Brevet FR2015731A1 — publié le 19700430

La présente invention se rapporte à des circuits logiques comprenant des dispositifs dont le fonctionnement utilise l'effet "Gunn" et d'autres phénomènes faisant intervenir des domaines à champ intense en déplacement. L'effet Gunn est un phénomène qui apparait dans certaines ma trières semi-conductrices telles que Gas, CdTe, Tnp, et dans certains alliages de GaAs et de GaP, selon lequel l'application, à un corps d'une telle matière, dtune tension suffisante pour produire un champ électrique d'une valeur égale ou supérieure à une certaine valeur de seuil produit des instabilités de courant dans ce corps. L'application d'une telle tension produit dans le cristal un domaine à champ électrique intense qui se déplace à travers le cristal sous l'action de la tension appliquée. Pendant que le domaine se déplace à travers le cristal, une diminution du courant engendré par la tension appliquée peut être détectée, de sorte qu'une impulsion de sortie peut etre tirée du dispositif. En outre, il est connu qu'un domaine à effet Gunn nécessite un champ électrique de nucléation qui est supérieur au champ d'entre tien du domaine. Dès qu'7sl 'un domaine a été établi dans une région à champ intense, il peut se déplacer sous l'action d'un champ réduit, tant que l'intensité du champ faible ne tombe pas au-dessous d'une valeur de seuil supplémentaire associée à l'extinction du domaine. Par conséquent, il est possible de commander l'établissement du domaine par nucléation en changeant la valeur du champ intense. Un autre phénomène faisant intervenir un domaine à champ intense en déplacement est, par exemple, celui des groupements en avalanche de la diode Read. I1 s'agit d'un dispositif dans lequel un "paquet" ou amias de porteurs de charges est produit dans-une région d'un cristal convenablement dopé par avalanche dans un champ intense, et l'amas de porteurs de charges se déplace ensuite à travers une seconde région, de la même manière qu'un domaine à effet Gunn. En outre, des domaines peuvent être engendrés par un effet électro-acoustique dans des semi-conducteurs ou par capture de porteurs de charges en fonction du champ. Conformément à l'invention, il est prévu un montage logique comprenant une série de dispositifs du type dans lequel un domaine à champ intense peut être établi par nucléation en appliquant entre une première borne et une seconde borne d'un tel dispositif une dif férence de potentiel ou tension supérieure à un premier seuil, et peut être maintenu par une tension appliquée supérieure à un second seuil inférieur, une connexion d'entrée séparée aboutissant à une première borne de chacun des dispositifE, une connexion de sortie cR mx7ne reliant une seconde borne de chaque dispositif en parallèle e un moyen de sortie commun pour extraire des signaux de sortie à ps.rtir Ce domaines à champ Intense fermés par nucléation dans les dl-Le dispositifs, l'arrangement étant tel que l'application entre le moyen de sortie et un nombre prédéterminé de premières bornes d'une tension juste suffisante pour former par nucléation un do maine à champ intense dans une ou plusieurs des diodes, engendre un signal de sortie dans le moyen de sortie, tandis que l'application de la meme tension entre le moyen de sortie et un nombre de premières ornes supérieur audit nombre prédéterminé ne produit pas de signal de sortie dans le moyen de sortie. tes dispositifs peuvent être polarisés par une tension de po Irisation appliquée à une valeur juste inférieure à celle qui est nécessaire pour la formation par nucléation d'un domaine à champ intense, et ladite tension appliquée aux connexions d'entrée qui est juste suffisante pour créer un domaine à champ intense pcut comporter une combinaison de la tension de polarisation appliquée avec une impulsion d'entrée pour déclencher la production d'un domaine. Après la fin de l'impulsion d'entrée, la tension de polarisation reste au-dessus de la seconde valeur de seuil et maintient le domaine à champ intense. Chacun desdits dispositifs comprend de préférence une diode effet 1'Gunn" dans laquelle un domaine à champ électrique élevé pet ventre formé par application d'une tension supérieure à une premier valeur de seuil, et peut être maintenu par une tension appliquée supérieure à une seconde valeur de seuil, inférieure. Il est aussi prévu, conformément à l'invention, un montage logique destiné à fonctiorner en comparateur et comprenant deux diodes à effet "Gunn" et une connexion d'entrée distincte aboutis sant à une première électrode de chaque diode, les secondes électrodes des diodes étant reliées l'une à l'autre et à un moyen de sortie commun et servant à l'extraction de signaax de sortie des domaines à champ intense a effet "Gunn" dans les diodes, l'arrangement étant tel que l'application, entre le moyen de sortie et une des premières électrodes, d'une tension juste suffisante pour produire un domaine