Brevet FR2003160A1 — publié le 19691107

La présente invention concerne un dispositif de commande de l'intensité d'un courant électrique dans un dispositif de couplage comportant une matière semi-conductrice et des électrodes se trouvant en contact avec celle-ci, la matière semi-5 conductrice présentant une résistance électrique élevée qui est changée presque instantanément en une résistance électrique faible, sous l'effet d'une tension dépassant une valeur de seuil, et la faible résistance électrique est immédiatement changée à nouveau en sa valeur initiale, sous l'effet d'une ÎO diminution de l'intensité au-dessous d'une valeur de maintien minimale, la matière semi-conductrice étant essentiellement constituée par du soufre et un métal de transition tel que du vanadium. LEinvention est basée sur le brevet français ïFo-» î 396'321 15 demandé le 2 7 septembre 1963 et constitue un perfectionnement du dispositif de ce brevet» Le but principal de l'invention est de créer un dispositif perfectionné de commande de l'intensité d'un courant électrique pouvant effectuer des fonctions de commutation comme le dispo-20 sitif de commande suivant le brevet mentionné ei-dessus. L'invention utilise une matière semi-conductrice perfectionnée qui est essentiellement constituée par du soufre et un métal de transition. Bien que différents métaux de transition puissent être utilisés dans cette matière semi-conductrice% des résultats 2 5 particulièrement bons sent obtenus en utilisant du vanadium comme métal de transition, en combinaison avec du soufre. Le dispositif de commande de l'intensité d'un courant- électrique suivant l'invention présente des caractéristiques plus stables à des températures plus élevées. 30 Des formes de réalisation de lrobjet de 1* invent ion s'ont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, au dessin annexé . La fig- 1 est une représentation schématique du dispositif de commande de l'intensité d f un courant'électrique suivant 35 l'invention, monté en série avec un dispositif d'utilisation. La fig. 2 représente une courbe montrant la tension en fonction de l'intensité et illustrant le fonctionnement du dispositif de commande de 16intensité suivant 1Tinvention dans un dispositif de couplage à courant coatints» 69 10 / : 0 0 3160 Les fig- 3 et 5 A la fig. 1, le dispositif de commande de 1fintensité deuïi courant électrique suivant l'invention est désigné dans son ensemble par la référence 10. Il comporte une matière semi-conductrice 11 qui est du type à conduetivité dans un sens et qui présent© une résistance électrique élevée, tandis ÎO que- deux électrodes 12 et 15 sont en contact avec la matière semi-conductrice 11 et présentent une faible résistance électrique- de transition avec celle—ci. Les électrodes 12 et 15 du dispositif de commande de 1^intensité 10 relient ce dernier en série avec un -dispositif de couplage électrique pré-15 sentant un dispositif d'utilisation 14 et deux bornes 15 et 16 pour l'alimentation. L'énergie amenée au dispositif de couplage peut être à courant continu ou à courant alternatif, comme désiré» La fig. 2 représente une courbe "intensité en fonction 2 0 de la tension" qui illustre le fonctionnement du dispositif de commande de 1'intensité dans un dispositif de couplage à courant continu. Le dispositif présente normalement une résistance élevée et ses caractéristiques sont illustrées par la courbe 20 lorsqu'une tension continue est appliquée aux bor-25 nés 15 et. 16 et lorsque cette tension est augmentée* la résistance électrique du dispositif étant à ce moment élevée et bloquant le passage du courant électrique® Lorsque la tension est augmentée jusqu'à une valeur de seuil, la résistance électrique élevée dans la matière semi-conductrice diminue presque 30 instantanément dans au moins une voie entre les électrodes 12 et 15 et devient très faible-, la commutation instantanée étant indiquée par la courbe 21. Le dispositif présente à ce moment une résistance électrique qui est de plusieurs ordres de grandeur plus faible que la résistance électrique élevée» L'état 55 de conduction est illustré, par la courbe 22 pi indique une caractéristique pratiquement linéaire de la tension, en fonction ce 1'intensité, de même qu'une caractéristique de tension constante•qui est la même pour 1raugmentât!on et la diminution de 1Sintensité. Autrement ditr.le courant électrique est traas— 69 05707 2003160 mis à une tension restant pratiquement constante. A l'état de conduction du courant sous une faible résistance, la matière semi-conductrice présente une chute de tension qui est seulement une fraction de "la chute de