Brevet FR2033299A1 — publié le 19701204

La présente invention concerne des dispositifs à semi-conducteurs actifs, et en.particulier une classe nouvelle d'amplificateurs et d'oscillateurs a semiconducteurs qui produisent des oscillations alternatives lorsqu'ils sont soumis â un champ électrique continu ou pulsatoire. Une propriété unique du dispositif est que la substance travaillante, typiquement un semiconducteur à double vallée tel que l'arséhiure de gallium, est; formée ou sculptée de façon que lorsqu'un champ électrique est appliqué au dispositif par .une,paire de contacts, â faible résistance, la région active du dispositif est isolée des champs électriques de contrôle aux contacts. Lorsque la propriété de commande des contacts est éliminée, il en résulte un genre d'oscillation jamais observé'jusqu1 à présent, ainsi qu'un type nouveau d'oscillateurs. Les oscillations de hautes fréquences dans des semi-conducteurs polaires du type n tel que l'arséhiure de gallium de champs électriques élevés fûrent d'abord observées par J.B. Gunn en 1963. Dans l'effet de Gunn, les cristaux semi-conducteurs deviennent instables lorsqu'ils sont soumis à des champs électriques élevés au-dessus d'une valeur de seuil, et cette instabilité est sous forme de régions étroites d'un champ électrique très grand (ondes chocs) qui se propage uniformément à travers le semi-conducteur. L'instabilité est observée comme étant une fluctuation du courant lorsqu'une tension constante est appliquée entre deux contacts "ohmiques" attachés au cristal. Le fonctionnement des dispositifs du genre Gunn est bien connu. Le brevet N°3.4l4.84l des E.U.A. de Copeland ainsi que Shuskas et Shaw en 1965 ont divulgués un mode de fonctionnement des semiconducteurs à deux vallées (two-valley) qu'on appelle parfois le mode LSA. Dans ces dispositifs un circuit résonnant est connecté au semiconducteur par des contacts "ohmiques" et le circuit résonnant est ajusté pour varier l'intensité 'du champ électrique à l'intérieur du semiconducteur pour empêcher la formation de domaines voyageurs tout en obtenant des oscillations permanentes. Le brevet intitulé "Active Solid State Devices Having Non-Linear Contacts" déposé le 6 février 1969 aux E.U.A. aux noms de P.R. Solomon et M.P. Shaw divulgue une classe d'oscillateurs à semiconducteurs actifs dans lesquels des contacts non-linéaires telles que des diodes dos-à-dos sont mis en contact avec une substance de travail comprenant un cristal semiconducteur. Dans cette demande de brevet divers modes d'opérations sont décrits qui dëpen- 70 03226 2 2033299 dent entièrement de la, nature des contacts appliqués à la substance travaillante du semiconducteur. Dans toutes les formes de cette invention de la demande susmentionnée/ le champ électrique résultant dlune tension de polarisation de courant continu à la limite 5 entre le contact a la cathode- de la substance travaillante du se-- miconducteur (lorsqu'on utilisé un matériau du type n) est plus élevé que le champ électrique dans la masse de la substance de travail.du semiconducteur. Ceci a pour résultat un mode d'opération distinct au moyen de la formation de domaines voyageurs simi-10 laires à l'oscillation de Gunn. Dans un autre mode, des oscillations de temps de.transit sont produites au moyen de la propagation d'une couche d'arrêt de la substance travaillante—limite de contact dans la masse de la substance travaillante du semiconducteur. Dans un troisième mode de l'invention, la différence entre 15 le champ électrique élevé apparaissant à la limite entre le contact et la substance de travail du semiconducteur, et le faible champ électrique dans la masse du semiconducteur à deux vallées, résulte.en une instabilité à la fréquence résonnante lorsque le dispositif est incorporé dans un circuit résonnant. 20 La présente invention décrit une classe d'oscillateurs et d'amplificateurs qui peuvent être construits en élwninant la nature contrôlante des contacts. Des contacts de faible résistance, linéaires ou non-linéaires,- sont fixés à la substance de travail d'un semiconducteur dans laquelle la masse du semiconducteur est 25 formée de façon à maintenir séparée la région active du matériau des champs contrôleurs des contacts. Le champ électrique dans la région active du matériau est plus élevé que le champ électrique de la région interface active-non active. Lorsque, le dispositif est incorporé dans un-circuit résonnant, il se produit des oscil-30 lations de courant à la fréquence résonnante. Il sera décrit divers modes de réalisations de la présente invention. Dans une autre forme de cette invention, des oscillations du genre Gunn comportant des domaines voyageurs peuvent être produites dans -les oscillateurs formés en changeant la configuration 35 du champ électrique.