Brevet FR2609211A1 — publié le 19880701

Dispositif à aalette de microcanaux Douvant fonctionner à tré%uence élevée. La présente invention concerne les dispositifs à microcanaux et elle porte plus particulièrement sur des dispositifs de ce type capables de fonctionner à une réquence accrue. Il y a maintenant longtemps qu'on connalt les galet- tes de microcanaux: parmi les premiers brevets figurent les brevets US 3 128 408, délivré le 7 avril 1964 et US 3 341 730, délivré le 12 septembre 1967. Le brevet US 3 374 380, délivré le 19 mars 1968, est l'un des premiers brevets décrivant des galettes de microca- naux associées par paires "en chevrons". Dans les galettes de microcanaux caractéristiques de l'art antérieur, le temps de récupération (du à la lenteur du mouvement d'électrons dans des parois de canaux, pour rempla- cer des électrons émis précédemment par les parois), est en général de plusieurs millisecondes. Ceci a limité à une valeur de l'ordre de 200 Hz la fréquence d'utilisation du dispositif (qu'on appellera ici "fréquence", dans un contexte approprié). Il a été proposé dans l'art antérieur d'utiliser une galette de microcanaux a une seule section (soit un total de deux électrodes) avec une plus faible résistance dans la ma- tière constituant la zone de surface des canaux à l'extrémité amplifiée. On a découvert qu'il était possible de réduire con- sidérablement ce temps de récupération dans des galettes de microcanaux, pour permettre en fait le fonctionnement jusqu'à des fréquences supérieures à 100 kHz. Suivant un aspect de l'invention il est prévu un dispositif qui comprend, en combinaison:une galette de microcanaux, un alimentation à courant constant fournis- sant une tension prévue pour faire circuler un courant constant dans la galette de microcanaux; des moyens de refroidissement pour la galette de microcanaux; et des moyens de commande destinés à réguler les moyens de refroidissement pour maintenir le fonctionnement de la galette de microcanaux à une température prédéterminée. Un tel circuit permet d'éviter un emballement thermique et autorise une température de fonctionnement commandée de valeur plus élevée. Un aspect de l'invention procure une galette de mi- crocanaux comportant un ensemble de sections, dans laquele la résistance d'une zone de surface de paroi dans une section située en aval lorsqu'on considère la direction d'amplifica- tion des électrons, est inférieure à celle d'une autre sec- tion, et chaque section comporte des électrodes. Dans des modes de réalisation préférés, on trouve deux sections en contact mutuel, avec une disposition en che- vrons, et avec une électrode commune entre elles; chaque sec- tion est attaquée par une alimentation à courant constant, les résistances dans les sections étant commandées par des moyens de refroidissement qui sont eux-mêmes commandés au moyen d'un comparateur de tension; et les sections sont fabriquées à par- tir de verre capable de fonctionner a haute température. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préfére, donnée à titre d'exemple non limitatif. La suite de la des- cription se réfère aux dessins annexes sur lesquels: La figure 1 est une vue en élévation latérale d'un mode de réalisation préféré. La figure 2 est une coupe quelque peu schématique selon la ligne 2-2 de la figure 1. La figure 3 est une coupe correspondante de l'un des canaux de chaque section de la galette de microcanaux de la figure 2. La figure 4 est une représentation agrandie d'une section, montrant le champ. La figure 5 représente un mode de réalisation modi- fié comportant trois sections. La figure 6 est un schema du circuit de commande. On voit sur les figures 1 et 2 une galette de micro- canaux à deux sections 20 (dont le détail n'est représenté que dans le coin supérieur gauche), avec un réseau d'entrée 22 et un réseau de sortie 24, chacun d'eux comprenant un grand nom- bre de structures de canal 23, 25, avec des valeurs identiques pour les diamètres intérieurs des canaux et pour les entre- axes des canaux. Le diamètre intérieur des canaux 31, 33 des structures de canal 23, 25 des réseaux 22, 24 est de 25 micro- mètres. Le verre à partir duquel sont formés les réseaux 22, 24 possède la composition suivante: % en poids