Brevet FR2000317A1 — publié le 19690905

La présente invention se rapporte aux transducteurs magnétoélectriques et concerne, plus particulièrement, un transducteur magnéto-électrique perfectionné utilisant un élément sensible à la pression, couple à des moyens pour convertir l'intensité d'un champ magnétique en une contrainte mécanique correspondante. Il est connu d'utiliser une diode à jonction p-n, un transistor ou un semi-conducteur à film mince comme transducteur élec- tromécanique. La demanderesse5 ainsi que d'autres chercheurs, ont déjà signalé que la résistance interne de certains éléments semi-conducteurs varie considérablement en fonction des contraintes qui leur sont appliquées. Plus précisément, un tel élément semi-conducteur comprend un corps de matière semi-conductrice qui présent te, au voisinage de prune de ses grandes faces, une région for terrent dopée avec une impureté produisant un niveau d'énergie profond das la bande interdite, au moins une électrode métallique établissant un contact redresseur avec cette région et au moins une électrode métallique faisant un contact ohmique avec une autre région de ce corps. Quand on exerce une contrainte sur l'une au moins des électrodes formant un contact redresseur, la résistance électrique entre cette électrode et l'électrode faisant le contact oblique varie considérablement. L'élément semiconducteur de la présente invention est très sensible aux contraintes qu'on lui applique. La deranderesse a trouvé que les variations de Itintensité d'un champ magnétique peuvent entre converties en variations de la résistance d'un élément, tel que celui décrit ci-dessus, en associant cet élément à un transducteur magnéto-électrique, c' est-à-dire à un corps de matière magnétique. Le but de l'invention est de fournir un transducteur magnéto-électrique qui comprend un corps de ratière semi-conductrice dont la résistance interne varie considérablement lorsqu'on lui applique une contrainte, un corps de matière magnétique étant couplé à ce corps semi-conducteur de façon que la présence d'un champ magnétique externe exerce sur le corps semi-conducteur une contrainte faisant varier la résistance électrique de celui-ci en fonction de la contrainte ainsi exercée. Dans le présent transducteur, une variation de l'intensité du champ magnétique peut être transformée en une variation de la résistance électrique de façon très progressive sans contact ma teriel et avec une grande sensibilité. En général, la durée d'un transducteur électromécanique est fonction de la grandeur et de la fréquence des impulsions qui lui sont appliquées. Toutefois, dans le présent transducteur, aucun choc ne s'exerce sur le corps semi-conducteur, d'où résulte une durée prolongée. De plus, le présent transducteur ne vibre pas, car les contraintes sont exercées par un champ magnétique. Dans un mode de réalisation préféré du transducteur selon 1' invention, l'ensemble formé du corps semi-conducteur et du corps de matière magnétique est enfermé dans un boîtier hermétique en matière non-magnétique. Dans ces conditions, du fait que l'ensemble peut être hermétiquement enfermé dans un boîtier, on évite que le corps semi-conducteur soit détérioré par l'action de étant mosphère qui, autrement, aurait une grande influence D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res- sortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel la fflg. t est une vue en coupe d'un transducteur magnéto-électrique conforme à l'invention la fig. 2 montre une famille de courbes volt-ampere se rapportant au transducteur de 1a fig. t la fig. 3 est une soupe d'un transducteur électromécanique pouvant être utilisé dans le transducteur de l'invention ; la fig. 4 est un diagramme montrant une famille de courbes volt-ampère se rapportant à l'élément de a fig. 3 ; la fig. 5 est un diagramme montrant des courbes volt-aspère se rapportant au transducteur de la fig. 1, comportant l'élément de la fig. 3. La fig. t montre un transducteur électromagnétique qui corps prend un corps semi-conducteur i, dont la résistance varie consi dérablement quand on lui applique une contrainte deux électrodes métalliques 2 et 3 formées sur les deux faces du corps 1, un botZ tier 4 en une matière non magnétique, telle que la verre ou la matière plastique, qui supporte le corps f par l'intermédiaire de l'électrode 2, un bloc 5 de matière magnétique, telle que le fer, sur l'autre électrode 3, et des conducteurs de sortie 6 et 7 connectés