à 11 intérieur-de- la région active, de la. substance de travail du semiconducteur tel que- le. champ électrique à l'interface de la région active-non active est plus grand que le champ électrique à l'intérieur de -la, région active de la substance de travail. ... , .. . • , 40 Un objet principal de la présente invention est de fournir 70 03226 3 203329"? une classe d'amplificateurs et d'oscillateurs à semiconducteurs actifs dans lesquels une substance de travail tel qu'un cristal semiconducteur est relié entre deux contacts de faible résistance et dans lesquels la région active de la substance de travail du 5 semiconducteur est formée de façon à ne pas être influencée par le " champ électrique élevé à la jonction entre le matériau actif et les contacts. En accord avec la présente invention il est divulgué une série de dispositifs nouveaux d'oscillateurs dans lesquels une 10 masse de semiconducteur ou semiconducteur à deux vallées à Croissance épitaxiée est formée de façon que la région active a une section transversale ou masse plus petite que la partie de la substance de travail du semiconducteur adjacente au contact contrôleur. Pour un matériau de semiconducteur du genre n, le contact 15 contrôleur est la cathode, pour un matériau du genre £, le contact contrôleur est l'anode. Des contacts de faible résistance sont appliqués à l'anode et la cathode de la substance de travail du semiconducteur. Les contacts peuvent avoir une relation tension courant qui est liné-20 airé ou non-linéaire. Lorsqu'une tension de courant continu est appliquée entre les contacts d'anode et de cathode, un champ électrique est formé dans la partie active du matériau semiconducteur qui est plus élevé que le champ électrique à la jonction des régions actives et inactivês. 25 . Lorsque le dispositif est placé dans un circuit extérieur résonnant, et que le champ électrique est accrû jusqu'à ce que le champ électrique dans la région active de la substance de travail du semiconducteur atteigne une valeur au seuil, l'instabilité se produit et les oscillations de courant sont produites à la fré-38 quence résonnante d'un circuit extérieur. Un autre objet de la présente invention est de fournir une classe d'oscillateurs et d'amplificateurs à semiconducteurs actifs dans lesquels les oscillations du temps de transit se produisent au moyen de la formation des domaines qui sont propagées 35 à travers la masse de la substance de travail du semiconducteur. Les oscillations du temps de transit sont similaires à celles produites par les dispositifs du genre Gunn. En accord avec le mode de réalisation de l'invention les dispositifs de contact-matériau de travail de semiconducteur-con-40 tact formés ou sculptés sont légèrement modifiés, par exemple en 70 03226 4 2033299 entaillant la partie active de la substance de travail du semiconducteur proche de la limite du contact contrôleur, ou en variant la forme ou doppant le profil de la région active de la substance de travail du semiconducteur pour permettre au champ électrique 5 dans la région de l'interface de la région active-non active d' être plus grand que le champ électrique à l'intérieur de la partie active de la substance de travail du semiconducteur,. Lorsqu'un champ électrique de courant continu est. appliqué au dispositif, une valeur au seuil est atteinte à laquelle des domaines sont for-10 mes à l'interface de la région active-inactive et il se produit des oscillations de temps de transit. En accord avec d'autres aspects de cette invention il est divulgué des dispositifs à semiconducteurs à croissance ëpitaxée présentant les caractéristiques divulguées ci-devant. En outre, 15 il est divulgué des oscillateurs de formes.composées ou parallèles . D'autres aspects et avantages de la présente invention apparaîtront de la description détaillée et des dessins annexés sur lesquels: 20 La Figure 1 montre une courbe de la densité du courant en fonction du champ électrique dans un semiconducteur As Ga. La Figure 2 montre schématiquement une configuration *électrique de cette invention utilisant des contacts à diodes. La Figure 3 montre schématicruement une autre confiauration 25 électrique de cette invention utilisant des contacts résistifs. La Ficrure 4 représente un mode de réalisation préféré de là présente invention. La Figure 5 représente la distribution du champ électrique du mode de réalisation de la Figure 4 30 La Figure 6 montre schématiquement un mode de réalisation de la présente invention dans un circuit électrique de charge. La Figure 7 montre le courant en fonction de la distribution de tension dans une configuration de cette invention. La Figure 8 montre le fonctionnement de la présente inven-35 tion dans vin circuit résistif. La Figure 9 montre le fonctionnement de la présente invention dans un circuit résonnant. • La Figure 10 représente un autre mode de réalisation de la présente invention. 