construction représentée sur la fig. 1, la lumière est orientée sensiblement 30 dans une direction verticale et vers le haut à psirtir de la jonction 3, et la sortie de lumière peut être commutée à grande vitesse par application de signaux électriques convenables aux régions 4. Une construction de jonction différente est représentée sur 35 la fig. 3, sur laquelle le support 1 est en une matière isolante mono-cristalline transparente à la lumière. Un exemple d'une telle matière est 1'alumine, sous forme de rubis ou de saphir. Ce support permet à la lumière d'être émise également vers le bas à partir de la jonction 3» et cette lumière traverse le support et 40 émerge du côté inférieur de la jonction. Si le côté inférieur du 6901302 5 2000727 support 1 est revêtu d'une couche 5 eu une matière opaque à l'exception d'une petite zone 6 se comportant comme une fenêtre située à l'aplomb de la jonction 3j on peut obtenir une source lumineuse de très petite dimension. Cette source lumineuse est 5 d'une construction particulièrement robuste, étant donné que les connexions électriques qui y aboutissent se trouvent du côté opposé du support. La fsnêtre 6 et la couche opaque 5 peuvent ainsi être placées au voisinage immédiat d'un milieu d'enregistrement qu'on fait défiler au-dessous du support, puis en contact 10 avec ce milieu, et ces parties de la source lumineuse peuvent ê-tre rendues suffisamment robustes pour pouvoir supporter un contact avec une bande mobile, par exemple une bande de papier photosensible. On peut disposer une multiplicité de jonctions semi-conduc-15 trices émettrices de lumière de ce type sur un support commun pour former une construction telle que celle représentée sur la fig.4. Gette figure montre un support commun 7 portant un grand nombre de jonctions semi-conductrices émettrices de lumière 8 qui sont connectées à un montage logique d'excitation 9 pouvant être 20 commandé en réponse à des signaux électriques appliqués à une borne 10. En appliquant des signaux convenables à la borne d'entrée 10, on peut produire un diagramme de lumière le long de la rangée de jonations 8, et on peut impressionner convenablement par ces diagrammes le milieu photosensible défilant devant ce réseau de 25 jonctions. La fig. 5 montre un réseau de jonctions 11 de ce type disposé au-dessus d'une bande mobile de papier photographique 12. Le papier photographique 12 peut être entraîné dans le sens indiqué par la flèche ; en défilant devant le réseau émetteur de lumière 11 (dont le côté émetteur de lumière est disposé en re-30 gard du côté photosensible du papier), le papier 12 est marqué en fonction des signaux électriques d'entrée appliqués au réseau. .Ainsi, par exemple, des caractères alpha-numériques ou des formes géométriques peuvent être tracés sur le papier photographique, par l'application de signaux convenables à une borne d'entrée du 35 réseau. La fig. 6 représente un appareil d'impression en fac-similé utilisant un réseau de jonctions émettrices de lumière suivant l'invention. L'appareil d'impression en fac-similé comprend une tête de lecture 13 connectée par un conducteur approprié à une 40 tête dfécriture 14. La tête de lecture 13 comprend un détecteur 6901302 g 2000727 optique. Elle coopère avec un rouleau d'avance 15 qui fait défiler un document 16 devant elle, à une vitesse prédéterminée, à mesure des "besoins, de sorte que, par exemple, un texte imprimé sur le document peut être converti en signaux électriques qui 5. peuvent être appliqués à la tête d'écriture 14. La têts d'écriture 14 comprend un réseau de jonctions semi-conductrices suivant l'invention, capables d'émettre de la lumière lorsqu'elles sont convenablement excitées électriquement, et cette lumière est' appliquée à une feuille de papier photographique 17 qui défile 10 devant la tête d'écriture sous l'action d'un rouleau d'avance 15 synchronisé avec elle. Le papier photographique 17 est alors marqué par -un diagramme de lumière projeté sur lui par les jonctions de la tête d'écriture 14 et, après développement et fixation convenables, ce papier photographique 17 présente une im-15 pression sensiblement identique à celle du document original 16. De cette manière, le texte ou l'inscription porté sur le document 16 peut être aisément transmis électriquement à un poste éloigné ; bien entendu, on peut commander tout nombre désiré de têtes d'écriture, si cela est nécessaire, à partir d'une seule tête de 20 lecture convenable. Le cas échéant, le papier photographique 17 pourrait être remplacé par un autre milieu convenable sensible au rayonnement, tel qu'une feuille se prêtant à un procédé d'impression xérographique. L'un des modes possibles de traitement de l'information en-25 tre la tête de lecture et la tête d'écriture est représenté sur la fig. 7» qui montre une application à la cartographie dans laquelle le tracé d'une carte peut être convenablement automatisé. Sur cette figure, une esquisse d'une carte 18 (ou un autre document original convenable) est entraînée de façon à défiler devant 50 une tête de lecture 19, et une sortie de celle-ci est appliquée à une calculatrice électronique 20. Une soriie de la calculatrice 20 est appliquée à un dispositif de représentation visuelle 21, de sorte que l'information transmise à une tête d'écriture 22 peut être contrôlée et convenablement modifiée s'il y a lieu, afin 35 d'obtenir la carte de qualité cartographique désirée. La tête 22 trace sne carte par le procédé déjà décrit, sur une feuille de papier sensible 23 gui défile devant elle dans le sens indiqué. Ainsi, on peut préparer une carte de façon automatique, d'une manière qui comprend les modifications nécessaires concernant l'é-40 chelle et les caractéristiques particulières à accentuer, de 6901302 7 2000727 sorte que la préparation de la carte est considérablement facilitée par rapport aux méthodes classiques. On pourrait aussi prévoir la mise à jour automatique d'une carte. Les jonctions semi-conductrices suivant l'invention peuvent 5 également être utilisées dans des imprimantes par ligne pour calculatrices, dans des systèmes à relais photosensibles, dans des dispositifs opto-électroniques, dans des enregistreurs, dans des dispositifs d'emmagasinage photographique pour calculatrices, dans des codeurs de position angulaire d'arbre et même dans des 10 imprimantes alpha-numériques, pour ne mentionner que quelques applications. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 6901302 6 2000727 REVENDICATIONS 1.- Dispositif semi-conducteur plan caractérisé en ce qu'il comprend -une matière semi-conductrice obtenue par croissance épitaxiale sur un support isolant monocristallin, la matière semi-5 conductrice étant déposée dans deux régions contiguës ayant des types de conductibilité opposés pour définir une jonction verticale destinée à émettre de la lumière en réponse à des excitations électriques» 2«~ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en 10 ce que la matière semi-conductrice est du silicium. 3.- Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé en ce que le support isolant est du quartz ou une alumine telle qu'un rubis ou un saphir. 4-.- Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en 15 ce que la matière semi-conductrice est du phosphore arséniure de gallium. 5.- Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le support isolant est en arséniure de gallium. 6.- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 20 1 à 5, monté avec des circuits logiques associés sur un support commun. 7.- Ensemble de traitement d'informations caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif suivant la revendication 1 et des organes permettant d'appliquer à ce dispositif des signaux 25 électriques représentant des données pour provoquer une électroluminescence de la jonction. 8.- Ensemble suivant la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un élément photosensible capable de fonctionner en réponse à cette électroluminescence. 30 9.- Ensemble suivant la revendication 7» caractérisé en ce que l'élément photosensible est un milieu photosensible tel qu'un film, un papier ou une plaque, ou encore une surface d'impression xérographique. 10„- Appareil d'impression cartographique ou de fac-similé 35 comprenant un dispositif suivant l'une quelconque des revendications 1 à 6.