Brevet FR2115470A1 — publié le 19720707

L'invention concerne un transducteur électro-mécanique utilisant un élément semiconducteur. Antérieurement, il a été mis au point de nombreux modèles de transducteurs électro-mécaniques utilisant des semiconduc-5 teurs, mais la plupart d'entre eux sont des applications de 1 *effetdepiéao-r ésisfcan'ee,notamment le type dans lequel un effort est appliqué à un monocristal semiconducteur mince et se traduit par une variation de la résistance, ou le type qui fait appel à une pellicule de semiconducteur déposée par évaporation. 10 Les dispositifs classiques ont en particulier pour inconvé nient que leur sensibilité est faible et que leur réponse à un effort appliqué ne peut pas être réglée à partir d'un circuit extérieur. La présente invention élimine ces inconvénients et fournit 15 un transducteur électro-mécanique constitué par un élément semiconducteur qui peut être commandé par un champ électrique et qui contient une plaquette de semiconducteur dont l'épaisseur est extrêmement petite en comparaison de sa longueur,et qui présente une partie étroite ou étranglée dans une direction différente de 20 l'épaisseur et, en particulier, dans une direction perpendiculaire à la direction d'application de l'effort; lorsqu'un effort est appliqué à cette plaquette de semiconducteur,- il en résulte une modification de la caractéristique du dispositif semiconducteur du type à effet de champ. 25 L'invention pourra de toute façon être bien comprise à l'aide du complément de description qui suit ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont relatifs à des modes de réalisation préférés qui sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication. 50 Les fig. la et lb sont des vues schématiques, respective ment en plan et en coupe, d'une forme de réalisation d'un transducteur éleetro-mécanique selon l'invention. La fig. 2 reproduit les courbes caractéristiques de tension/ courant relatives au transducteur représenté sur la fig. 1.. 35 La fig. 3 reproduit les courbes caractéristiques de tension/ courant relatives au transducteur représenté sur la fig. 1 en cas d'application d'un effort. Les fig. 5 et 6 sont des vues schématiques en coupe d'autres formes de réalisation de transducteurs électro-mécani-40 ques selon l'invention. 71 42661 2115470 La fig» 7 reproduit les courbes caractéristiques de tension/ courant du dispositif représenté sur la fig. 6. La fig. 8 enfin reproduit les courbes caractéristiques de tension/courant relatives au dispositif représenté sur la fig. 6 5 en cas d'application d'un effort. Sur la fig. 1, un transducteur sous forme d'une diode p-i-n du type à effet de champ est représenté à titre de forme de réalisation de l'invention. Sur cette figure, le transducteur se compose d'un corps semiôonducteur 1 à résistance propre élevée, 10 d'une région 2 de type n formée dans le corps semiconducteur 1, d'une région 3 de type p formée dans le corps semiconducteur, d'une couche isolante 4 formée sur une face principale du corps semiconducteur 1, d'électrodes 5, 6 et 7 formées respectivement sur la région 2 de type n, la région 3 de type p et la couche 15 isolante 4. Dans l'exemple ici considéré, la seule nécessité est que le corps semiconducteur 1 ait une résistance propre plus élevée que celle des régions 2 et 3» et les types de conductivité n et p peuvent être inversés mutuellement sans que cela porte atteinte aux principes de l'invention. L'épaisseur d'un tel semi-20 conducteur est extrêmement petite en comparaison de sa dimension en direction longitudinale et une partie étroite ou étranglée est formée comme le montre la fig. la. Dans le ôas ici considéré, l'épaisseur est de préférenceinf érieure à 100 microns et la partie étroite peut avoir une forme quelconque, pourvu qu'elle ait 25 pour effet de concentrer l'effort appliqué. Les caractéristiques de courant/tension entre les électrodes 5 et 6 du dispositif semiconducteur sont telles que représentées sur la fig. 2. Lorsque l'électrode 5 se comporte comme une électrode positive par rapport à l'électrode 6,une tension 30 de polarisation directe est appliquée entre elles, d'où il résulte que le courant direct augmente comme l'indiquent les courbes 8, 9 et 10 lorsqu'une tension de polarisation progressivement croissante est appliquée à l'électrode 7. Dans le cas ici considéré, la courbe 8 représente le cas où aucune polarisa-35 tion n'est appliquée à l'électrode 7» tandis que les courbes 9 et 10 correspondent au cas où une tension de polarisation est appliquée. En ce qui concerne le sens inverse, la tension de rupture décroît lorsqu'une polarisation est appliquée à l'électro de 7. Lorsqu'un effort est appliqué à un dispositif semiconduc-40 teur présentant de telles caractéristiques, celles-ci varient 71 42661 2115470 comme le montre la fig. 3« Dans le sens direct, on observe un grand changement, la courbe 11 représentant le cas sans application d'effort, la courbe 12 le cas d'un effort de contraction et la courbe 13 celui d'un effort d'étirage. Dans le sens inverse, 5 la tension de rupture Vg a tendance à décroître dans le cas d'un effort de contraction et à croître dans celui d'un effort d'étirage. Par ailleurs, la tension appliquée à l'électrode 7 n'est pas modifiée sur la fig. 3; mais lorsque cette tension de porte est abaissée, la sensibilité à l'effort est réduite et, lors-10 qu'elle est élevée, la sensibilité à l'effort est augmentée. Le fait qu'on puisse faire varier la sensibilité à l'effort au moyen de la tension de porte constitue l'une des caractéristiques de l'invention. Tout au long de la présente description, le terme "semicon-15 ducteur" définit l'une des substances