40 La Figure 10 A représente en coupe le mode de réalisation 70 03226 5 2033299 de la Figure 10. La Figure 11 représente un autre mode de réalisation de la présente invention. -La Figure 11A représente en coupe le mode de réalisation 5 de la Figure n. La Figure 12 montre un mode de réalisation symétricrue de la présente invention- - La Figure 13 représenté un autre mode de réalisation de la présente invention. 10 La Figure 14 représente un mode de réalisation d'unè plura lité de dispositifs en parallèle de la présente invention. La Figure 15 montre une forme épitaxée de la présente invention La Figure 16 montre une autre forme épitaxée de la présen-15 te invention La Fiaure 16 A montre en coupe le mode de réalisation de - la Figure* 16. La Fiqure 17 montre schématiauement une forme de cette invention qui produit des oscillations de temps de transit-20 La Figure 18 représente une forme d'onde de la tension d'entrée pour le dispositif de la Fiaure 17. Description d'un mode de réalisation préféré. En se référant à la Fiaure 1 on y voit une courbe de la densité -j du courant de conduction en fonction'd'un champ électri-25 que E pour un semiconducteur à deux vallées tel que l'arsëniure de gallium. La densité j du courant de conduction est égale au produit de la densité n du porteur, de la charge e du porteur, et de la vitesse v du porteur. Pour des matériaux du genre n la vitesse v du porteur se rapporte à la vitesse des électrons à travers le 30 cristal semiconducteur. Pour les matériaux du•genre £ la vitesse du porteur se rapporte à la vitesse des trous. Selon la forme de la courbe de la Figure 1 on peut voir que la densité du courant à travers la substance de travail du semiconducteur augmente substantiellement de-façon linéaire lorsqu1-35 un champ électrique croissant est appliqué- iusqu1 à ce qu'un champ électrique au seuil, Efc est atteint à quel moment la densité du courant est j^. A ce moment l'a densité du courant décroît et éventuellement redèvient constante à une valeur i inférieure à j.. Le s t champ électrique E& est le champ électrique au-dessus :du seuil E^_ 40 auquel la vitesse de variation de la densité du courant par rap- 70 03226 6 2033299 port au champ électrique devient zéro ou devient d'abord inférieur à une faible valeur, appropriée- L'inclinaison ou la pente de la courbe entre les valeurs Et et E est négative et définie la région de conductivité différentielle néaative ou la région de 5 résistance négative- , 1 , Il est à noter crue pour des densités de courant jg, le cristal semiconducteur peut supporter un champ électriaue E égal à E , de même que n'importe quel champ au-dessus de. E . Le champ S ci Eg est donc défini comme champ faible-correspondant à une densité 10 j de courant telle que "déterminée par des caractéristiques de champ élevé. Puisque la courbe de la Fig* 1 est représentative de tous les échantillons semiconducteurs à l'arséniure de' gallium et similaires à deux vallées ou creux,- la forme précise de la courbe peut varier un peu selon le niveau de doppage, les impure-15 tés etc.. d'un échantillon particulier. En outre, aux champs électriques E " il est peu important que la courbe de la Fig. 1 reste ci, constante accroît ou décroît. Les Fiaures 2 et 3 montrent schématiquement la structure physique de la présente invention. Une substance travaillante et 20 qu'un cristal semiconducteur à 1 'arséniée de gallium 10 est. disposé dans un circuit reliée à une source de tension en courant continu 12. On peut aussi employer une source de tension à courant alternatif ou une tension en courant continu puisée. Des contacts sont appliqués de chaque côté de la substance de travail 25 du semiconducteur. Sur la Fig. 2 les contacts sont représentés par des diodes 14 et 14', et sur la Fia. 3 les contacts sont représentés par des résistances 16 et 16'. Les Fiaures 2 et 3 montrent bien que les contacts appliqués à la'substance de travail d'un semiconducteur peuvent être 30 soit.dès contacts linéaires ou "ohmiques" tels crue représentés par les résistances 16 et 16' de la Fia.3 soit des contacts non-linéaires du genre diodetel: que3 représenté par les diodes 14 et 14' de la Fia.2. Les méthodes d'application des contacts sont bien connues par l'homme de métier et"ne seront pas décrites en 35 détail. - - • . - Tel que"décrit précédemment, pour.le matériau du genre n le contact.contrôleur sera celui de là cathode qui -est 1'électrode négative tel qiie montré sur les-Fiaures 2 et 3. Tout au long de cette description les divers modes.de réalisation seront dé-40' crits.