Brevet FR2010717A1 — publié le 19700220

i 2010717 La présente invention se rapporte à un convertisseur d'impulsions unipolaire/bipolaire utilisant deux dispositifs à semi-conducteurs à deux vallées comportant chacun une anode et une cathode. 5 De nombreux circuitê peuvent utiliser comme dispositif actif n'importe quel semi-conducteur à deux vallées qui présente le phénomène de nucléation et de propagation de domaines d'aimantation. On croit que le mécanisme de ce phénomène est dû au fait que les porteurs dans ces matériaux présentent une augmentation 10 négative de mobilité dans une certaine gamme de champs magnétiques appliqués. La source de cette augmentation négative de mobilité varie très largement d'un matériau à l'autre. Dans le germanium dopé avec de l'or.elle peut être attribuée à un effet de captation dépendant du champ, dans le sulfure de cadmium elle peut être at-15 tribuée à l'interaction entre phonons et électrons tandis que dans les matériaux tels que GaAs, InP, CdTe, ZnSe et d'autres on croit qu'elle résulte d'un phénomène de dispersion intervallée. La théorie de base de ces dispositifs est décrite en détail dans une série d'articles parus dans le numéro de janvier 1966 de IEEE, 20 Transactions on Electron Devices, volume ED-13, et dans le numéro de septembre 1967 de IEEE, Transactions on Electron Devices, volume ED-14. Comme décrit dans ces articles, lorsqu'une tension croissante est appliquée aux extrémités opposées d'un échantillon. 25 convenable d'un semi-conducteur à deux vallées, par exemple de de l'arséniure de gallium de type n, le courant moyen dans l'échantillon croît à peu près linéairement avec la tension jusqu'à ce qu'une valeur critique soit atteinte pour laquelle le courant tombe brusquement à une fraction de sa valeur maximum. Au-dessus de 30 cette valeur critique le courant moyen dans l'échantillon reste sensiblement constant. De plus, dans cette gamme de courant réduit on constate que l'onde oscille périodiquement à une fréquence qui est liée à la longueur de l'échantillon. La tension critique à laquelle se produit la chute de courant dans l'échantillon et à la-30 quelle commencent les oscillations est appelée tension de seuil V^,. Selon la théorie actuelle, ces oscillations résultent de la nucléation ou formation de domaines d'aimantation dans une région voisine de l'électrode négative (cathode) et de la propagation de ces domaines vers l'électrode positive (anode). A la sui-40 te de la nucléation d'un domaine^ celui—ci croit jusqu'à ce qu'il 69 18231 2 2010717 ait atteint une forme stable puis il continue à se propager vers l'électrode positive même si la tension appliquée est réduite pour autant que cette tension reste au-dessus d'une valeur minimum appelée tension d'entretien de domaine Si la tension appliquée 5 dépasse une valeur VqS appelée tension d'entretien des oscillations, 1 'arrivée d'un domaine à l'anode donne lieu à la formation d'un domaine près de la cathode. Le processus continu de nucléation,. propagation et dissolution de domaines produit des oscillations cohérentes dans l'onde de courant» Toutefois, si la tension appli-10 quée est inférieure à Vqq mais supérieure à V^g , la dissolution d'un domaine à l'anode replace le dispositif dans son état ohmique originel. On a constaté que, outre la nucléation de domaines d'aimantation au moyen d'une tension appliquée entre l'anode et la 15 cathode d'un dispositif à deux vallées, il est également possible de provoquer la nucléation de domaines par l'application d'un potentiel positif à une troisième borne du dispositif, située entre l'anode et la cathode. Cette troisième borne peut être un simple contact ohmique dans lequel le métal est lié physiquement au semi-20 conducteur ou être en contact capacitif lorsque la métallisation est isolée du semi-conducteur par une couche isolante. Dans ce dernier cas, les signaux appliqués à la troisième borne sont couplés capacitivement au dispositif semi-conducteur. On a constaté que, quel que soit le type de liaison utilisé pour la troisième 25 borne, des tensions relativement faibles sont requises à une telle borne pour donner lieu à la nucléation de domaines d'aimantation même lorsque la tension entre l'anode et la cathode est située sensiblement en dessous de la tension de seuil V^. La raison apparente de ce phénomène est que la tension appliquée à la troisième 30 borne ne doit qu'accroître le champ électrique au-dessus