Brevet FR2049060A1 — publié le 19710326

La présente invention concerne des dispositifs semi-conducteurs et particulièrement cette classe de dispositifs semi-conducteurs dans laquelle une résistance négative est réalisée dans la masse du senti-conducteur. Le dispositif est utilisé dans différents types de circuits bistables et d'oscillateurs. 5 II ne nécessite pas pour son fonctionnement une jonction, une injection de porteur ou un transfert inter-vallée, mais comprend plutôt une variation spatiale périodique à une dimension dans son énergie d'extrémité de bande, ici appelée un super-réseau, qui produit plusieurs mini-zônes dans l'espace quantifié, pour fournir la résistance négative de masse désirée. La périodicité de 10 l'énergie d'extrémité de bande résulte d'une périodicité du potentiel électronique à l'intérieur du matériau. Bien que certaines des techniques de l'art antérieur sus-nommées ne sont pas essentielles au fonctionnement du dispositif décrit elles peuvent être combinées à la structure fondamentale dans différentes applications. 15 Les considérations théoriques fondamentales de l'art antérieur auxquelles peut se référer la présente invention se trouvent dans le livre deJean BRILLQUIN intitulé "Wave Propagation in Periodic Structures," publié par McGraw-Hill Book Compagny, Inc. en 1953. Ou point de vue de l'application, le brevet français n° 1.180.498 déposé le 24.7.1957 par la demanderesse est pertinent et 20 concerne un dispositif ayant une résistance négative de masse réalisé par 1'intéraction des porteurs avec un potentiel périodique associé au réseau cristallin lui-même. D'autres brevets de l'art antérieur traitent principalement de résistances négatives de masse bien que produites par des phénomènes différents, sont les suivantes : 25 a/ Brevet américain n° 3 365 583 de J.B. GUNN ; b/ Brevet français de J.C. McGRODDY et M.I. Nathan 1 558 8B0 déposé le 28.3.1968 par la demanderesse. c/ Un article de Ridley et Pratt intitulé "A Bulk Differential Negative Résistance Due to Electron Tunnelling through an Impurity Potentiel 30 Barrier", paru dans Physics Letters, vol. 4 1963 page 300-302 ; d/ le brevet anglais n° 849 476 de J.B. GUNN. Bien qu'il y ait eu un grand nombre de dispositifs à résistance négative développés dans les dernières années, et que quelques uns des plus récents dispositfs développés utilisent les effets de masse et présentent des vitesses 35 de conmutation très rapides, l'effort s'est poursuivi pour développer différents dispositifs de commutation à résistance négative et à fréquence plus élevée. Dans des dispositifs du type à jonction, comprenant des transistors et des diodes tunnel, la capacité intrinsèque de la jonction empêche d'obtenir des vitesses plus élevées. Dans des dispositifs du type masse utilisant l'effet 40 GUNN, bien qu'un fonctionnement à fréquence élevée ait été réalisé et appro 70 11057 2 2049060 12 chant la limite théorique actuellement présagée de 10 cycles par seconde, les dispositifs eux-mêmes ne se soumettent pas facilement aux applications exigeant une résistance négative en courant continu. Les dispositifs à résistance négative de masse proposée utilisant 1'intéraction avec le potentiel 5 périodique du réseau cristallin naturel ne sont pas utilisables à cause des limitations imposées par les temps de diffusion des porteurs. De plus, on a réalisé des lasers send. rconducteurs à injection qui fournissent des rayons de sortie en grande partie dans le domaine infra-rouge mais ces dispositifs quand ils sont commandés par le courant exige une jonction et la fréquence de 10 sortie dépend de la hauteur de la bande du matériau semi-conducteur particulier utilisé. En accord avec les principes de la présente invention, on réalise une nouvelle classedes dispositifs qui peuvent fonctionner à des fréquences extrêmement élevées. De plus, ces dispositifs présentent une résistance 15 négative en courant continu et peuvent être utilisés dans les circuits oscillateurs, commutateurs et amplificateurs. Puisque le phénomène utilisé dans ces dispositifs comprend 1*intéraction des porteurs avec le potentiel périodique du super-réseau, les dispositifs ne sont pas limités en vitesses par le temps diffusion, par la durée d'une vie les porteurs minoritaires, ni 20 par ionisation au point de rencontre. Ils ne comportent pas de capacité intrinsèque élevée et essentiellement utilisent des effets mécaniques quantifiés. Dans les nouveaux dispositifs à résistance négative de la présente invention, la limite maximun théoriquede fréquence peut être atteinte quand le quantum d'énergie de la fréquence devient une fraction significative 25 de la largeur de la bande d'énergie étroite du semi-conducteur. On obtient ces avantages en réalisant dans le corps du semi-conducteur ce qui est appelé ici un super-réseau. Plus spécifiquement, une partie du dispositif est préparée your présenter un potentiel périodique différent de celui d'un réseau cristallin uniforme, dans lequel les porteurs dans le 30 matériau peuvent Inter-réagir pour produire les caractéristiques de résistance et de conductivité désirée. Le super-réseau comprend ce qui est ici appelée une variation spatiale â une dimension dans l'énergie d'extrémité de bande. Plus précisément, il y a une variation spatiale à une dimension du potentiel effectif qui a de isiirportancs dans la mise en formule des mouve-35 ments dynamiques des porteurs dans le système. On réalise la structure du super-réseau en formant plusieurs couches successives d'un matériau semiconducteur avec différentes caractéristiques de bandes d'énergie. Deux types de couches sont alternées, la première couche présente une énergie d'extrémité de bande différente de celle de la seconde couche. Ceci est 40 réalisé soit par alliage, soit par dopage st on obtient une variation spatiale 11057 3 2049060 périodique à uns dimension dans l'énergie d'extrémité da bande. Puisque les porteurs ont besoin de réagir avec cette structure d'énergie variée, la période de la variation spatiale est inférieure au libre parcours moyen des porteurs dans le semi-conducteur. Ceci a donné un nombre suffisant de ces 5 périodes spatiales pour obtenir 1'intéraction nécessaire pour les caractéristiques de résistance et de conductivité désirées. La période des variations spatiales est. cependant suffisamment grandequi pour qu'il se forme par ce super-réseau, dans l'espace vectoriel CIO. un certain nombre de mini-zones qui sont plus petites que les zones de BRILLOUIN associées au réseau cristal-10 lin lui-même. En définitive, la négative de masse est obtenue en réponse à une tension appliquée inférieure à celle qui serait exigée pour produire des tunnels d'inter-bandes entre les mini-zônes, et le gain quantifié dû aux porteurs dans l'intervalle de temps entre les collisions est suffisant pour produire une résistance négative. 15 Ainsi, un objet de la présente invention est de produire une nouvelle classe de dispositifs semi-conducteurs qui comprend un super-réseau produit artificiellement. Un autre objet est de réaliser des dispositifs à résistance négative fonctionnant à vitesse élevée améliorée et des circuits les utilisant. 