-sous formé de matériaux semiconducteurs du aenre n, et le 70 ;03226 7 2033299 contact contrôleur sera celui de la cathode. D'où le contact contrôleur pour les matériaux du genre £ sera celui de 1-'anode. La Figure 4 montre un mode de réalisation/préféré de la présente invention. La substance de travail 18 du semiconducteur 5 est faîte de façon â changer la distribution du champ électriaue dans la masse de la substance de travail du semiconducteur. Une partie de la substance de travail du semiconducteur est, soit sciée, meulée. érodée, aravée, ou enlevée d'une autre fanon pour donner la forme montrée dans laquelle la région active 20 de la 10 substance de travail.du semiconducteur est plus petite en section transversale que -.ie restant de la substance de travail. Un contact de cathode 22 et un contact d'anode 24 sont fixés à la substance de travail tel que représenté. Lorsqu'une tension de courant continu est appliqué aux contacts de l'anode et de la catho-15 de, la distribution du champ électrique dans la totalité de l'ensemble sera teleaue représentéesur la Fiqure 5 . Supposant que le contact de cathode est une dinde telle crue sur la Fig. 2, le t champ électriaue E aui se produit à la diode est assez élevé-Dans la région de la substance de travail 18 adjacente à la diode ca-20 thode, le champ électrique est beaucoup plus faible. Dans la région active 20 de la substance de travail le champ électrique s'accroît de nouveau à une valeur au moins au-dessus du champ électrique de seuil E^. La diode anode, étant polarisée en avant, a une très faible impédance et le champ électrique y est très has-25 La théorie du -Fonctionnement du dispositif de la Fia. 4 est comme suit. Il a été montré crue l'effet de Gunn nécessite une sorte de site de formation nucléaire telle cru'une variation du dopping, une entaille coupée dans la région active du matériau, ou une cathode de jonction d'un champ élevé. Lorsaue ces sites 30 de formation nucléaire des domaines, du genre de Gunn sont enlevés, le dispositif ne présentera pas de domaines de Gunn. L'expérimentation et la simulation par ordinateurs montrent ce résultat Une simulation par ordinateurs montre que lorsque ies emplacements de formation nucléaire de domaines sont éliminés, de nouveaux aen-35 res d'oscillations son-f- produits. Les oscillations peuvent se produire selon deux régimes d'opération. Dans le régime I. il existe à l'anode une région de champ électriaue élevée qui est instable dans un circuit résonnant de basse fréquence. Dans le régime II-les oscillations du champ se produisent uniformément- à travers 40" 1 ' échantillon xruand le dispositif est placé dans un circuit 70 03226 8 2033299 résonnant de haute fréquence. Dans les deux régimes le dispositif fait usage des modes différents d'oscillation cour produire du courant alternatif- Lorsque la totalité de 11 ensemble est placée dans un cir-5 cuit extérieur résonnant tel que représenté par là Fig. ~6, des oscillations de courant sont produites pour les deux réaimes, I et II. Sur la Fig- 6 le cristal 26 à l'arséniurë dé gallium a deux contacts 28 et 28', appliaués à celui-ci, les contacts étant représentés par des diodes. Le dispositif est incorporé dans un cir-10 cuit résonnant 30. Une source de tension de courant continu telle aue la pile 32 peut être utilisée pour mettre sous tension le svstëme, et la sortie est mesurée aux électrodes 34. On peut aussi utiliser du courant alternatif ou du courant continu puisé. Lorsque le dispositif est incorporé dans un circuit rë-15 sonnant d'une fréquence relativement basse, les oscillations du* régime I sont produites - Dans un "circuit résonnant de haute fréquence- les oscillations du réaime II sont produites. La distribution du champ électrique au rëaime I se produira ëaalement mais aucune oscillation ne sera produite lorsque le dispositif est 20 placé dans un circuit résistif. L'explication physique de la configuration est que la partie active 20 de la substance travaillante de la Fia. 4 supporte un champ électrique E.qui est proche du sëuil tandis que le champ électrique extérieur à la région active est inférieur à E^_. 25 La réaion active est séparée de la cathode dans laquelle se produit un champ électrique élevé par une région de faible champ. En d'autres mots, lorscrae le champ électrique dans le réqion active est proche de E^, les champs entourant la région active sont inférieurs à . 