aux électrodes 2 et 3. Lorsqu en applique un champ magnétique suivant une direction perpendiculaire à la la surface principale du corps semi-conducteur, comme indiqué sur la fig.1, et en admettant que le boitier 4 est fixe, le bloc 5 de matière magnétique est attiré dans la direction du champ magnétique, en fonction de l'intensité de ce dernier. Ainsi, le bloc 5 exerce une contrainte sur le corps semi-conducteur I, contrainte qui est fonction de l'intensité du champ magnétique, d'où résulte une variation correspondante de la résistance du corps semi-conducteur 4. Si, dans ces conditions, une tension constante est appliquée aux bornes du corps semi-conducteur 1, la variation de sa résistance se traduit par une variation inversement proportionnelle du courant qui le traverse. La fig. 2 montre des courbes du courant traversant le transducteur de la fig. 1, en fonction de la tension pour diverses intensités du champ magnétique. Sur cette figure, l'ordre des intensités du champ magnétique est HO l'intensi- té du courant, c'est-à-dire plus la résistance diminue. On va décrire maintenant plus en détail un exemple d'un é réent semi-conducteur en se référant à la fig. 3. Cet élément comprend un corps semi-conducteur 11, une région 12 fortement dopée avec une impureté qui produit un niveau d'énergie profond dans la bande interdite du corps t, une électrode métallique 3 établissant un contact redresseur avec la région 12 et une électrode métallique faisant un contact ohmique avec le corps 11. Quand on exerce une pression sur l'électrode 13, comme indiqué sur la fig. 3, le courant augmente dans l'éldment, comme le mon tre la fig. 4 sur laquelle la courbe 15 est une tension volt-am- père en l'absence d'une pression, tandis que la courbe 16 cor respond à l'application d'une pression. On voit que cet élément seai-conducteur a une sensibilité à la pression qui est supérieure de 100 à 1000 fois à celle d'un transducteur électromé- canique classique. Le diagramme de la fig. S montre les caractéristiques électriques de cet élément lorsqu'il est utilisé comme transducteur électromécanique de la manière représentée sur la fig. 1. Du fait que cet élément semi-conducteur est très sensible aux contraintes, il permet de détecter de très faibles champs magnétiques. Le champ magnétique peut tre créé par un courant électrique traversant un bobinage ou par un aimant permanent. Dans le pre- mier cas, le présent transducteur peut servir de convertisseur électrique-électrique. Comme élément magnétique couplé au corps semi-conducteur, on peut utiliser une matière telle que le fer, la ferrite ou un aimant permanent. Il ressort clairement de la descrIption qui précède que le présent transducteur magnéto-électrique permet de transformer 1' intensité d'un champ magnétique en une force d'attraction s'exerçant sur une matière magnétique et en une variation de la ré- sistance d'un corps semi-conducteur et ce, sans contact physique. Il peut donc être utilisé comme commutateur sans contact et,de ce point de vue, présente un intérêt industriel considérable. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement a deux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties avant été plus spécialement envisagés elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. R E V E N D I C A T I O N S 1. Un transducteur magnéto-électrique qui comprend un corps de matière semi-conductrice dont la résistance interne varie considérablement lorsqu'on lui applique une contrainte mécanique, et un corps de matière magnétique couplé à ce corps semi-conducteur, ce qui fait que les variations de l'intensité d'un champ magnétique externe sont transformées en variations d'une résistance é lectrique. 2. Un transducteur iagnéto-électrique tel que spécifié sous 1, dont le corps sesi-conducteur comporte, au voisinage de l'une de ses grandes faces, une région fortement dopée avec une impureté produisant un niveau d'énergie profond dans la bande interdite dudit corps semi-conducteur, une électrode métallique tablis- sant un contact redresseur avec cette région et une seconde électrode métallique faisant un contact ohmique avec ledit corps semi-conducteur. 3. Un transducteur magnéto-électrique, tel que spécifié sous t ou 2, qui comprend un boîtier en matière non magnétique enfermant hermétiquement ledit corps semi-conducteur et ledit corps de matière magnétique, l'une des surfaces dudit corps semi- conducteur étant fixée à la paroi intérieure dudit boîtier.