du seuil dans la région comprise entre cette borne et la cathode. L'invention procure un convertisseur d'impulsions unipolaire/bipolaire dans lequel une troisième borne est connectée électriquement à une zone de chaque dispositif entre l'anode et la 35 cathode ; une connexion directe est prévue entre la cathode du premier dispositif et l'anode du second dispositif, une-première entrée est prévue pour appliquer des premières impulsions positives à la troisième borne du premier dispositif, une deuxième entrée est prévue pour appliquer des secondes impulsions positives à la 40 troisième borne du second dispositif, èt une connexion directe est 18231 3 2010717 prévue pour appliquer une tension de polarisation à chacun des dispositifs, la tension de polarisation étant supérieure à la tension d'entretien de domaine et inférieure à la tension d'entretien des oscillations dans chacun des dispositifs. 5 Deux dispositifs à semi-conducteurs à deux vallées sont donc connectés en série aux bornes d'une source de tension continue de telle sorte que chacun des dispositifs soit polarisé à une tension supérieure à la tension d'entretien de domaine mais inférieure à la tension d'entretien des oscillations. Chacun des disposi-10 tifs présente une anode, une cathode et une troisième borne liée au semi-conducteur entre l'anode et la cathode. Des impulsions d'allure positive,qui doivent être régénérées comme impulsions d'allure négative,sont connectées à la troisième borne d'un premier des dispositifs tandis que des impulsions d'allure positive, qui 15 doivent être régénérées dans cette forme,sont appliquées à la troisième borne d'un second dispositif. La présence d'une impulsion positive à la troisième borne du premier dispositif provoque la nucléation de domaines dans ce dispositif alors que le second dispositif reste à l'état ohmique. D'une manière similaire, l'appli-20 cation d'une impulsion positive à la troisième borne d'entrée du second dispositif provoque la nucléation de domaines dans ce dispositif, le premier dispositif restant à l'état ohmique. Comme la création d'un domaine à champ magnétique élevé provoque une réduction brusque du courant, la tension à la jonction commune du se-25 cond dispositif est une impulsion d'allure négative en réponse à l'application d'une impulsion positive à la troisième borne du premier dispositif et une impulsion d'allure positive en réponse à l'application d'une impulsion positive à la troisième borne du second dispositif. La largeur de chaque impulsion de sortie est 30 spécifiée par le temps de transit d'un domaine d'aimantation. Le dessin joint au présent mémoire montre schématique-ment les éléments de base d'un convertisseur selon l'invention. Deux dispositifs à semi-conducteurs à deux vallées, sensiblement identiques, 10 et 11 sont connectés en série entre une source 12 de 35 tension positive et une source 13 de tension négative. Chacun des dispositifs 10 et 11 possède une anode et une cathode ; la cathode 15 du dispositif 10 est connectée directement à l'anode 16 du dispositif 11 et la cathode 18 du dispositif 11 est connectée directement à la source de tension 13 tandis que l'anode 19 du dispo-40 sitif 10 est connectée directement à la source de tension 12. La 69 18231 4 2010717 tension fournie par les sources 12 et 13 est prévue pour appliquer à chaque dispositif une tension de polarisation supérieure à la tension d'entretien de domaine VDg mais inférieure à la tension d'entretien des oscillations Vqq ou à la tension de seuil V^,. 5 Lorsqu'un domaine se trouve alors formé dans l'un ou l'autre des dispositifs,ce domaine persiste jusqu'à "ce qu'il atteigne l'anode après quoi le- dispositif reprend son état ohmique. La fonction de l'appareil représenté sur le dessin joint est d'engendrer une impulsion d'allure négative à la sortie 20 10. chaque fois qu'une impulsion positive apparaît à la borne d'entrée 21, et d'engendrer une impulsion d'allure positive à la sortie 20 chaque fois qu'une impulsion positive apparaît à l'entrée 22. Une source 25 d'impulsions positives est connectée à la borne d'entrée 21 qui est connectée directement à la troisième borne d'entrée du 15 dispositif 11, qui peut être, soit un contact ohmique lié directement au semi-conducteur entre la cathode 15 et l'anode 19, soit un contact formé en plaçant une couche isolante sur le semi-conducteur auquel une surface conductrice est alors liée, la borne 21 étant directement connectée à la surface métallique. 