20 Un autre objet de cette invention est de réaliser des dispositifs semi-conducteurs qui présentent dans l'espace quantifié plusieurs mini-zônes périodiques qui sont plus petites que les zones de BRILLOUIN cristallines dans un semi-conducteur. Un autre objet de la présente invention est de réaliser un oscillateur 25 de la masse semi-conducteur à fréquence élevée. Un autre objet est de réaliser un oscillateur de masse seml-conduc-teur qui utilise une structure de super-réseau, c'est-à-dire, une structure qui présente dans l'espace vectoriel plusieurs mini-zônes périodiques qui sont plus petites que les zones de BRILLOUIN cristallines dans un semi-30 conducteur. Un autre objet est de produire un oscillateur de masse qui fournit un signal de sortie dans la partie du spectre de fréquence qui va de l'extrémité supérieure de l'échelle des micro-ondes à l'extrémité inférieure de l'échelle des infra-rouges. 35 D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront mieux de l'exposé qui suit fait en référence aux dessins annexés à ce texte qui représentent un mode de réalisation préférée de celle-ci. La figure 1 est un schéma représentant un dispositif semi-conducteur comprenant un super-réseau à résistance négative selon les principes de la 40 présente invention. 70 11057 4 2049060 La figure 1A est une vue agrandie de la structure en couche de la partie du super-réseau du dispositif de la figure 1. La figure 2 est une représentation du diagramme énergétique de la partie du super-résaau du dispositif de la figure 1 quand les couches 5 adjacentes sont formées par dopage. La figure 3 est une représentation du diagramme énergétique de la partie du super-réseau du dispositif de la figure 1 quand les couches adjacentes sont formées par alliage. La figure 4 représente un graphique de l'énergie (E) en fonction 10 du vecteur de propagation tk) illustrant la structure de bande d'énergie et la zSne de brillouin associée au réseau cristallin lui-même par rapport à la structure de bande d'énergie et aux mini-zônes d'une structure de super-réseau. La figura 5 représente un graphique de la dérivée première de 15 l'énergie par rapport au vecteur de propagation (k) représentant à la fois la courbe pour les structures cristallines normales et pour la structure de super-réseau. La figure 6 représente un graphique de la dérivée seconde de l'énergie (E) de la figura 4, qui est proportionnelle à l'inverse -1 20 de la masse effective (y ), en fonction du vecteur de propagation (k) et ce graphique compare aussi cette caractéristique pour le réseau cristallin normal à la caractéristique pour une structure de superréseau. La figura 7 représente des caractéristiques courant-tension d'un dls-25 positif à super-réseau illustrant les effets du temps de diffusion (t) sur ces caractéristiques. La figure 7 a représente une caractéristique courant-tension avec différentes lignes de charge illustrant la manière avec laquelle le dispositif de la figure 1 fonctionnent en circuits bistables ou as- » 30 tables. La figure 6 est une vue schématique d'une autre réalisation prévue principalement pour fonctionner en impulsions. La figure 6 a représente un diagramme de circuit comprenant le dispositif de résistance négative de la figure 1, et représente un 35 circuit fonctionnant soit en mode bistable, soit en mode astable. La figure 9 est un schéma d'un circuit particulier permettant le fonctionnement en impulsions du dispositif à super-réseau. La figure 9 a est un graphique du courant à travers une structure de super-réseau en fonction d'un terme sans dimension z qui renferme 4Q les paramètres physiques caractéristiques de la résistance négative. 70 11057 5 2049060 La figure 10 est le schéma d'une réalisation de l'invention permettant d'obtenir en sortie une radiation haute fréquence. La figure 1 est une représentation d'un dispositif semi-conducteur de masse comportant un super-réseau. Dans cette figure tous les dis-5 positifs semi-conducteurs sont désignés par 10 et possèdent deux parties extrémités 12 et 14 qui sont d'un type N séparé par une partie centrale 16 qui comprend la structure de super-réseau. Deux contacts ohmiques 18 et 20 sont réalisés sur les parties extrémités et les liaisons pour le fonctionnement du dispositif sont connectées à ces contacts oh-10 miques. La partie 16 qui comprend le super-réseau, diffère des semiconducteurs classiques en ce que dans cette partie du corps il y a une variation spatiale a une dimension dans l'énergie d'extrémité de bande. Plus spécifiquement, cette variation se produit selon l'axe,longitudinal du corps semi-conducteur entre les contacts 18 et 20, et l'énergie 15 d'extrémité de bande dans la partie du super-réseau 16 ne varie pas dans les deux autres directions. La structure physique de la partie 16 est représentée avec plus de détail dans la figure 1A, et la structure de la bande d'énergie pour les deux différentes réalisations dans les figures 2 et 3. Comme 20 représenté dans la figure 1A, la partie 16 du dispositif est composée d'un certain nombre de régions successives ou couches. La première sorte de ces couches alternées est désignées par 16a et la seconde sorte de ces couches alternées, par 16b. Les couches 16a et 16b ne forment pas des parties séparées successives du corps mais avec les parties extrémité 25 14 et 12 forment un corps cristallin unique. Cependant il y a des différences dans les caractéristiques d'énergie d'extrémité de bande des couches successives 6a et 16b et la structure est produite par la formation de ces couches successives par un procédé épitaxial. Par conséquent, on peut valablement décrire la structure en considérant ces couches succes-30 sives. La structure en couche du super-réseau de la figure 1A est réalisée soit par des techniques de dopage, soit d'alliage. Quand on utilise le dopage et si on considère le germanium comme un exemple typique du matériau à utiliser, la partie la plus basse du corps semi-conducteur comme repré-35 senté dans la figure 14 est la région de type N 12 qui est soit une partie du substrat original, de germanium sur lequel le corps est obtenu par croissance épitaxiale, soit lui-même est obtenu par croissance épitaxiale sur un substrat qui est supprimé après la formation du corps. Dans tous les cas la partie 12 de type N est dopée avec une impureté telle 40 que du phosphore, de l'antimoine ou de l'arsenic, chacune de ces impuretés 70 11057 6 2049060 étant du type N dans le germanium. Chaque couche 16a est. obtenue par 14 17 3 croissance épitaxiale pour être du type N (10 - 10 atomes par cm ] et chaque couche16b est obtenue pour être intrinsèque. Dans ce cas, la partie 16 est formée d'un certain nombre de régions ou couches alternant 5 entre du germanium du type N et du germanium intrinsèque. Chacune des couches 16a et 16b dans les réalisations particulières représentées ont la même largeur et chaque paire de couches forme une période spatiale complète de la structure en couches alternées. Cette période spatiale s'appelle d dans la figure 1A. La valeur de la période spatiale, don-10 née par la suite en angstrom. a une influence importante sur les caractéristiques du super-réseau comme cela apparaîtra évident à partir de la description donnée ci-dessous dans les figures 4.5 et 6. Il suffit pour l'instant d'indiquer que la période spatiale d est de préférence entre 50 et 500 angstroms. et par conséquent, l'épaisseur des couches 16a 15 et 16b est comprise entre 25 