à champ intense et à effet "Gunn" dans au mcins une des diodes engendre un signal de sortie dans le moyen de sortie, tandis que l'application de la même tension entre le moyen de sortie et les deux premières électrodes n'engendre pas de signal de sortie dans le moyen de sortie. Lesdites premières électrodes peuvent être des cathodes. Ledit moyen de sortie peut comporter un élément résistant commun connecté du point de Jonction des secondes électrodes, les signaux de sortie étant constitués par les variations de la tension aux bornes de l'élément résistant. Chaque diode à effet "Gunn" peut comporter une pastille d'un type de conductibilité unique en GaAs, en CdTe, en ImP, ou en un alliage de GaAs et de GaP, cette pastille portant des électrodes sur ses faces opposées. Bien que, dans les modes d'exécution particuliers de l'invention qui seront décrits ci-après, les domaines considérés soient du type à effet "Gunn", l'invention peut aussi utiliser d'autres phénomènes faisant intervenir des domaines à champ à haute fréquence en déplacement dans des semi-conducteurs ou dans d'autres solides En particulier, il est possible d'utiliser les amas d'avalanche de la diode Read bien connue. Dans un tel dispositif un amas de porteurs de charges est produit dans une région d'un cristal convenablement dopé par avalanche dans un champ intense, et l'amas se déplace ensuite à travers une seconde région, semblablement à un domaine à effet "Gunn". Selon une variante, on peut utiliser des domaines produits par un effet électro-acoustique dans des semi-conducteurs ou par capture de porteurs de charges en fonction du champ. Ainsi, le potentiel appliqué aux moyens de contact ou bornes n'est pas nécessairement un potentiel électrique. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard de l'unique figure annexée et donnant, à titre explicatif mais nullement limitatif, une forme de réalisation conforme à l'invention. Cette figure est un schéma électrique d'un circuit logique destiné à etre utilisé en comparateur. Deux diodes à effet "Gunn" 11 et 12 comprennent, par exemple, des pastilles 13 et 14 en une matière semi-conductrice susceptible d'être le siège de l'effet "Gunn", telliGaAs, et portent respectivement des premières électrodes ou cathodes 15 et 16, et des secondes électrodes ou anodes 17 et 18. tes cathodes 15 et 16 sont pourvues respectivement des connexions d'entrée séparées 19 et 20 et les anodes sont connectées l'une à l'autre. Une résistance 21 est branchée entre le point de jonction entre les anodes 17 et 18 et la masse, et une borne de sortie 22 constitue un moyen pour détecter, aux bornes de la résistance 21, des variations de tension constituant des signaux de sortie.Des connexions inductives 23 et 24 aboutissent aux cathodes 15 et 16, respectivement, pour permettre l'application d'une tension de polarisation aux diodes 11 et 12 à partir d'une source qui n'est pas représentée0 Lors du fonctionnement, la tension de polarisation est prévue de façon à produire dans les deux diodes un champ électrique juste insuffisant pour produire par nucléation un domaine à champ intense à effet "Gunn", mais d'une valeur telle qu'un faible accroissement de la tension aux bornes de l'une ou l'autre des diodes produit un domaine par nucléation. Si, alors, une seule cathode, à savoir la cathode 15 ou 16, reçoit une impulsion de tension d'entrée, et que la cathode de l'autre diode ne reçoit aucune tension d'entrée supérieure à la tension de polarisation, la chute de tension à travers la résistance 21 est relativement faible et la majeure partie de l'impulsion de tension se retrouve aux bornes de la diode soumise à une impulsion. Le champ dans la diode qui reçoit l'impulsion de tension d'entrée s lève alors au-dessus du seuil de nucléation en produisant un domaine et, dans la résistance 21, une chute de tension, par exemple de l'ordre de 5. Cette chute de tension à travers la résistance 21 est détectée sur la borne de sortie à titre de signal de sortie engendré en réponse à l'unique impulsion de sortie. On peut aussi s'arranger, si cela est nécessaire, pour que l'impulsion de sortie provoque la formation simultanée par nucléation d'un domaine dans l'autre diode, pour renforcer ainsi le signal de sortie. D'autre part, si les deux diodes 11 et 12 reçoivent une impulsion de tension d'entrée par l'intermédiaire des cathodes 15 et 16, le courant traversant la résistance 21 est doublé par rapport au cas précédent, de sorte que la majeure partie de l'amplitude de l'impulsion de tension est développée aux bornes de la résistance 21. te champ dans les diodes reste au-dessous du seuil de nucléation de sorte qu'aucun domaine n2est forme et qu'il n'apparait aucune impulsion négative de sortie aux bornes de la résistance 21. Par conséquent, le fonctionnement prévu du montage est celui d'un comparateur qui ne fournit un signal de sortie que si deux signaux d'entrée numériques ont des