Ge, Si, GaAs, GaP, CdS, InAs, etc. D'autres formes de réalisation d'un élément semiconducteur selon l'Invention sont représentées sur les fig. 4 à 6. Les fig. 4 et 5 illustrent des exemples de transistor du type à 20 effet de champ et, plus précisément, la fig. 4 représente un transistor à effet de champ, du type à porte isolée, comprenant un corps semiconducteur 14 de type n, des régions 15 et 16 de type p formées dans ce corps, des électrodes 17 et 18 formées respectivement sur et pour les régions 15 et 16, une couche 25 Isolante 19 formée sur le corps 14, y compris les régions 15 et 16, et une électrode de porte 20 formée sur la couche isolante 19. La fig. 5 représente un transistor à effet de champ, du type à porte à couche d'arrêt, comprenant un corps semieonduc-30 teur 21 de type n, une région 22 de type p formée dans le corps 21, une région 23 de type p qui constitue une Jonction avec le corps 21, des électrodes 24, 25 et 26 formées sur le corps 21 et la région 22 de type p comme le montre la figure, et une couche isolante 27 formée sur le corps, jr compris la région 22 35 de type p. Dans ce cas, la largeur des couches d'arrêt dans les régions 22 et 23 de type p est modifiée par l'application d'une tension de polarisation pour commander le courant qui passe entre les électrodes 24 et 25. La fig. 6 représente un thyristor du type à porte isolée, 40 comprenant un corps semiconducteur 28 de type n, des régions 29 ... 71 42661 _ . _ __ 2115470 et 30 de type p formées dans le corps 28, une région 31 de type ; n formée dans la région 30 de type p, une couche isolante 32 et ' des électrodes 33* 34, 35 et 36 formées sur la région 29 de type p, la région 31 de type n, la couche isolante 32 et le corps 28. 5 Les caractéristiques de résistance négative entre les électrodes 33 et 34 sont sous la dépendance de la tension appliquée à l'électrode de porte 35» Lfélectrode 36 est une autre électrode de I commande qui peut également commander la résistance négative. Il convient de noter que tous les éléments semiconducteurs 10 décrits ci-dessus ont une faible épaisseur et une partie étroite telle que représentée sur la fig. la. En conséquence, la zone dotée d'une fonction de commande pour l'élément semiconducteur { ' est située dans la partie étroite. Cette disposition a une fonction efficace lors de l'application de l'effort et elle élève la 15 sensibilité à l'effort. Par ailleurs, les principes de l'invention sont applicables de façon similaire lorsque les types de conductivité n et p sont respectivement interchangés. La description qui suit se rapporte à une forme d'exécution 20 plus concrète de l'invention. Un thyristor du type à porte isolée, tel que représenté sur la fig. 6, a été fabriqué en partant d'un semiconducteur de silicium de type n, en formant des régions de types p et n dans ce semiconducteur par des techniques courantes de diffusion d'impu-25 reté et en formant des électrodes d'aluminium. Les caractéristiques de courant/tension relatives à cet élément sont reproduites sur la fig. 7» On a obtenu une résistance négative dans le sens • direct. L'élément était activé par l'application d'une tension de porte de 10 V et désactivé par 1'interruption de la tension de 30 porte. Lorsqu'un effort était appliqué à l'élément, la tension . de seuil variait comme le montre la fig. 8 : elle diminuait dans le cas d'une force de contraction et augmentait dans le cas d'une force d'étirage. Cette courbe changeait avec la tension de porte et sa pente devenait plus forte lorsque la tension de porte 35 était élevée. Comme il ressort manifestement de ce qui précède, le transducteur électro-mécanique selon l'invention possède des caractéristiques importantes, en ce sens que son fonctionnement est stable et que sa sensibilité à l'effort peut être commandée par 40 un circuit extérieur; il offre donc un grand intérêt au point 71 42661 2115470 de vue industriel, pouvant être utilisé en tant qu'interrupteur ou raapteur. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties ayant été plus spécialement indiqués : elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 7142661 2115470 I-! ! ; ' " REVENDICATIONS 1 1.- Transducteur électro-mécanique, caractérisé; par le fait qu'il est constitué par un élément semiconducteur susceptible d'être commandé par un champ électrique, contenant une plaquette 5 de semiconducteur dont l'épaisseur est extrêmement petite en comparaison de sa longueur et qui présente une partie étroite ; , dans une direction différente de l'épaisseur, cette plaquette de semiconducteur étant destinée à être soumise à un effort, afin de modifier les caractéristiques dudit élément semiconduc-10 teur du type à effet de champ. 2.- Transducteur électro-mécanique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaquette de semiconducteur a : une structure de type p-i-n. 3.- Transducteur électro-mécanique selon la revendication 1, 15 caractérisé par le fait que la plaquette de; semiconducteur a une structure de type p-n-p. 4.- Transducteur électro-mécanique selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la plaquette de semiconducteur a une structure de type n-p-n. 20 5.- Transducteur électro-mécanique selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'élément semiconducteur contient : une électrode en association avec l'une au moins desdites régions de type p, et au moins-deux électrodes en association avec ladite région de type n. 25 6.- Transducteur électro-mécanique selon la revendication 4, caractérisé par -le fait que l'élément semiconducteur contient . une électrode en association avec l'une au moins des régions de type n, et au moins deux électrodes en association avec ladite région de type p.