et 250 angstroms. Les couches 16a et 16b quand elles sont réalisées par dopage, n'ont pas besoin d'alterner entre des couches du type N et de type intrinsèque mais peuvent être alternativement N+ et N. Les couches alternées peuvent aussi être formées en utilisant des impuretés de types N et P. La 20 considération importante est la structure de la bande d'énergie périodique représentée dans la figure 2. Dans cette figure on voit les profils d'énergie de l'extrémité de la. bande de valence et du niveau de la bande de conduction d'énergie le plus bas. Les représentations sinusoïdales, représentées en traits pleins et désignées par 22 et 24.représentent un 25 type de profil et les représentations en pointillés 26 et 28 en forme d'ondes carrées illustrent un autre type de variation d'extrémité de bande. L'abcisse du graphique de la figure 2 représente la longueur de la partie du super-réseau, selon l'axe longitudinal et est reportée dans le graphique en fonction de valeur de la période spatiale d. Comme repré-30 senté dans la figure 2. d représente l'épaisseur de deux couches alternées 16a et 18b. Pour chaque période spatiale d. il y a un cycle complet da variation dans la structure de bande d'énergie. La première période spatiale formée par las deux couches les plus basses 16a et 16b. comme indiqué dans la figura 1A, est représentée par d^ dans la fi-35 gure 2 et est directement rapportée au type d'onde carrée idéalisée des représentations des courbes 26 et 28. Ces courbes supposent que chaque couche 16a et chaque couche 16b est homogène sur toute son épaisseur et qu'il y a une variation, brusque en passant d'une couche à l'autre. Cependant, bien que la température à laquelle le corps est réalisé par 40 croissance est maintenue aussi basse que passible pour éviter la diffusion bad original 11057 7 2049060 entre les couches, les représentations des courbes 22 et 24 sont considérées fitre plus facilement réalisables. L'énergie d'extrémité de bande comité représenté dans la figure 2 est caractéristique du matériau du super-réseau sami-conducteur. Camm on pau£ 5 le voir à partir de la figure, l'énergie d'extrémité de bande de la bande de conduction varie périodiquement selon la position dans la structure du super-réseau. La variation périodique est à une dimension le long de la longueur de la structure puisqu'il n'y a aucune variation le long des autres directions à l'intérieur des couches. De plus, 11 est à remarquer que l'é-10 cart d'énergie E dans la figure 2 est essentiellement le mime sur tout le O super-réseau, et la variation périodique est celle du potentiel électronique. Comme on l'a vu ci-dessus, la structure du super-réseau formés par des couches alternatives 16a et 16b peut aussi être formées par alliage. Si, cornue précédemment, le germanium sst utilisé comme le substrat et les parties 15 extrémité 12 et 14 ccmme dans les figures 1 et 1A sont dopées très fortement pour être du type N, alors les régions alternées 16a et 16b sont en germanium et en alliage de germaniun et de silicium. Spécifiquement les couches alternées de type 16a sont formées de germanium de type N et les couches alternées de type 16b sont formées par un alliage de germanium et de silicium 20 qui peut être représentées par Ge^^Si^. L'alliage germanium-silicium possède un écart d'énergie plus grand que le germanium lui-même et la périodicité désirée dans la structure de bande d'énergie est obtenue comme représenté dans les courbes 22A, 24A, 26A et 2BA dans la figure 3. Quand les couches de germaniun et d'alliage germani un-silicium sont utilisées! 25 la valeur moyenne de x dans l'alliage se situe entre 0,1 et 0,2. D'autres exemples d'alliages qui peuvent être utilisés sont les alliages des composés des colonnes III-V et II-VI. Par exemple, le corps peut être d'abord l'arseniure de gallium avec des^régions 12 et 14 N+ très fortement dopées pour être de l'arseniure de gallium du type N+, la couche 16a de l'arseniure de 30 gallium du type N, mais faiblement dopé, et la couche 16b un alliage de Ga^ xA1xAs x e8* généralement compris entre 0,1 et 0,4. L'alliage d'ar- seniure d'aluminium et gallium possède un écart de bande plus élevé que l'arseniure cte gallium lui-même et ainsi la structure périodique désirée est réalisée. Plus la valeur de x dans une telle structure est grande plus la 35 fluctuation de l'extrémité de bande d'énergie est grande. Un autre système possible est InAS et In,j_x Ga^As dans un tel cas x peut varier dans une très grande gamme de valeurs jusqu'au moment où la couche intermédiaire est entièrement de l'arséniure de gallium et x = 1,0. En comparant la structure de la figure 1A au diagramme d'énergie de la 40 figure 3, les deux premières couches 16a et 16b immédiatement au-dessus de 11057 B 2049060 la partie 12 .forment une période spatiale de la structure du superréseau qui s'étend sur le dlagranme d'énergie de la figure 3 dans la région représentée par d^. Dans la figure 3 Eg^ représente la hauteur de bande des couches élémentaires 16a et Eg^ représente la hauteur de bande 5 supérieure des couches constituées d'un alliage 16b. Il est aussi à remarquer que l'alliage peut être réalisé d'une telle façon pendant la croissance épitaxiale que chacune des couches 16a soit un alliage aussi bien que chacune des couches 16b. Dans un tel cas. dans la couche 16a. la valeur x est plus petite que celle pour l'alliage de la couche 16b. 10 Le dispositif représenté dans la figure 1 est composé de deux parties 12 et 14 de type N. Ces parties ne sont pas nécessaires au fonctionnement du dispositif mais selon l'application sont ajoutées pour faciliter la réalisation des contacts ohmiques. En fait, ces régions peuvent être simplement des extensions du contact ohmique dans le corps. En micro-onde et pour 15 d'autres applications à fréquences élévées. il est préférable de réaliser un contact direct par électrode avec la structure du super-réseau. Cette électrode où ces électrodes sont choisies de façon à être transparentes à la fréquence électro-magnétique particulière de sorte que l'énergie peut être transmise à travers elle vers le super-réseau ou à partir du super-réseau. Ainsi, 20 tout le corps peut être formé d'une structure de super-réseau avec des contacts avec cette' structure ou d'autres régions peuvent être ajoutées selon l'application. La discussion de ce point a été dirigée en premier vers la structure spatiale du super-réseau, c'est-à-dire la structure des couches et les 25 variations d'énergie potentiel réalisées suivant l'axe de la longueur réelle du super-réseau. De plus, bien qu'un certain nombre de couches non spécifiées soientt représentées dans la figure 1A, les caractéristiques de bande d'énergie des figures 2 et 3 représentent seulement quelques unes de ces couches, la structure d'énergie étant répétitive. Chaque paire de couches ajoutée à 30 la structure de la figure 1A produit une période spatiale supplémentaire du type de celles représenté dans les figures 2 et 3. Cependant, le nombre de couches, et par conséquent, le nombre de périodes spatiales est une considération importante dans le dispositif. En général, il faut un minimum de 10 couches et de préférence environ 20 couches. Vingt couches, qui repré-35 sentent dix périodes spatiales, donnent une intéraction suffisante entre les