30 Des caractéristiques typiques de courant en fonction de la tension pour le dispositif sont représentées sur les Fiaures 7, 8 et 9. La Fia. 7 représente le courant en fonction de la tension Dour le dispositif entier de la Fia. 4, c'est-à-dire lorsaue le dispositif est assymétrique. Lorsque le dispositif de la Fiq.4 35 est placé dans un réseau extérieur résistif (non représèntë) et polarisé par une tension de courant continu, une instabilité de la forme du régime I se produit quand une tension E^ est atteinte Ceci est représenté par la Fig. 8- Cette instabilité n'est pas du genre qui se produit dans les oscillateurs Gunn, il n'v a pas de 40 chute de courant ou de fluctuations périodiaues de courant, et 70 03226 9 2033299 il ne se produit pas d'ondes de chocs électriques. L'instabilité de courant ou un courant moyen approximativement égal au courant dans le dispositif au seuil, c'est-à-dire, lorsque l'instabilité se produit. La saturation de courant est causée par la formation 5 d'un champ électrique élevé à l'anode. Lorsque placé dans un circuit résonnant extérieur tel qu' indiqué sur la Fig.6, les oscillations de courant se produisent tel que représenté sur la Fia. 9. Tel que mentionné précédemment, ces oscillations sont de fréquence élevée lorsque la frëauence 10 résonnante du circuit est élevée et' des oscillations du régime II sont ainsi produites. Lorsaue la fréquence du circuit résonnant est inférieure, les oscillations de basse fréquence de régime I sont produites. Se référant à- la Fig 9, les oscillations de courant sont représentées sur une échelle de temps superposée sur 15 les caractéristiaues de courant en fonction de la tension du dispositif en entier. Les oscillations de courant ont une valeur moyenne approximativement égale au courant à travers l'échantillon au seuil. Ces oscillations se produisent quand la tension V de polarisation est telle qu'une tension v est atteinte à travers la 20 partie active du dispositif. Les oscillations sont cohérentes et sont produites à la fréquence résonnante du circuit extérieur- Ceci est vrai pour les deux régimes d'opération I et II. Pour le rëaime TI par des mesures on a pu déterminer aue est atteint lorsque le champ électrique moyen de la région ac-25 tive du dispositif est à quelque part proche, mais légèrement au-dessous de E^_, tel que défini par la Figure 1. Une simulation par ordinateur a été réalisée pour un échantillon d'açséniure de gallium du genre n. L'échantillon avait une densité de dopping 15 3 -2 de 10 /cm , une longueur de 10 cm et une section transversale -3 2 " 30 de 10 cm . La courbe de vitesse en fonction du champ electriaue pour l'arséniure de aallium dn genre n fût réalisée d'après les calculs de Butcher et Fawsett. Les fluctuations de la densité du dopping de l'arséniure de gallium furent inclues dans la simulation par ordinateur. la plus grande.fluctuation étant d'environ 35 10 %. Dans la simulation, les champs à la cathode et à l'anode furent aji;stés à zéro. Les champs à d'autres parties de l'échantillon furent évalués par l'ordinateur. Pour une capacité du dis- -14 —g —10 positif de 9,8 x 10 Farads et une induction de 10 à 10 40 Henrvs, le dispositif donna des oscillations accordables lorsque 70 03226 10 2033299 incorporé dans un circuit résonnant. Dans la simulation le champ à travers l'échantillon fût observé comme se déplaçant uniformément vers le haut et le bas à la fréquence résonnante. On observa aucune propagation de domaines. Dans un circuit résistif- un champ 5 électrique élevé se forma à l'anode et le courant resta constant. L'oscillateur dé la présente invention n'a pas besoin d'être exactement comme représenté sur la Fig. 4 mais peut avoir d'autres formés. Cependant- dans tous les modes de réalisation il est nécessaire que la région active de la substance travaillante 10 du semiconducteur soit de forme appropriée ou doppée de'telle façon que le champ E dans la récrion active soit plus grand que le champ de seuil E^_, tandis que le champ extérieur à la région active doit être inférieur à E^.Les Figures 10 et 10A représentent un mode de réalisation dans lecruel la grande région de la subs-15 tance travaillante du semiconducteur 36 'adnacénte â la cathode 38 est sculptée en une courbe lisse et continue vers l'anode plus petite 40, fournissant ainsi une région active 42 dont la section transversale dëcroit aêométrxcraement et d'une manière exponentielle du contact de la cathode à celui de l'anode. 20 Les Fiaures 11 et 11A représentent un mode de réalisation dans lequel la région active 44 décroît linéairement de la masse plus grande de la substance travaillante du semiconducteur 46 adjacent à la cathode 48' vers la région active adjacente à l'anode 5°. 