SiO2 34,8 A1203 0,2 Rb20 3,5 Cs20 2,4 PbO 54,9 BaO 4,0 As205 0,2 Ce verre est capable de fonctionner de façon continue à 125 C. On obtient des résistivités différentes en soumettant ce même verre à des traitement différents, d'une manière bien connue dans la technique. L'énergie est fournie par un circuit qu'on décrira ci-après et qui comprend des lignes 28, 30 et 32 destinées à appliquer des potentiels croissants aux bornes du réseau 22 et du réseau 24. Le réseau 22 comporte des revêtements conduc- teurs 36 et 38 sur les surfaces respectives d'entrée et de sortie, et le réseau 24 comporte de tels revêtements respec- tifs 40, 42. On forme de préférence les revêtements de surface 38 et 40 par implantation ionique de Nichrome, et ces revête- ments sont mutuellement séparés par une mince couche de verre 34 déposée par écoulement transversal, de façon à ne pas obstruer les canaux 31, 33 dans les structures de canal 23, , et cette couche 34 fixe l'un à l'autre les réseaux 22, 24. On réalise la fixation par des techniques telles que celles décrites dans les brevets US 3 397 278 et 3 417 459. On forme un anneau de Nichrome autour de la couche de verre 34 pour établir un court-circuit entre les couches 38 et 40, de façon que ces couches forment en fait une élec- trode commune 84. Les couches 36 et 42 définissent respective- ment des électrodes 86 et 88. Bien que le réseau 24 soit représenté schématique- ment avec une épaisseur égale (dans la direction du flux d'électrons) a celle du réseau 22, il est en fait beaucoup plus mince, et il est assemblé au réseau 22 puis meulé jusqu'à l'épaisseur finale désirée. Dans ce mode de réalisation préfé- ré, le réseau 22 a une épaisseur de 1000 micromètres et le ré- seau 24 a une épaisseur de 200 micromètres. La figure 4 représente le champ électrique qui exis- te dans un réseau, et sur cette figure les lignes de champ 44 sont représentées parallèles aux parois du canal dans le ré- seau, mais courbées à la sortie des canaux du réseau, de façon à prendre une direction pratiquement perpendiculaires aux sur- faces équipotentielles 36 et 38, dans le cas du réseau 22. Le circuit de commande est représenté sur la figure 6. Ri et Ro désignent les résistances des sections ou réseaux 22 et 24. Une alimentation 70 fournit un courant constant (et non une tension constante) Ii de 50 microampères par centimè- tre carré (d'aire de section droite du réseau 22, c'est-a-dire dans une direction perpendiculaire aux directions du flux d'électrons résultant), tandis qu'une alimentation 72 fournit un courant constant I de 250 microampères par centimètre car- o ré (d'aire de section droite du réseau 24), et ces courants sont respectivement appliqués aux deux sections ou réseaux. Un comparateur de tension 74 connecté à la ligne 76 contrôle la tension sur cette ligne et il fait varier par l'intermédiaire d'une boucle de commande 78 le refroidissement effectué par le système de refroidissement thermoélectrique 80, qui a pour action de refroidir les deux réseaux 22, 24; les flèches 82 indiquent de la chaleur qui sort des réseaux. On choisit la tension de point de consigne du comparateur 74 de façon que les chutes de tension aux bornes des réseaux 22 et 24 soient respectivement de 1000 volts et 200 volts. (Les résistances dans les deux réseaux sont respectivement de 20 mégohms par centimètre carré et de 0,8 méghom par centimètre carré.) La figure 5 montre une version modifiée comportant trois sections ou réseaux 62, 64 et 66, et deux lignes partant d'électrodes communes. En considérant maintenant le fonctionnement du dis- positif, on note que du fait que la conductivité dans le ré- seau 24 est cinq fois plus grande que dans le réseau 22, le courant est cinq fois plus grand. Du fait que l'épaisseur du réseau 24 n'est que le cinquième de celle du réseau 22, la dissipation de chaleur est la même dans les deux réseaux. La dissipation de chaleur dans l'ensemble de la galette de micro- canaux est donc une fraction de ce qu'elle serait si la sec- tion 22 et la section 24 avaient toutes deux la résistance in- férieure de la section 24. Du fait que des électrons en quantité croissante sont extraits des parois d'un canal au fur et à mesure qu'on progresse dans un canal dans la