porteurs et la structure du super-réseau pour atteindre les caractéristiques de conductivité désirées pour les dispositifs représentés dans l'application de l'invention. On indiquera aussi ici que bien qu'on ait insisté sur le fait que le 40 dispositif représenté dans les figures 1 et 1A sont préparés par des mé 11057 9 2049060 thodes de croissance épitaxiale, un grand soin doit être apporté dans la préparation des couches 16a et 16b et ceci présente quelques difficultés lorsque les couches individuelles sont aussi minces que 25 angstroms. Ainsi, bien que les techniques normales de croissance épitaxiale à partir 5 d'un gaz ou d'un solide peuvent être applicables, il est préférable de réaliser ces couches épitaxiales sous vide poussé. Dans un tel cas. les différents constituants nécessaires pour former les couches sont placés dans des nacelles séparée et un obturateur est utilisé pour obtenir la croissance épitaxiale des couches en respectant les caractéristiques désirées 10 sur le substrat. Comme décrit précédemment le super-réseau est formé par une variation périodique de l'énergie d'extrémité de bande suivant la longueur de la partie du super-réseau du dispositif. De plus, une période spatiale de cette variation a été appelée (d) et est de préférence de l'ordre de 15 50 'à 500 angstroms. Cependant, pour comprendre les relations vectorielles onde-d'énergie qui sont fondamentales dans la production des caractéristiques de résistances négatives du dispositif construit en accord avec les principes de la présente invention, on devra se référer aux figures 4.5 et 6. Dans ces figures, sont représentées graphiquement certaines caracté-20 rlstiques du super-réseau par rapport au vecteur d'onde (K) dans le matériau. La valeur de K est inversement proportionnelle à la longueur d'onde réelle de l'électron dans l'espace. Dans les figures 4.5 et 6 la valeur K est donnée à partir d'une valeur centrale 0 en fonction de */d, dans lequel d représente la période spatiale dont on a parlé ci-dessus. Aux extrémités 25 de l'axe des ordonnées on trouve la valeur n/a où "a" représente la maille normale du réseau dans le matériau semi-conducteur. De façon classique dans les matériaux du type dont on a parlé, germanium, arséniure de gallium etc.... la maille normale du réseau est de l'ordre de 5 angstroms. Dans les graphiques des figures 4,5 et 6, la valeur d est égale à 30 angstroms, et 30 par conséquent */d est 1/6 de ir/a. Dans les figures 4,5 et 6 le choix de la valeur 30 angstroms pour d permet de représenter graphiquement de façon claire les relations dans l'espace quantifié entre la structure du super-réseau et la structure du réseau réel. Dans ce cas, comme établi précédemnent, la période spatiale minimum d préférée pour cette invention est de l'ordre 35 de 50 angstroms. Dans la figure 4. est représentée graphiquement l'énergie E de la structure de bande pour, à la fois, une structure cristalline normale sans super-réseau et pour une structure cristalline préparée comme décrit précédemment et comprenant un super-réseau. En considérant le cas du premier 40 réseau réel, la courbe continue unique 30 qui est en pointillé à certains 11057 10 2049060 endroits et qui part de la partie supérieure gauche de la figure jusqu'au zéro et remonte jusqu'à la partie supérieure droite de la figure représente la structure d'énergie normale. Ceci est une courbe classique pour ce qui a été appelée une zône de BRILLOUIN et la zône s'étend de - */a à + ir/a. 5 Quand un super-réseau est ajouté à la structure comme décrit pré cédemment, avec la valeur de d égale à six fois la valeur de a il se produit alors plusieurs de ce qui est ici appelée mini-zône dans le matériau. La courbe dans la partie centrale de ces mini-zSnes est appelée 32 et est représentée par une ligne plus épaisse que les parties restantes du graphi-10 que. Cette courbe représente la structure de bande d'énergie pour la bande d'énergie la plus basse dans le super-réseau. Pour chaque multiple de Ç/d-la courbe de structure de mini-zône s'arrête et une nouvelle bande avec une énergie quelque peu supérieure commence dans la zône suivante. La ligne en pointillé traversant les limites de chacune de ces zones indique la forme 15 de la courbe continue qui existe dans un réseau cristallin normal sans super-structure. Cependant, la même courbe d'énergie faible 32 peut être considérée comme se répétant de façon cyclique à travers les zSnes, et par conséquent il y a une périodicité dans l'espace quantifié comme représenté par l'extrémité de bande la plus basse de la courbe 32. De plus il y a une 20 discontinuité de l'énergie pour II et aux autres frontières des mini-zônes 2 entre la partie supérieure de la bande d'énergie basse dans cette zône et la bande d'énergie supérieure de la mini-zône suivante. La largeur de cet écart d'énergie à l'extrémité de la première mini-zône, comme représenté dans la figure 4 c'est-à-dire entre la courbe 32 et les courbes 34 et 3B dépend 25 de la réalisation de la présente invention. La largeur de cet écart est déterminé par l'amplitude de la variation aux extrémités de bande comme représenté dans les figures 2 et 3. Comme l'amplitude de la variation périodique est augmentée, l'écart d'énergie entre l'énergie la plus élevée de la courbe 32 et les bandes d'énergie représentées par les courbes 34 et 36 est 30 augmenté. Ceci entraîne une diminution de la probabilité d'effet tunnel à partir de la bande la plus basse 32 jusqu'aux bandes supérieures 34 et 36. Ce type d'effet tunnel est évité dans les dispositifs décrits ici réalisant la présente invention. A partir de la courbe de la figure 4, il est évident que la structure de 35 super-réseau fournit dans l'espace quantique, au lieu d'une zône de BRILLOUIN, une pluralité de minl-zfines plus petites. En outre, 11 apparaît que lorsque la valeur d est plus grande, il y a davantage de mini-zônes à l'intérieur d'une zône de BRILLOUIN. Puisque d croît quand l'épaisseur des couches 16a et 16b (figure 1a), croît , il semble que d deviendra très grand. Cependant, 40 d ne peut pas d«venir supérieur au parcours libre moyen des porteurs dans la 70 11057 n 2049060 structure, et, en fait, pour produire des oscillations à effet de masse, la valeur de d doit être bien plus petite que le parcours libre moyen des porteurs, c'est-à-dire diminuée par un facteur d'au moins 5 et probablement 10. Ces conditions sont plus facilement réalisées par une technologie actuelle à 5 basses températures. Donc le dispositif peut fonctionner aux températures de l'azote liquide ou même de l'héliun liquide utilisant un dispositif de refroidissement qui est maintenant bien connu dans l'art antérieur. Ceci introduit une limitation sur le nombre de mini-zônes qui peuvent être réalisées en respectant les caractéristiques de conductivité désirées 10 dans la structure du super-réseau. Le principe de la conductivité négative devient plus évident après examen des figures 5 et 6. Dans la figure 5, est représentée la dérivée première de l'énergie (E) par rapport au vecteur d'onde K. Dans cette figure, la courbe en pointillé 40 est celle pour une structure de réseau normal et 15 la courbe 42 est celle pour une structure de super-réseau et est limitée à la réprésentation de la première mini-zône représentée par la courbe 32 dans la figure 