25 La Figure 12 représente un dispositif symétrique sous la forme d'haltères. La substance travaillante du semiconducteur adjacente à chaque électrode 52 et 52' est beaucoup plus grande que la région active étroite 54 entre les deux électrodes- Puisque ce dispositif est svmétrique, il fonctionnera de la même façon sans 30 égards à la direction dans laquelle' la tension de courant continu est appliquée en travers des deux électrodes. La Fig- 13 représente la section transversale d'un mode de réalisation dans lequel la substance travaillante du- seituconducteur 56'prend là forme d'un cristal plat dont l'un des côtés est poli 35 tandis que l'autre côté est rugueux. Le contact d'anode 58 est appliqué sur la surface lisse et le contact de cathode 60 est appliqué sur ]a surface rugueuse. On peut voir eue la surface de contact de la substance travaillante dù semiconducteur en contact avec le contact de cathode est plus grande que la partie de la sub-40 stance travaillante de semiconducteur en contact avec lTanode 70 03226 11 2033299 La Figure 14 représente schématiquement une méthode pour fournir.une pluralité de dispositifs actifs en parallèle- Dans ce mode de réalisation le côte anode de la substance travaillante du semiconducteur est coupée dans les directions horizontale et 5 verticale pour produire une pluralité de dispositifs 62 dont la section transversale de chacun est beaucoup plus petite que la masse de la substance travaillante du semiconducteur 64 tandis qu'une pluralité de contacts d'anode 68 est faîte du côté de la substance travaillante du semiconducteur qui a été découpée. Cha-10 que anode fonctionne indépendamment pour former un ensemble de dispositif oscillateur. La Figure 15 représente un autre mode de réalisati on de la présente invention dans lequel une couche épitaxée 70 du genre n est déposée sur une récrion de substrat 72 du genre n+. Le dé-15 pôt est sous forme d'un escalier dans lequel un côté de la couche épitaxée du genre n est plus haut que l'autre côté. Le contact d'anode 74 est appliqué à la région plus petite, tandis que le contact de cathode 76 est appliqué à la région plus haute. De cette façon la section transversale et la masse de la couche épi-20 taxée du genre n adjacente à l'anode est plus petite que celle adjacente à la cathode, et': la configuration du champ électrique désirée est produite. Les Figures 16 et 16A représentent une variante d'un mode de réalisation dans lequel la couche épitaxée du genre n (n-ëpi-25 layer) 78 est déposée sur le substrat n+80 d'une façon formante. Le contact d'anode 82 est appliqué â la section transversale la plus petite de la couche épitaxée du genre n, tandis que le con- + tact de cathode 84 est déposé au substrat n . De nouveau dans ce mode de réalisation la région active est formée de fanon à ce que 30 le champ électrique dans la région active sera plus crrand que le champ électrique dans la région immédiatement adiacente à la région active, tandis que le champ électrique.sera de nouveau plus grand à la cathode. D'autres confiaurations et d'autres méthodes pour produi-35 re des distributions de champ électrique nécessaires au fonctionnement de ces dispositifs seront évidentes aux hommes de métier. Par exemple, un contrôle précis du dopping peut être utilisé pour contrôler la distribution du champ électrique- Tous les dispositifs décrits précédemment peuvent être 40 modifiés légèrement pour fonctionner en oscillateurs du genre Gunn 70 03226 12 2033299 . en changeant légèrement leur forme, en doopant le profil ou d'autres caractéristiaues- La Fig. 17 représente une confiauration du genre haltères similaire à celle de la Fia. 12 dans laquelle une entaille 88 est coupée de la région active 90 de la substance tra-5 vaillante du semi-conducteur du côté de la réaion active vers la cathode 92. La présence de cette entaille change la configuration du champ à l'intérieur du dispositif de? façon que le champ électriaue du côté de la cathode de la région activé soit plus grand que le seuil E^_. En d'autres mots la confiauration du champ à la 10 limite entre la région active et la connexion de la cathode de contrôle est telle que le champ électrique E à l'extérieur de la région active du côté de la cathode est plus arand que le.champ électrique E à l'intérieur de cette*, région active. Lorsque ceci se produit les domaines seront formés à la 1 imite de la réaion 15 active du côté, de la cathode et se propageront vers le bas du matériau actif vers l'anode. Lorsaue c® dispositif est placé dans un circuit résistif - des nsciilations sont produites au temps de transit des domai nés voyageurs. Lorsque le dispositif de la Figure 17 est nlacé dans un 20 circuit résonnant et entraîné dans un mode puisé avec un train d'impulsions tel que représenté