20 Un contact similaire est prévu sur le dispositif 11 et une source 26 d'impulsions positives est connectée à la borne d'entrée 22 afin d'appliquer ces impulsions au troisième contact. L'application d'une impulsion positive provenant de la source 25 provoque la nucléation d'un domaine d'aimantation dans 25 le dispositif 10, ce qui réduit sensiblement le courant traversant le dispositif 10» En même temps le dispositif 11, non affecté, reste polarisé dans la région ohmique, en sorte qu'il présente les les propriétés d'une résistance. Comme le courant dans le circuit série entre la source 12 et la source 13 est réduit par suite de la 30 nucléation d'un domaine dans .le dispositif 10, il se produit sur le dispositif 11 une chute de tension moindre. La tension de sortie prise sur une résistance 24 connectée entre la borne 21 et la terre tombe dès lors à un niveau comme montré sur le dessin en regard de la borne 20, et elle reste à cette valeur durant le temps de 35 transit du domaine entre la cathode 15 du dispositif 10 et l'anode 19o D'une manière similaire, une impulsion positive provenant de la source 26 provoque la nucléation d'un domaine dans le dispositif 11, de sorte que le courant dans celui-ci se trouve sensiblement réduit, le dispositif 10 étant maintenu dans l'état ohmique. 40 Comme le courant dans le circuit série entre la source 12 et la 69 18231 .5 2010717 source 13 est réduit par suite de la formation d'un domaine dans le dispositif 11 alors que le dispositif 10 se trouve dans son état ohmique, la tension à la sortie 20 croît jusqu'à un niveau Vjj qui est conservé durant le temps de transit du domaine entre la catho-5 de 18 et l'anode 16„ On a donc réalisé un convertisseur unipolaire/bipolaire au moyen de deux dispositifs à semi-conducteurs à deux vallées seulement dans un circuit relativement simple qui peut travailler à des vitesses extrêmement élevées» 10 Enfin, la longueur du dispositif 10 peut être diffé rente de la longueur du dispositif 11 de sorte que les impulsions positives et négatives engendrées à la sortie 20 ont des largeurs différentes, ce qui permet à un appareil d'utilisation de faire une meilleure discrimination entre les impulsions non seulement sur 15 la base de leur polarité, mais également sur la base de leur durée. 69 18231 6 2010717 REVENDICATIONS 1.- Convertisseur d'impulsions unipolaire/bipolaire utilisant deux dispositifs à semi-conducteurs à deux vallées (10, 11) comportant chacun une anode (19,16) et une cathode (15,18), 5 caractérisé en ce qu'une troisième borne est connectée électriquement à une zone de chaque dispositif entre l'anode et la cathode, en ce qu'une connexion directe est prévue entre la cathode (15) du premier dispositif (10) et l'anode (16) du second dispositif (11), en ce qu'une première entrée est prévue pour appliquer des premiè-10 res impulsions positives à la troisième borne du premier dispositif, en ce qu'une deuxième entrée est prévue pour appliquer des secondes impulsions positives à la troisième borne du second dispositif (11), et en ce qu'une connexion directe est prévue pour appliquer une tension de polarisation (12, 13) à chacun des dis-15 positifs, la tension de polarisation étant supérieure à la tension d'entretien de domaine et inférieure à la tension d'entretien des oscillations dans chacun des dispositifs. 2.- Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier dispositif (10) peut être excité pour 20 former un domaine d'aimantation lorsqu'une impulsion positive est appliquée à ladite troisième borne du premier dispositif et en ce que le second dispositif (11) peut être excité pour former un domaine d'aimantation lorsqu'une impulsion positive est appliquée à ladite troisième borne du second dispositif, de telle sorte que 25 la tension.sur la connexion directe entre la cathode (15) du premier dispositif (10) et l'anode (16) du second dispositif (11) se trouve réduite lorsque le premier dispositif (10) engendre un domaine et qu'elle se trouve accrue lorsque le second dispositif (11) engendre un domaine. 30 3.- Convertisseur selon l'une ou l'autre des revendica tions 3 et2 caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de sortie (20, 24) connectés directement entre la cathode (15) du premier dispositif (10) et l'anode (16) du second dispositif (11) afin de dériver les impulsions converties pour le circuit d'utilisation.