Brevet FR2042650A1 — publié le 19710212

i 2042650 La présente invention est relative à un dispositif contenant dans une zone très réduite un nombre très grand de circuits "macromoléculaires". Le dispositif de lrinvention a été fabriqué en montant 5 environ un milliard (10^) de circuits séparés sur une pastille ayant une longueur de trois millimètres et une largeur de deux millimètres. Chacun de ces circuits comprend une résistance à effet tunnel en parallèle avec un petit condensateur capable d'une relaxation commandée, ces deux éléments étant ensemble en série 10 avec un autre condensateur. Le fonctionnement de ce dispositif dépend de condensateurs suffisamment petits pour qu'une tension mesurable puisse lui être appliquée en acquérant ou en perdant une charge électronique unique (électron) qui est à peu près égale à 1,6 x 10"'L^ coulomb. 15 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention appa raîtront au cours de la description suivante donnée à titre d'exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la Fig. 1 représente une vue en coupe transversale du dispositif auquel l'invention est appliquée ; 20 la Fig. 2 représente un schéma électrique d'un parcours de courant individuel fourni par cet agencement ; la Fig. 3 représente un graphique de la variation de charge dans un condensateur C^ en fonction de la tension appliquée ; 25 la Fig. 4- représente un graphique de la variation de capacité en courant alternatif à 100 kHz en fonction de la tension appliquée. La Fig. 1 représente l'ensemble monté sur un support qui est constitué par une pellicule d'aluminium ou de tantale ayant 30 une épaisseur non critique d'environ 2000 Â. Une pellicule épaisse d'oxyde est placée sur ce support en le soumettant à une oxydation gazeuse ou anodique. Cette pellicule doit avoir une épaisseur comprise entre 100 et 1000 A. Il est essentiel que cette pellicule soit suffisamment épaisse pour empêcher l'effet 35 tunnel. Cette pellicule épaisse d'oxyde est exposée à un métal sous forme de vapeur tel que du plomb, de l'étain, du bismuth, ou de l'indium dans des conditions d'évaporation sous vide pour appliquer à la pellicule un grand n -mbre de gouttelettes de métal discrètes et séparées. Ces gouttelettes aplaties ont un 40 diamètre d'environ 100 A» 70 01168 a 2042650 Les surfaces de ces gouttelettes qui sont éloignées de la couche épaisse d'oxyde sont oxydées ensuite pour-former une barrière mince contre l'effet tunnel. Ceci peut être réalisé par simple exposition à l'atmosphère. Cette couche mince d'oxyde 5 a une épaisseut d'environ 10 Â. Les métaux préférés pour ces gouttelettes sont l'indium et.l'étain. Le bismuth et le plomb ont, également été utilisés. Une pellicule métallique épaisse et finale ayant une épaisseur d'environ 1000 Â est évaporée sur les gouttelettes oxydées pour constituer une électrode. L'autre 10 connexion du dispositif s'effectue par l'intermédiaire du support O de 2000 A d'épaisseur en aluminium ou en tantale. En considérant une goutte métallique quelconque, les pellicules d'oxyde et les électrodes associées, on voit que chaque goutte et les parties qui lui sont associées ferment effective-15 ment un circuit macromoléculaire tel que celui représenté à la Pig. 2. La pellicule d'oxyde mince ou à effet tunnel disposée sur la gouttelette de métal constitue le diélectrique d'un condensateur C^ et la pellicule épaisse d'oxyde déposée sur le supportent aluminium ou en tantale constitue le diélectrique d'un 20 condensateur C^-. La pellicule mince d'oxyde de chaque gouttelette métallique sert de résistance R qui transmet du courant par effet tunnel. La couche épaisse d'oxyde du support d'aluminium ou de tantale doit être suffisamment épaisse pour empêcher tout effet tunnel. Le condensateur CR doit être capable de relaxation 25 en une durée raisonnablement courte. Cet agencement doit être distingué de celui décrit par I. Giaever et H.R. Zeller ; "Superconductivity of Small Tin Particles Measured by Tunneling", physical Review Letters, Vol. 20, No 26, 24 Juin 1968. Pp. 1504-1507, en ce que la couche épaisse d'oxyde 30 est incapable de permettre l'effet tunnel. Si- le dispositif décrit ci-dessus doit être refroidi à la température de l'hélium liquide (4,2° K) et si une.petite tension Y telle que celle représentée a la Fig. 2 lui est appliquée, la charge du condensateur C^ varie suivant une série d'échelons 35 discrets, la croissance ou la décroissance d'un niveau de charge à l'autre représentant le gain ou la perte d'un électron unique. Ce phénomène est basé sur le fait que la charge du condensateur Cj s'effectue par effet tunnel à travers la résistance R qui est identique à la couche mince d'oxyde de la Fig. 1. Ce courant est 40 transporté par les électrons individuels traversant par effet 70 01168 3 2042650 tunnel cette couche de 10 Â d'épaisseur. Si ce processus de charge est suivi et si on laisse le dispositif chauffer, les échelons discrets individuels représentés par les traits pleins de la Fig. 3 tendent à devenir moins distincts et la série 5 d'échelons se transforme progressivement eh une. ligne continue. Ceci représente l'agitation thermique des électrons dans le métal. Ce dispositif peut servir de mémoire en lui appliquant une petite tension continue et en mesurant ensuite la capacité en courant alternatif du dispositif après que l'électron hôte des 10 condensateurs CR, (Fig. 1) s'est relaxé sous l'action du passage du temps ou a été aidé dans le temps par l'application d'un flux lumineux si les composants du dispositif Sont suffisamment minces pour permettre le passage de la lumière. On appréciera la nécessité de ce phénomène de relaxation 15 si on se souvient que la charge du condensateur C^ ne peut changer que pair échelons discrets de charge électrostatique. La relaxation du condensateur CR le fait en effet se comporter comme un condensateur vernier de tension et rend la tension aux bornes de la couche mince d'oxyde voisine de 0. 