4. Les dérivées secondes des courbes de la figure 4 sont représentées dans la figure 6 en fonction du vecteur d'onde K. La dérivée seconde est -1 proportionnelle à l'inverse de la masse effective (u ) des porteurs et dans 20 la figure 6 la courbe en trait plein 44 représente la caractéristique pour la mini-zône tandis que la courbe en pointillé 46, à nouveau représentée dans un but de comparaison, représente la caractéristique pour la zône de BRILLOUIN dans un réseau cristallin normal. En examinant les courbes 4,5 et 6 un certain nombre de différences entre 25 les caractéristiques du cristal naturel et les caractéristiques du super-réseau apparaissent. En premier, dans l'espace K la période (2 n/d) pour le super-réseau est beaucoup plus petite que la période dans l'espace kpour le réseau naturel qui est de 2v/a. De plus,, les caractéristiques maximum pour le super-réséau en ce qui concerne l'énergie E Cfigure 4) et la dérivée pre-30 mière (figure 5), se produisent pour des valeurs beaucoup plus petites des vecteurs d'onde. Aussi, comme représenté dans la figure 6, la masse des porteurs (électrons dans un matériau préféré de type N) dans le super-réseau croît beaucoup plus vite dans l'espace K que dans le cas d'une structure de réseau normal, et la masse devient en fait négative à l'intérieur des mini-zônes. 35 Puisque les électrons sont d'abord dans la bande d'énergie la plus basse du super-réseau représenté par la courbe 32 dans la figure 4, et dans la mesure où 1'intéraction des électrons est concernée, cette courbe peut être considérée répétitive, l'énergie (E^), de l'état d'énergie le plus haut dans la bande de la courbe du super-réseau 32 est bien inférieure à l'énergie maximum (E^) 40 de l'état d'énergie le plus élevé d'une bande de la courbe de réseau normal 30. 70 11057 12 2049060 Une des limitations importantes lors de la réalisation pratique des caractéristiques représentée par les courbes des figures 4,5 et 6 pour une structure de réseau cristallin normal est que le temps de diffusion à l'intérieur du matériau semi-conducteur soit suffisamment limité de sorte que les élec-5 trons diffusent avant que les états qui produiront les caractéristiques de conductivité désirées puissent être atteints. Cette limitation est surmontée avec la nouvelle structure du super-réseau, dans lequel mène si le temps de diffusion peut être raccourci, l'établissement de mini-zônes peimet d'atteindre les caractéristiques désirées pendant le temps de diffusion des 10 porteurs. Ainsi, quand un champ électrique est appliqué au dispositif de la figure 1, avec la structure du super-réseau représenté, la vitesse de groupe de l'électron comme représenté par la courbe 42 dans la figure 5 croît initialement de façon approximativement linéaire. Après qu'une vitesse 15 maximum ait été atteinte au dans l'espace quantique, la courbe nontre une vitesse décroissante qui continue jusqu'à k^. La vitesse décroît comme montré par la courbe 44 dans la figure 6, cette décroissance est accompagnée par une variation dans la masse des électrons qui passe d'une masse positive à une masse négative. Avec la structure de super-réseau représentée, la ■ aae 20 effective comne montré dans la courbe 44 dans la figure 6, croit initialement. Au point k^ dans l'Bspace k la masse effective des électrons varie d'une masse positive à une nasse négative.Cette variation est la même pour la résistance négative en courant continu présentée par le dispositif et qui est indiqués dans la figure G au point d'inflexion désigné par 25 La théorie des dispositifs comportant des oscillations à effet de masse Intrinsèques est montrés de façon plus claire par les courbes 42 et 42A dans la figure 5. Comme montré pour la valeur de k égale à */d, la vitesse électronique devient négative, c'est-à-dire que l'électron comence réellement à se déplacer dans la direction opposée à celle du champ appliqué. De plus, 30 cette variation de la vitesse électronique se poursuit périodiquement lorsque k croît avec une vitesse atteignant d'abord un maximum dans une direction, puis décroissant vers zéro et ensuite atteignant un maximum dans la direction opposée. Il est clair qu'un certain nombre d'électrons subissant ces variations périodiques en direction produisent un courant oscillent intrinsèque. 35 II est également clair que pour que cette oscillation de courant soit appréciable, il est nécessaire que le temps de diffusion soit suffisant pour que les électrons, sur une moyenne, subissent quelques oscillations complètes avant la diffusion. Si le temps de diffusion est désigné par t et que u représente €2*3 40 fols la fréquence de l'oscillation, alors le produit (ut] doit au moins être 11057 13 2049060 plus grand qua 2%, «t probablement supérieur. Quand ut - 2ir un électron sur la moyenne termine une oscillation avant sa diffusion. La fréquence de l'oscillation et par conséquent la valeur de u dépendent du champ électrique appliqué à travers le super-réseau. La relation est conme suit : 5 BFd (il « où h e représente la charge électronique F le champ appliqué d la période spatiale h la constante de Planck/2ir. 10 Ainsi, la fréquence de l'oscillation croît quand le champ électrique croît. De plus, la condition limite pour obtenir des oscillations complètes, c'est-à-dire ut>2 ir peut être établie en utilisant ces mêmes paramètres par : h 15 La figure 7 représente un certain nombre de caractéristiques tension- courant qui illustrent l'effet du temps de diffusion t sur les caractéristiques du dispositif. Dans cette figure il y a trois courbes désignées par 50, 52 et 54 qui représentent la caractéristique de tension de courant en continu pour trois valeurs différentes du temps de diffusion t , t» et t„ dans 1 & w 20 lesquelles t^ 1 25 caractéristique V-I pour une valeur basse de t, ctest-à-dire lorsque le temps de diffusion est si petit qu'aucune résistance négative appréciable n'est réalisée. La courbe 52 construite pour une valeur de t qui est suffisan te pour avoir des dispositifs à résistance négative en continu mais qui n'est pas satisfaisante pour obtenir des oscillations à effet de masse in- 30 trinsèques significatives. La courbe 54 [Tg) illustre la caractéristique V-I pour des valeurs plus grandes du temps de diffusion nécessaires pour obtenir les oscillateurs à effet de masse de la présente invention. En général, la valeur minimum de t pour un dispositif à résistance négative à effet de masse est d'environ 1/6 de la valeur minimum de x pour un dispositif d'oscillateur 35 à effet de masse. Ces courbes montrent que lorsque t augmente, la tension de seuil faisant apparaître la résistance négative décroît. De plus, la valeur haute de la tension pour laquelle la diffusion commença à dominer et provoque 70 11057 14 2049060 à nouveau l'apparition d'une résistance positive croît en mâne temps que la valeur de t. Donc, conme représenté par la courbe 54 (x ) pour la valeur la plus élevée de t. il y a un domaine plus important de la tension (partie plate de la courbe désignée par V^î sur laquelle le courant continu reste prati-5 quement le même. Le dispositif d'oscillation à effet de masse fonctionne dans ce domaine et de préférence à son sxtrémitésupérieure puisque la fréquence des oscillations et par conséquent ux croît lorsque la tension croît. Cependant, la