tension à l'état de blocage 5 lorsque la résistance est élevée et que la tension est près de la valeur de seuil. lorsque la tension est diminuée, l'intensité diminue suivant la ligne 22 et lorsque l'intensité descend au-dessous d'une valeur de maintien minimale la faible résistance élec-10 trique de la voie mentionnée est immédiatement changée en une résistance électrique élevée, comme illustré par les courbes 23, 23', de sorte que le dispositif revient à l'état de blocage dans lequel il présente une résistance importante. Pendant le fonctionnement sous courant continu, la commutation entre 15 l'état de conduction à faible résistance et l'état de blocage à résistance élevée se produit suivant la courbe 23'; la commutation se produit parfois suivant la courbe 2 3 en traits pleins lorsque le dispositif fonctionne sous courant alternatif. Cependant, la faible résistance électrique est immédiatement 20 transformée dans les deux cas en une résistance électrique élevée, lorsque l'intensité descend au-dessous de la valeur de maintien minimale. Le dispositif de commande de l'intensité 10 suivant l'invention présente un fonctionnement symétrique, c'est-à-dire que 2 5 son intensité de blocage est pratiquément identique dans un sens et dans l'autre, de même que son intensité à l'état de conduction, tandis que la commutation entre les états de blocage et de conduction s'effectue très rapidement. Dans le cas du fonctionnement sous courant alternatif, les caractéristiques de ten-30 sion et d'intensité pour la -seconde moitié du cycle d'un courant alternatif se trouvent dans le quadrant opposé à celui illustré à la fig. 2 Le fonctionnement à courant alternatif du dispositif est illustré aux fig. 3 et 4. la fig. 3 représente le dispositif 10 dans son état de blocage dans lequel la valeur ma-35 ximale de la tension alternative se trouve sous la valeur de seuil du dispositif; l'état de blocage est illustré par la courbe 20 dans les deux demi-cycles. Lorsque toutefois la valeur maximale de la tension alternative appliquée dépasse la valeur de seuil du dispositif, ce dernier est immédiatement commuté 69 05707 4 2003160 suivant les courbes 21 à l'état de conduction illustré par les courbes 22, la commutation du dispositif s'effectuant pendant chaque demi-cycle de la tension alternative appliquée. Lorsque cette dernière s'approche de zéro, de sorte que l'in-5 tensité dans le dispositif descend-au-dessous de la valeur de maintien minimale, le dispositif- est commuté" suivant la courbe 23 ou 23' pour passer de l'état à. faible résistance électrique à l'état de résistance électrique élevée, ce qui est illustré par la courbe 20; cette, commutation se produit presque à 10 la fin de chaque demi-cycle.. Pour une configuration donnée du dispositif 10, la résistance électrique élevée peut présenter une valeur de 1 M JO-et la faible résistance électrique peut être de l'ordre de 10 ohms, la valeur de seuil de la tension peut être d'environ 15 20 volts et la chute de tension aux. bornes du dispositif à l'état de conduction peut être inférieure à .1 .volt, tandis que les durées de commutation peuvent être.exprimées en nanosecondes ou moins. La matière semi-conductrice 11 permettant les opérations 20 de commutation mentionnnées ci-dessus est essentiellement constituée par du soufre et par un métal de transition présentant une bande D, comme par exemple le titane, .le vanadium, le chrome, le manganèse, le zirconium, etc.. Des résultats particulièrement bons sont obtenus en utilisant du soufre avec dii-25 vanadium. La teneur du soufre doit être élevée par rapport à la teneur de vanadium; on peut utiliser par exemple une gamme de poids atomiques .allant de 66 -2/3 % à 80.$ de soufre de 33 1/3 io à 20 io de vanadium.- • • • Lors de la préparation de la matière semi-conductrice, par 30 exemple du soufre et du vanadium, des quantités appropriées de ces matières sous une forme très fine sont enfermées de façon étanche dans, un récipient en quartz et chauffées pendant une durée d'environ 24 heures à une température ne dépassant pas 500° C, de préférence à une température d'environ 400° G. La 35 matière est ensuite refroidie jusqu'à la température ambiante et le récipient en quartz est ouvert. Le produit obtenu est une poudre noire très fine. Lorsque cette poudre est placée entre les électrodes et lorsque les tensions appropriées sont appliquées à celles-ci, 69 05707 5 2003160 on obtient les opérations de commutation mentionnées ci-dessus* Pour obtenir le même résultat, il est également possible de comprimer la poudre en forme de pastilles qui sont placées entre les électrodes. En outre, la