par la Fig 18, le dispositif présentera les oscillations de fréquence du temns de tiasit naturelles décrites par Gunn pendant la partie négative de l'impulsion et les oscillations normales de fréauence du circuit réson-25 nant du dispositif représenté par la Fig. 12 pendant le temps ouand la partie positive de l'impulsion de la Fig. 18 est appliquée. Ce dispositif peut être utilisé de différentes fanons selon l'amplitude absolue des excursions positive et néaative de l'impulsion, leurs amplitudes relatives, et les tensions de seuil des 30 instabilités. • Il est important pour tous les dispositifs décrits précédemment que les champs électriques au contact contrôleur ne soient pas dans une aamme qui est délétère au fonctionnement du dispositif Ainsi, par exemple, les champs an contact contrôleur doi-35 vent être soit au-dessous du seuil E., ou au-dessus E= lorsque la t â valeur de seuil est atteinte dans la région active Tous les dispositifs sont très sensibles aux variations de section transversale le lona ou proche de la région active. Des variations irrégnlières peuvent donner des champs élentriaues élevés ce aui peut produire 40 un phénomène falsifié telle qu'une formation nucléaire a" hazard 70 03226 13 2033299 des domaines à effets de Gunn. Ainsi les surfaces latérales doivent être aussi lisses oue possible et être uniformes. Des fluctuations exaqërées du doppinrr dans la substance 5 travaillante du semi-conducteur peuvent aussi produire des emplacements ou sites de formation nucléaire de domaines et des oscillations fausses de Gunn. D'où l'homogénéité du dispositif doit être contrôlée. Des mëthoaes pour realiser ceci seront facilement évidentes aux hommes de metier. 10 Des oscillations de courant ont été produites dans des aispositifs sculptés sur une base puisée dans la gamme de e>0 MHz â 8,2 GHz avec une puissance crête allant jusqu'à 0,6 watts à 8,2 GHz. Ceci est la seule étendue învestiguëe jusqu'à ce jour, 15 mais on espère que cette étendue de fréquences peut Strr. étendue peut être jusqu'aux terps d Bien que l'on ait décrit la présente invention par rapport 20 à un mode de réalisation particulier ce cette dernière, on comprendra bien qu'elle est susceptible de modifications supplémentaires, la présente application étant envisagée de façon à tenir compte de toutes variations, utilisations ou adaptations de l'invention, suivant en général les principes de l'invention et com-25 prenant tout écart à la présente description qui rentre dans la pratique connue ou courante de la technique à laquelle se rapporte 11 invention. 03226 14 2033299 REVENDICATIONS 1. Un dispositif de transformation d'énergie, caractérisé par le fait qu'il comporte une substance travaillante d'un matériau semi-conducteur du type à simple conductivité et dans lequel un 5 courant circule dans une seule direction, la substance travaillante comportant une région active capable de supporter dans au moins une de ses parties un champ électrique plus élevé que dans une région immédiatement adjacente à la région active, et au moins une partie de la région active ayant une section transversale 10 plus petite qu'une région, immédiatement adjacente à ladite région active, un moyen de circuit résonnant couplé à la substance travaillante, et un moyen pouf appliquer les champs électriques à ladite substance travaillante d'une intensité pour produire des oscillations du courant à travers celle-ci. 15 2. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau semi-conducteur est un semi-conducteur à deux creux. 3. Le dispositif selon la revendication 2,. caractérisé par le fait que le semi-conducteur est un GaAs. (Arséniure de gallium). 20 4. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de contacts connectés à une partie de ladite substance travaillante, autre que sa région active. 5. Le dispositif selon la revendication 4, caractérisé par 25 le fait que les moyens de contact ont des caractéristiques de courant linéaires en fonction de la tension. 6. Le dispositif selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les moyens de contact ont des caractéristiques de courant non-linéaires en fonction de la tension. 30 7. Le dispositif selon la revendication 6, caractérisé par le fait que les moyens de contact non-linéaires sont des diodes. 8. Un dispositif de transformation d'énergie selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait qu'un premier contact électrique est appliqué à une partie d'un matériau 35 semi-conducteur autre que sa partie active et un deuxième contact électrique est appliqué à la région active dudit matériau semiconducteur . 