tension ne peut pas augmenter de telle sorte que l'effet de tunnel devienne si grand que les oscillations soient diminuées ou éliminées. Le temps de dif-10 fusion x peut être accru en abaissant la température à laquelle le dispositif fonctionne, qui est la température de l'azote liquide ou mime de l'hélium liquide. Quand il fonctionne sous une tension de l'ordre de , les dispositifs présentent une caractéristique de courant oscillant autour de la valeur du courant continu. Cette oscillation est Aie à l'instabilité intrinsèque 15 dans le matériau produite par 1'intéraction entre les porteurs et le potentiel périodique du super-réseau, et ne dépend pas d'une résistance de charge ou de réaction conme dans le cas des oscillateurs qui utilisent la caractéristique négative en courant continu. La courbe de la figure 7 donne une idée de la gamme de tension sous la-20 quelle l'oscillateur à effet de masse doit fonctionner nais, naturellement est limité à la représentation des caractéristiques courant-tension en continu. L'amplitude de la tension appliquée est, par exemple, localisée de façon centrale autour de de la figure 7. Quand la tension est appliquée, des oscillations de courant sont produites comme représenté dans la figure 2 a 25 une fréquence qui est déterminée par les caractéristiques du super-réseau (par exemple valeur de l'épaisseur spatiale] et par l'intensité du champ électrique à travers le super-réseau. A cause des effets de diffusion et de tunnel, la valeur du courant continu de la figure 2 croît en fonction du temps. Les oscillations de courant sont produites après une légère augmentation de la 30 valeur du courant continu. La fréquence des oscillations est de l'ordre de 11 13 10 cycles/seconde à 10 cycles/seconde. De plus, les oscillations peuvent diminuer à cause de la diffusion et de l'effet tunnel qui commencerait à détruire la cohésion. La cohésion peut être améliorée en plaçant le dispositif dans une cavité. 35 La figure 7a représente une caractéristique courant-tension pour le dispositif de la figure 1, comprenant la partie 16 ayant les caractéristiques du super-réseau dont on a parlé ci-dessus. Le dispositif comprend de préférence environ une centaine de périodes spatiales, comme représenté dans la figure 1A, d'une largeur d'environ 100 angstroms de sorte qu'il y ait 20 mini-zônes 40 à l'intérieur de la zfine de BRILLOUIN ( d = 100 angstroms j a = 5 angstroms). 11057 15 2049060 Il est à remarquer à nouveau que dans les figures 4, 5 et 6 on a représenté un nombre plus petit de mini-zônes (six) dans un but d'illustration seulement et généralement la période spatiale d est choisie de façon â fournir au moins 20 mini-zônes (d » 100 angstroms). La courbe de résistance négative 5 pour le dispositif est désignée par 50 dans la figure 7a et elle est représentée avec deux lignes de charge R et R^. Quand le dispositif est connecté dans un circuit par la ligne de charge on atteint un état bistable aux points A et B et le dispositif peut être commuté entre ces points d'une façon classique en utilisant un montage de type ordinaire utilisé avec les 10 diodes tunnel. Quand le dispositif est couplé avec une ligne de charge l'intersection se produit au point C qui est astable et il se produit des oscillations. On doit remarquer que la courbe 50 de la figure 7a est composée de deux parties de résistances positives séparées par une partie de résistance négative. La première partie de résistance positive et la partie de 15 résistance négative sont produite par la structure du super-réseau comme décrite précédemment. La seconde partiB de résistance positive de la courbe, produite pour des tensions plus élevées, provient des effets de diffusion et d'agitation thermique qui deviennent plus importants à valeurs plus élevées du champ électrique. 20 La figure 6a représente un circuit généralisé pour réaliser soit un oscillateur, soit un bistable. Le circuit comprend un nouveau dispositif à résistance négative, réprésenté par 10, une inductance L et une capacité C qui représentent l'inductance et la capacité réparties, une batterie E, , une b résistance R et une Impédance de charge R^. La résistance R possède une ré- 25 sistance plus élevée que la résistance R^ et cette dernière résistance est choisie ou réglée pour donner soit la ligne de charge bistable R^ soit la ligne de charge astable R^ de la figure 7a. Quand on choisit la résistance R^ pour créer des oscillations, la batterie E^ fournit une tension suffisante pour dépasser le seuil résistance négative et les oscillations de sortie pro- 30 viennent de la résistance de charge R^. Dans la gamme de fréquences laquelle fonctionne le dispositif, la sortie est de préférence couplée à une ligne de transmission, et le circuit en entier peut être réalisé dans une cavité. Quand le circuit fonctionne dans un mode bistable utilisant la ligne de charge R de la figure 7a, la tension de la batterie est une tension de polarisation 35 E, et les signaux d'entrée de polarités positive et négative sont appliqués 02 au terminal 52 pour commuter le dispositif 10 entre ses états stables. L'indication de sortie de l'état du dispositif 10 est prise sur l'impédance dB charge. Une représentation quantitative de l'évolution du courant dans un champ 40 faible dans le dispositif 10 est représentée par la courbe 60 dans la figure 70 11057 16 2049060 9a. Dans cette figure le courant qui traverse le dispositif est représenté en fonction de là quantité sans dimensions z qui est égale à bt F ou hKd 5 e = charge de l'électron x = temps de dispersion F = le champ électrique appliqué à travers la partie de super-réseau du dispositif. h * constante de Planck/2w 10 K s la zône interceptée dans l'espace quantique pour la première mini-zône 1 exF 1 Comme représenté dans la figure, quand z * — c'est-à-dire quand = —, * h K . * U le courant commence à décroître entraînant une résistance négative différentiel le. Les valeurs classiques pour les paramètres dans la réalisation lorsque 15 d = 100 angstroms sont : x = (6,7) (10~13) sec. k . = (*) (106) cm"1 d k. = 0,75 k . x d 3 20 F » 10 volts/cm -19 e = (1,6) (10 ) coulombs h 3 constante de Planck/2ir Le fonctionnement du dispositif à super-réseau peut être accru naturellement, en opérant à une température plus basse pour laquelle le temps de 25 diffusion est plus grand. Dans tous les modes de fonctionnement ce paramètre représente une limite pour le dispositif, tout comme c'est le cas pour l'effet tuneels représenté par les courbes 32 et 36 dans la figure 4. Le libre parcours moyen d'un électron dans le dispositif de type N avec d = 100 angstroms est supérieur à 300 angstroms. Dans ce cas un électron peut être capa-30 ble en moyenne pendant sa durée de vie d'inter-réagir avec au moins trois des périodes spatiales (six des couches 16a et 16b dans la figure 1A) ce qui est suffisant comme intéraction avec le potentiel variable pour produire les caractéristiques de conductivité négative. Quant à la probabilité de l'effet tunnel à partir de la bande d'énergie la plus basse dans le super-réseau 35 jusqu'à la bande suivante plus élevée, il est contrôlé par l'amplitude de la variation dans l'énergie d'extrémité de bande comme représenté dans les figures 2 et 3. Il dépend de plus du nombre de mini-zônes présentes à l'intérieur d'une zône