valeurs inégales, ainsi qu'il est indiqué dans le tableau suivant, dans lequel A et B- represen-tent les signaux d'entrée appliques respectivement aux borne 19 et 20. TABLEAU : A B Signal de sortie : du comparateur 0 0 0 0 O 0 Un comparateur, qui est l'élément fondamental d'un additionneur ou addeur, nécessite plusieurs diodes et résistances quand il est construit d'une manière connue avec des circuits classiques. Un comparateur à "effet Gunn" a, comme avantages : la simplicité, de petites dimensions, et une grande vitesse de fonctionnement. Dans un cas typique, la tension d'entrée formant signal peut être de l'ordre de 6 volts; et l'impulsion génératrice de domaine de l'ordre de 5 milliampères, l'intervalle durant lequel la fonction logique est accomplie peut être inférieur à 0,5 manoseconde, et le temps mis par un domaine pour parcourir le corps de matière semi- eonductriee peut être de l'ordre de 2 manosecondes. Le comparateur décrit peut être adapté au fonctionnement avec des impulsions d'entrée positives ou avec des impulsions d'entrée négatives. LEGENDE DES DESSINS Figures Repères Figure unique A Tension de polarisation " " B Entrée " " C Sortie " " D Tension de polarisation REVENDICATIONS 1 - Montage logique comprenant une série de dispositifs, et plus particulière ent des diodes à effet "Ounn", du type dans lequel un domaine à champ intense peut être formé par nucléation en appliquant entre un premier contact et un second contact de chacun de ces dispositifs une différence de potentiel ou tension supérieure à une première valeur de seuil, et peut etre maintenu par une différence de potentiel appliquée supérieure à une seconde valeur de seuil, inférieure, un premier contact équipant chacun desdits dispositifs, une connexion d'entrée séparée étant reliée au premier contact de chacun des dispositifs, et un second contact équipant chacun des dispositifs, ledit montage logique étant caractérisé en ce qu'il comprend une connexion de sortie commune reliant le second contact (17, 18) de chaque dispositif respectif (11, 12) en parallèle à un moyen de sortie commun (21, 22) pour extraire des signaux de sortie de domaines à champ intense formés par nucléation dans les diSpoSitifS (11, 12), l'arrangement étant tel que l'application, entre le moyen de sortie (21, 22) et un nombre prédéterminé de premiers contacts (15, 16), d'une tension juste suffisante pour former par nucléation un domaine à champ intense dans un ou plusieurs desdits dispositifs (11, 12) produit un signal de sortie dans le moyen de sortie (21, 22), tandis que l'application d'une différence de potentiel de la meme valeur entre le moyen de sortie (21, 22) et un nombre de premiers contacts (15, 16) supérieur audit nombre prédéterminé ne produit pas de signal de sortie dans le moyen a sortie (21, 22). 20- Montage logique selon la revendication 1, comprenant des moyens pour appliquer, auxdits dispositifs une tension de polarisation ayant une valeur inférieure à celle qui est nécessaire pour la formation par nucléation d'un domaine à champ intense, le montage logique étant caractérisé en ce que ladite tension qui est appliquée aux premiers contacts (15, 16) et qui est juste suffisante pour la formation d'un domaine à champ intense comprend une combinaison de la tension de polarisation appliquée avec une impulsion d'entrée destinée au déclenchement d'un domaine à champ intense, le moyen de polarisation étant tel que, après la cessation de l'impulsion d'entrée, la tension de polarisation reste supérieure à la seconde valeur de seuil et maintient le domaine à champ intense. 30- Montage logique selon la revendication 1 ou 2, dans lequel lesdits contacts sont des électrodes, caractérisé en ce que le moyen de sortie (21, 22) comprend un élément résistant commun (21) connecté en série avec la combinaison en parallèle des seconds contacts (17, 18). 40- Montage logique selon la revendication 1, destiné à fonctionner en comparateur, et caractérisé en ce qu'il comprend deux diodes à effet "Gunn" (11, 12) ayant des premières et secondes électrodes (15, 16 et 17, 18) une connexion d'entrée séparée reliée à la première électrode (15, 16) de chaque diode (11, 12), une connexion de sortie commune connectant les secondes électrodes (17, 18) des diodes (11, 12) en parallèle à un moyen de sortie commun (21, 22) pour extraire des signaux de sortie de domaines à champ intense à effet "Gunn" à l'intérieur des diodes (11, 12), l'arrangement étant tel que l'application entre le moyen de sortie (21, 22) et une des premières électrodes (15, 16) d'une tension juste suffisante pour engendrer un domaine à champ intense à effet "Gunn" dans au moins une des diodes (11, 12) produit un signal de sortie dans le moyen de sortie (21, 22), tandis que l'application de la même tension entre le moyen de sortie (21, 22) et les deux premières électrodes (15, 16) ne produit pas de signal de sortie dans le moyen de sortie (21, 22).