9. Le dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ladite région active a une section transversale substan- 40 tiellement constante le long de sa longueur. 03226 15 2033299 10. Le dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la région active a une section transversale qui décroît substantiellement d'une façon linéaire à partir de la région non-active du semi-conducteur vers le deuxième contact. 5 11. Le dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la région active a une section transversale qui varie selon un modèle géométrique déterminé entre la région non-active dudit semi-conducteur et le contact de la région active. 12. Le dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 10 à 3, caractérisé par le fait qu'un premier contact électrique est appliqué à une partie dudit matériau semi-conducteur autre que sa partie active, qu'un deuxième contact électrique est appliqué à une partie du matériau semi-conducteur autre que sa partie active la région active étant connectée entre les premier et deuxième 15 contacts et étant séparés de ces contacts par une région non-active de matériau. 13. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le matériau semi-conducteur consiste d'une couche é-pitaxée (épilayer) formée sur un substrat. 20 14. Le dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le . fait qu'il comporte des moyens de contacts reliés à cette couche épitaxée. 15. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance travaillante comporte une partie de ma- 25 tériau semi-conducteur ayant une surface lisse et une surface rugueuse, cette dernière ayant une surface plus grande que celle qui est lisse et des moyens de contacts électriques fixés à ladite surface lisse et à ladite surface rugueuse. 16. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le 30 fait que la substance travaillante est un matériau semi-conducteur qui est substantiellement lisse sur l'une de ses surfaces et qui comporte des dentelures sur l'autre face, ces dentelures formant une pluralité de surfaces, dont la surface est plus petite que celle de la surface lisse, et un moyen de contact électrique fixé à 35 cette surface lisse et â la pluralité de surfaces, chacune de la pluralité de surfaces contenant une région active. 17. Le dispositif selon la revendication I, caractérisé par le fait que la substance travaillante, comporte une région active d'une section transversale plus petite que le restant de la substan- 40 ce travaillante, et qu'elle est capable de supporter, qu'au moins 70 03226 2033299 .une de ses parties soit à un champ électrique plus élevé que dans une région de la substance travaillante ayant une section transversale plus grande, immédiatement adjacente à la région active, et que le restant de substance travaillante qui est une partie 5 de la substance travaillante, qui est capable de supporter Tin champ électrique plus élevé que la région active. 18. Le dispositif selon la revendication 17, caractérisé par le fait que.les moyens pour former une région, d'un champ supérieur à la limite comporte une entaille découpée de la partie de la ré-10 gion active à la région limite entre la région active et le restant de la substance travaillante. 19. Le dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la substance travaillante est un matériau semi-conducteur ayant une région active d'une section transversale plus peti- 15 te reliée entre deux régions de matériau semi-conducteur# d'une section transversale plus grande, que les moyens de contact électrique fixés à chacune des régions de matériau semi-conducteur d'une section transversale plus grande par quoi la région active est séparée des contacts par les régions de matériau semi-conduc-20 teur de section transversale plus grande, et "«qu'une entaille découpée dans la région active à la limite entre la région active et une des autres régions de matériau semi-conducteur. 20. Le dispositif selon la revendication 19, caractérisé par le fait qu'il comporte un moyen d'alimentation en puissance relié aux 25 moyens de contacts pour produire des champs électriques dans le matériau semi-conducteur capable de produire des oscillations de courant à temps de transit dans le matériau semi-conducteur lorsque le matériau semi-conducteur est relié à un circuit résistif. 21. Le dispositif selon la revendication 19, caractérisé par 30 le fait que les moyens d'alimentation en puissance sont reliés aux moyens de contact et produisent des différences de potentiel alternativement positives et négatives entre les moyens de contacts et d'une amplitude pour produire alternativement dans le matériau semi-conducteur des oscillations à temps de transit dans une direc-35 tion et des oscillations de fréquence résonnante dans l'autre direction.