poudre peut également être mé-5 langée avec un support liquide et appliquée aux électrodes sous forme de couches pour obtenir la commutation mentionnée. De plus, la poudre peut être projetée par un récipient cathodique approprié pour l'application d'une mince pellicule de la matière semi-conductrice sur les électrodes» La matière conduc-10 trice est, dans ce cas, déposée à l'état amorphe. Etant donné que le soufre est un élément pouvant former des structures polymères, on suppose que le soufre, lorsqu'il est associé avec le vanadium, forme une matière semi-conductrice ayant tme structure polymère qui est cristalline ou amorphe-» Les 15 procédés décrits ci-dessus pour la fabrication ère matière semi-conductrice à partir de soufre et de vanadium peuvent également être utilisés pour fabriquer dea sema-conducteur s contenant du soufre et d'autres métaux de transition. Les électrodes 12 et 15 peuvent être formées à partir 20 d'une matière électriquement conductrice appropriée quelconque présentant de préférence un point de fusion élevé et ne présentant pas de réaction défavorable avec la matière semi-conductrice fQ> comme par exemple le tantal, le graphite, le niobium, le tungstène, le molybdène» etc. Ces électrodes sont 25 généralement inertes par rapport à la matière semi-conductrice mentionnée ci-dessus. Il est supposé que la forte diminution de la tension appliquée se produisant lors de la commutation entre la forte et la faible résistances électriques est essentiellement constituée 30 par un phénomène électrique et que le processus de conduction à lrétat de faible résistance électrique est une conduction électronique- L'objet de 1r invent ion xif est pas limité aux formes de réalisation représentées et décrites en détail% car diverses modi-55 fications peuvent y être ajoutées sass sortir de son cadre- L \ U , 2003160 B 2 7 S H B I 0 k 1 I 0 H S 1 - Dispositif âe commande-'âe l'intensité d'un courant électrique comportant une matière semi-conductrice et des électrodes se trouvant en contact avec celle-cis dans lequel la 5 matière semi-conductrice présente une résistance électrique élevée créant un état de blocage qui empêche pratiquement le passage de courant par le dispositif" et dans lequel la forte résistance électrique diminue presque instantanément dans au moins une voie entre les électrodes pour devenir une faible 10 résistance électrique qui est de plusieurs ordres de grandeur inférieure à la forte résistance électrique, sous l'effet ieun.e tension dépassant une valeur de seuil, pour constituer un état de conduction permettant le passage de courants électriques e-t dans lequel la matière semi-conductrice présente une chute de 15 tension à Itétat de conduction à faible résistance électrique qui est une fraction de la chute de tension à l^état de blocage à forte résistance électrique lorsque la tension: présente une valeur qui est proche de la valeur de seuil^ la matière semi— conductrice étant essentiellement constituée par du soufre et 20 par un métal de transition. 2 - Bispositif de commande de l'intensité d'un courant électrique suivant la revendication 1 » dans lequel le poids atomique du soufre varie entre 80 et 66 2/5 $ et le poids atomique du métal de transition entre 2 0 et 33 1/5 /&• 25 5 - Dispositif de commande de 1'intensité d'un courant électrique suivant la revendication 1 et/ou 2, dans lequel la matière semi-conductrice est essentiellement constituée par du soufre et du vanadium- 4 - Dispositif de commande de l'intensité d'un courant 50 électrique suivant la revendication 1 ou dans lequel la matière semi-conductrice est essentiellement amorphe. 5 - Dispositif de commande de l*intensité d'un courant électrique suivant la revendication ît dans lequel la faible résistance électrique d'au moins une voie de Is matière semi- 55 conductrice à lfétat de conduction est immédiatement commutée à uns résistance électrique élevée, sous l'effet d'une diminution de l'intensité sous une valeur de maintien minimale qui -rétablit- t de blocage» 69 05707 7 2003160 6 - Dispositif de commande de l'intensité d'un courant électrique suivant la revendication 5, dans lequel l'état de blocage à forte résistance électrique est commuté à l'état de conduction à faible résistance électrique pendant chaque demi-5 cycle, sous l'effet d'une tension alternative dépassant une valeur de seuil, et dans lequel l'état de conduction à faible résistance électrique est commuté à l'état de blocage à-forte résistance électrique pendant chaque demi-cycle, sous l'effet de l'intensité d'un courant alternatif descendant au-dessous 10 d'une valeur de maintien minimale.