direction d'amplification, l'appauvrissement de la paroi en électrons est de plus en plus important dans cette direction. (En fait, dans ce mode de réa- lisation préféré, on choisit les épaisseurs des réseaux de façon que le nombre net total d'électrons perdus par chaque paroi de canal, soit le même dans chaque canal 31, 33.) Par conséquent, la résistance dans le réseau 22 peut être plus élevée sans affecter défavorablement le temps de récupération, du fait que les exigences d'arrivée d'électrons pour la récupération dans ce réseau sont moins sévères. L'utilisation d'alimentations à courant constant en 260921l association avec le courant de sortie des deux réseaux conduit à une condition de stabilité thermique, car une température croissante de la galette de microcanaux entraine une diminu- tion de la dissipation thermique (à cause du coefficient de température négatif de la résistivité de la zone de paroi), et une élévation des pertes par rayonnement, jusqu'à ce qu'un équilibre soit atteint. L'utilisation de la technique à deux réseaux qui est ainsi décrite permet d'obtenir une multiplication par cinq de la fréquence utilisable, ce qui élargit les possibilités d'ap- plication d'une galette de microcanaux. L'emploi d'unverre capable de fonctionner à la tempé- rature accrue correspondant à l'invention, et d'un circuit de commande destiné à empêcher l'emballement thermique, permet une augmentation de fréquence supplémentaire, dans un rapport de 100, ce qui fait que l'invention permet d'atteindre une fréquence de fonctionnement utile environ 500 fois supérieure à celle de l'art antérieur. Au lieu d'utiliser une électrode centrale entre les réseaux, on pourrait utiliser une électrode séparée aux extré- mités adjacentes des deux réseaux (ou plus), ou bien les élec- trodes pourraient être mutuellement séparées, ces deux confi- gurations correspondant au brevet précité décrivant une struc- ture en chevrons. Les canaux des réseaux pourraient avoir des axes de canal parallèles au lieu d'axes faisant mutuellement un angle obtus. Il va de soi que de nombreuses autres modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif à galette de microcanaux caracté- risé en ce qu'il comprend, en combinaison: une galette de microcanaux (20) , un alimentation à courant constant (70,72) fournissant une tension prévue pour faire circu- ler un courant constant dans la galette de microcanaux; des moyens de refroidissement (80) pour la galette de microcanaux (20); et des moyens de commande (74) des- tinés à réguler les moyens de refroidissement (80) pour maintenir le fonctionnement de la galette de microcanaux à une température prédéterminée. 2. Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les moyens de commande comprennent un comparateur de tension (74). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de refroidissement (80) sont de type thermoélectrique. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la galette de microcanaux (20) comprend un ensemble de réseaux et en ce qu'un second réseau (24), placé en aval par rapport à un premier réseau (22) lorsqu'on considère la direction d'amplifi- cation des électrons, présente une résistance de zone de surface inférieure à celle du premier réseau (22). 5. Dispositif selon la revendication 4, carac- térisé en ce que le premier réseau (22) est plus épais que le second réseau (24). - 6. Dispositif selon la revendication 5, carac- térisé en ce que le produit de la conductivité et de l'épaisseur est le même pour le premier réseau (22) et le second réseau (24). 7. Dispositif selon la revendication 5 ou 6, caractérisé en ce que le premier réseau (22) est accolé au second réseau (24). 8. Dispositif selon la revendication 7, carac- térisé en ce que le premier réseau (22) et le second réseau (24) se partagent une électrode commune (84). 9. Dispositif selon l'une quelconque des reven- dications 4 & 8, caractérisé en ce que les réseaux (22, 24) sont constitués par un verre capable de fonctionner & haute température. 10. Dispositif selon la revendication 9, carac- térisé en ce que les réseaux (22,24) sont formés par un verre ayant la composition en poids suivante: SiO2: 34,8 %; A1203: 0,2 %; Rb20: 3,5 %; Cs20: 2,4 %; PbO: 54,9 %; BaO: 4,0 %; et As205 0,2 %.