de BRILLOUIN. Quand le nombre de mini-zônes croît, et que d croît, l'écart d'énergie entre les bandes d'énergie dans les zônes 11057 17 2049060 adjacentes décroît. C'est à cause des considérations ci-dessus que la période spatiale d est de préférence maintenue entre 50 angstroms et 500 angstroms les valeurs plus élevées demandant, en effet une durée de vie des porteurs plus grande à 5 ce qu'elle est en général à la température ambiante. La valeur inférieure de 50 angstroms pour la période spatiale d est due ici aux techniques de fabrication actuelles, aussi bien qu'à la limitation du temps de diffusion. Avec des améliorations dans la technologie de fabrication et dans l'affinage du matériau semi-conducteur, des valeurs inférieures de d peuvent être 10 utilisées. Le nombre minimum de périodes spatiales mentionnées ci-dessus sont pour les applications particulières considérées ici, d'un minimum de cinq périodes et probablement au moins 10 périodes spatiales. On préfère plus dix périodes pour les dispositifs particuliers décrits mais la structure du super-réseau fondamentale peut être utilisée dans des applications utilisant 15 seulement 5 périodes spatiales. De plus, le dispositif n'est pas limité dans son application par l'oscillateur simple et au bistable représenté. Il peut être utilisé dans un certain nombre de types différents de circuits à résistance négative, particulièrement, dans le domaine des hautes fréquences dans lequel il peut fonctionner. Ainsi, 20 par exemple le dispositif peut être utilisé dans des circuits d'amplifieateurs et connecté à l'intérieur ou combiné à différents types de structure de cavité et de ligne de transmission. De plus, dans les figures 2 et 3 on voit que les périodes (spatiales d sont composées de deux parties symétriques de largeur égale. Ceci n'est pas 25 nécessaire à la réalisation de l'invention puisque on exige seulement qu'il y ait une périodicité spatiale dans l'énergie d'extrémité de bande. Ceci peut être généralement exprimé par la relation suivante : VCx) = V Cx+nd) où V = l'énergie potentiel pour les porteurs 30 x » distance n = un entier d » période spatiale Ce type de disposition peut être fabriqué, par exemple en commandant la croissance de sorte que les couches 16a et 16b dans la figure 1A aient des 35 épaisseurs différentes. Des semi-conducteurs tels que Ge et Si, qui peuvent être utilisés dans des structures de super-réseau de la présente invention, possèdent des structures de bande complexes et comportent deux sortes de trous de masse différente. On peut appliquer une pression sur de tels matériaux de façon 40 à produire les caractéristiques d'extrémité de bande imposé par le super-réseau. 11057 18 2049060 La figure 8 représente une autre réalisation principalement conçue pour fonctionner en impulsions dans laquelle les références nunériques correspondent à celles de la figure 1 avec à côté du chiffre la lettre A quand la structure est différente. Les régions 16A et 12A forment un contact de 5 blocage pour la partie du super-réseau 16. Ceci est spécialement conçu pour augmenter la cohérence dans le fonctionnement sa impulsion. Le contact de blocage sert à empêcher l'injection continuelle des électrons après le début du fonctionnement. L'injection continuelle peut, dans quelques cas. produire des composantes déphasées. Le contact de blocage pour le super-réseau peut 10 être une structure du type MQS dans lequel, dans la région 12A, se trouve un Isolant. Le même type de fonction peut être réalisé en éliminant la région 12A et en faisant un contact directement entre l'électrode 18A et le super-réseau, avec pour contact, un contact redresseur. Finalement une jonction P-N peut aussi être utilisée conme contact de blocage. Dans chacune 15 de ces réalisations utilisant un contact de blocage, une région mince N+ peut être interposée à la frontière entre le super-réseau et le contact de blocage, par exemple, dans la figure 8, entre la région 12A et le super-ré-seau16. La région N+ sert à fournir une source d'électrons pour l'injection initiale quand l'impulsion est appliquée. Dans tous les cas utilisant le 20 type contact de blocage du dispositif, la polarité doit être tel qu'on le montre avec la borne négative connectée du côté du contact de blocage du dispositif. La figure 9 est une représentation schématique de la réalisation d'un oscillateur à effet de masse 10, selon la présente invention. Dans ce circuit, 25 l'impulsion de tension qui produit l'oscillation est appliquée par une source de tension 70 par l'intermédiaire de l'inductance ou bobine d'arrêt 72 à une boucle comprenant en série l'oscillateur à effet de masse 10, la capacité 74 et l'inductance 76. La sortie de haute fréquence se fait par une paire de terminaux de sortie 78 couplée à la boucle précédente. Bien que le circuit de 30 la figure 9 représente les différents éléments de manière discrète le circuit est de préférence construit en utilisant des structures de micro-onde dans lequel la capacité 74 et l'inductance 76 représentent les valeurs réparties de l'inductance et de la capacité dans la structure de micro-ondes . Quand une impulsion de tension est appliquée par le générateur 70, l'impulsion passe 35 à travers la bobine d'arrêt 72 et est appliquée à l'oscillateur à effet de masse 10. Des oscillations de courant à haute fréquence sont alors produites et même si 11 se produit une élévation dans la valeur du courant continu seulement la composante à fréquence élevée est transmise par couplage à la sortie.La bobine d'arrêt 72 a une valeur d'inductance telle qu'elle ne transmet 40 pas le courant de fréquence élevée de la boucle. 11057 19 2049060 Une autre réalisation de l'invention est représentée par la figure 10 dans laquelle la sortie est prise dans une direction transversale par rapport au courant continu traversant le dispositif. Le dispositif est représenté dans la figure 10 utilisant les mimes références numériques que celles uti-5 lisées dans la figure 1, mais la structure décrite en référence à la figure 8 peut aussi être utilisée particulièrement pour le fonctionnement en impulsion. Uns impulsion de tension est appliquée entre les bornes 80 aux deux contacts ohmiques 18 et 20 pour produire des oscillations de courant de la manière décrite ci-dessus.Ces oscillations produisent des oscillations dans 10 les champs magnétiques et électriques dans une direction transversale à l'écoulement du courant et ces oscillations de champ sont émises par les cStés du dispositif comme indiqué par la flèche 82 vers une sortie ou un dispositif de détection 84. La radiation de sortie, même si sa fréquence se trouve dans le domaine hyper-fréquence ou infra-rouge, peut être couplée 15 à un dispositif utilisant des structures de transmission appropriées, telles que des guides d'onde ou des optiques de fibre. Le signal de sortie peut être émis dans beaucoup de cas comme un signal de sortie d'un laser à injection ou d'une diode électro-luminescente particulièrement quand la fréquence du signal de sortie se trouve dans le domaine de 1'infra-rouge. Aussi, pour 20 les signaux de sortie se trouvant dans cette échelle de fréquences, des structures du type Fabray-Perot peuvent être utilisées, aussi bien que les revêtements réfléchissant et anti-réfléchissant sur les surfaces de la structura du super-réseau pour accroître la radiation dans une direction particulière. De plus, ces techniques et d'autres peuvent être utilisées pour per-25 mettre le couplage rétro-actif de l'énergie dans le dispositif et pour maintenir ainsi la cohésion des oscillations. Bien que les réalisations préférées utilisent un matériau de type N et 1'intéraction des électrons avec le potentiel périodique de la bande de conduction, l'invention peut aussi être réalisée avec un matériau de type P dans 30 lequel des trous inter-réagissent avec le potentiel périodique de la bande de valence. Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur les dessins les caractéristiques principales de l'invention, appliquées à un mode de réalisation préférée de celle-ci, il est évident que l'homme de l'art peut 35 y apporter toutes modifications de forme ou de détail sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. 70 11057 20 2049060 REVENDICATIONS 1. Dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend : a/ un corps d'un matériau semi-conducteur dont au moins une partie comprenant un super-réseau s'étend selon une direction donnée. b/ ladite partie du super-réseau présente une variation périodique spa-5 tiale dans son énergie d'extrémité de bande et s'étend dans ladite direction sur plusieurs périodes spatiales. c/ ladite variation périodique dans l'énergie d'extrémité de bande produit dans ladite partie et dans l'espace k. des mini-zônes qui sont plus petites que la zône de BRILLOUIN dans le matériau. 10 2. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce que ladite variation est formée par plusieurs couches d'un matériau semiconducteur possédant différentes énergies d'extrémité de bande. 3. Dispositif semi-conducteur selon la revendication 2 caractérisé en ce que ladite partie est composée au moins de dix couches du matériau semi-conduc- 15 teur. 4. Dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend : a/ un corps d'un matériau semi-conducteur, b/ ledit corps comportant une partie possédant une pluralité de couches adjacentes d'énergie d'extrémité de bande différente. 20 c/ d'un premier type de couches possédant une première caractéristique d'énergie d'extrémité de bande, d/ d'un second type de couches possédant une seconde caractéristique d'énergie d'extrémité de bande qui est différente da ladite première caractéristique d'énergie d'extrémité de bande, et les dites couches des premier 25 et second types étant disposées alternativement dans ladite partie, e/ ladite partie comprenant au moins 10 des dites couches adjacentes, alternées, alternant respectivement entre elles les dites première et seconde caractéristiques d'énergie d'extrémité de bande. 5. Dispositif selon la revendication 3 ou 4 caractérisé en ce que les dites 30 couches alternées audit premier type, possédant ladite première caractéristique d'énergie d'extrémité de bande, sont formées d'un premier matériau semi-conducteur possédant un premier écart de bande, les dites couches alternées dudit second type possédant ladite seconde caractéristique d'énergie d'extrémité de bande sont formées d'un alliage comprenant ledit premier 11057 21 2049060 matériau semi-conducteur, lequel alliage a un second écart de bande plus grand que ledit premier Écart de bande. 6. Dispositif selon les revendications 3 ou 4 caractérisé en ce que ladite partie comprend un matériau semi-conducteur unique, les dites couches étant 5 différemment dopées pour fournir les dites première et seconde caractéristiques d'énergie d'extrémité de bande différente. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé en ce que les couches alternées dudit premier type sont de type N et les couches alternées dudit second type sont de type N+. 10 8. Dispositif selon la revendication B caractérisé en ce que les couches alternées dudit premier type sont intrinsèques et les couches alternées dudit second type sont de type N. 9. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il comprend en outre un premier et un second contact ohmiques sur ledit corps comportant 15 ladite partie, un moyen connecté à ce contact pour appliquer un champ électrique à ladite partie, ladite partie sensible audit champ présentant alors une résistance négative. 10. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce qu'il comprend en outre une charge connectée audit corps qui fournit une résistance telle que 20 ledit corps soit stable en courant continu dans les premier et second différents états. 11. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que le libre parcours moyen pour les porteurs dans ladite partie est égal ou plus grand que l'épaisseur de deux des dites couches. 25 12. Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que la valeur de ladite période spatiale n'est pas supérieure à 1/5 du libre parcours des porteurs dans ledit super-réseau. 13. Dispositif semi-conducteur caractérisé en ce qu'il comprend : a/ un corps d'un matériau semi-conducteur comportant au moins une partie 30 possédant une variation périodique régulière dans son énergie d'extrémité de bande s'étendant sur au moins cinq périodes spatiales dans une direction, et 70 11057 22 2049060 b/ des moyens pour appliquer des signaux d'entrée audit corps et pour permettre d'en extraire les signaux de sortie. 14. Dispositif selon les revendications 3 ou 4 ou 13 en ce que chacune des dites couches a une épaisseur de l'ordre de 25 à 250 angstroms. 5 15. Oscillateur caractérisé sn ce qu'il comprend : a/ un corps d'un matériau semi-conducteur- comprenant au moins une partie possédant une variation périodique régulière dans son énergie d'extrémité de bande s'étendant sur au moins cinq périodes spatiales dans une direction, b/ des moyens de génération d'un champ électrique à travers ledit corps 10 en plus d'un champ de seuil au-delà duquel ledit corps présente une résistance négative et, c/ une charge couplée audit corps pour produire avec lui un courant oscillant à haute fréquence. 16. Oscillateur selon la revendication 15 caractérisé en ce qu'il comporte : 15 - deux contacts de chaque côté de ladite partie du super-réseau, ledit champ électrique étant appliqué entre les dits contacts, ledit courant oscillant haute fréquence est alors produit dans une première direction s'étendant dans ledit super-réseau entre les dits contacts, et engendre une onde de sortie électromagnétique qui est transmise, dans une direction 20 perpendiculaire par rapport à ladite première direction à travers un côté dudit super-réseau et, - des moyens de sortie sensibles à ladite onde électromagnétique. 17. Oscillateur selon la revendication 15 caractérisé en ce que un des dits contacts est un contact de blocage. 25 18. Circuit bistable caractérisé en ce qu'il comprend : a/ un corps d'un matériau semi-conducteur comprenant au moins une portion possédant une variation périodique régulière dans son énergie d'extrémité de bande s"étendant sur au moins cinq périodes spatiales dans une direction, b/ des moyens de génération pour appliquer un champ électrique à tra-30 vers ledit corps, ledit corps présentant une résistance négative quand un champ électrique supérieur au champ de seuil est appliqué, et c/ une charge connectée audit corps permettant audit corps d'itre stable en courant continu dans les premier et second états différents.