20 Pour employer ce dispositif comme élément de mémoire, il est nécessaire de déterminer sa capacité en courant alternatif en fonction de la tension continue appliquée. Ceci a été fait à une fréquence de 100 kHz par des techniques bien connues qui sont décrites entièrement dans un ouvrage intitulé Rectifying Semi-25 Conductor Contacts, H.K. Henisch, Oxford University Press, 1957* pp 150-156. La courbe supérieure de la Fig. 4 représente la variation de capacité Ac (exprimée en picofarads) de l'ensemble d'environ 10^ circuits lorsqu'il est refroidi à la température de l'hélium 30 liquide et en l'absence de toute tension préalablement appliquée. On attire l'attention sur la décroissance très brusque de la courbe de capacité pour une tension nulle en abscisse. Entre les courbes supérieure et inférieure de la Fig; 4, deux tension Vw et V appliquées au dispositif par un générateur d'ondës recèangulai-P 35 re sont indiquées. Cette succession de deux tensions Vw^ et Vw est appliquée pendant une minute environ, et à une fréquence de '1 Hz. Lorsqu'on a laissé la relaxation se produire, la caractéristique de capacité en courant alternatif du dispositif est * mesurée de nouveau et on obtient des résultats représentés par '40 " le graphique inférieur dé la Fig. 4. On notera'la coïncidence 70 01168 4 2042650 précise entre.les brusques décroissances de cette courbe et les valeurs des tensions appliquées. Il est important de noter et de comprendre parfaitement que les mémoires à 200 et 400 mV de la Pig. 4 ne signifient pas qu'une 5 partie quelconque du dispositif est chargée à ces valeurs. La mémoire est contenue dans la relation de phase entre le nombre très grand de condensateurs extrêmement petits. Il n'y a pas de décroissance suivant l'axe des tensions. L'effacement progressif de la mémoire implique une supression de la relation de 10 phase. Il n'est pas nécessaire pour obtenir des effets utiles, que les phénomènes de relaxation produisent un alignement complet des phases des condensateurs. Une relaxation partielle ou un alignement partiel produiront un effet plus petit et pouvant être encore distingué. Par suite, il est possible d'emmagasiner 15 simultanément une série de tensions. Il est clair que les phénomènes de polarisation ou de relaxation qui provoquent le déphasage peuvent se produji^e d'un grand nombre de manières différentes. D'après les travaux de J.M. Stevels, "Conférence on Non-Crystallin» Solids", 1958 publié 20 par "Van Derck Frechettes (John Wiley & Sons, New York, i960) p. 412, on s'attend à ce que de tels phénomènes se produisent dans des oxydes amorphes. Ces effets présenteront des durées de relaxation qui dépendent de la température et qui peuvent devenir très longues aux températures très basses. On peut faire appel à 25 la lumière pour libérer des trous et des électrons qui produiront des effets de déphasage similaires lorsqu'ils seront captés à nouveau. Dans la description ci-dessus, la couche a effet tunnel était une couche d'oxyde. Il est clair qu'une couche à effet 30 tunnel connue quelconque comme par exemple une couche de sulfure ou de nitrure fonctionnera de la même manière. ÊÀD ORIÔiKfAL 70 01168 5 2042650 REVENDICATIONS 1/ Dispositif électronique,caractérisé en ce qu'il comprend.insupporte ondu et eur relativement épais, une couche d'oxyde déposée sur ce support conducteur épais et suffisamment épaisse pour 5 empêcher tout effet tunnel, une série de gouttelettes discrètes de métal déposées sur cette couche d'oxyde, les gouttelettes comportant une couche à effet tunnel sur leur surface éloignée du support, la couche à effet tunnel étant suffisamment mince pour permettre l'effet tunnel, et un élément conducteur métallo lique sous formé de pellicule déposé sur les gouttelettes de métal. 2/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la pellicule conductrice métallique finale est suffisamment mince pour permettre à la lumière de la traverser et d'at-15 teindre la couche mince d'oxyde à effet tunnel. 3/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les gouttelettes de métal sont déposées à partir d'un métal choisi dans le groupe constitué par l'étain, l'indium, le bismuth et le plomb. 20 4/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la couche à effet tunnel est une couche d'oxyde. 5/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce O que le diamètre des gouttelettes de métal est d'environ 100 A. 6/ Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce 25 que la densité des gouttelettes de métal est telle qu'une zone rectangulaire de 3 mm de long et de 2_mm de large 'a une population de gouttelettes d'environ lo9.