Brevet FR2920250A1 — publié le 20090227

APPAREIL POUR LE STOCKAGE D'ENERGIE ELECTRIQUE La présente invention porte sur un appareil pour stocker de l'énergie électrique. Plus particulièrement, la présente invention porte sur un dispositif magnétique pour stocker de l'énergie électrique. Les pièces de stockage d'énergie sont très importantes dans notre vie. Des composants tels que des condensateurs utilisés dans les circuits et batteries utilisés dans les dispositifs portables, les pièces de stockage d'énergie électrique influencent la performance et le temps de travail du dispositif électrique. Cependant, des pièces de stockage d'énergie traditionnelles posent certains problèmes. Par exemple, les condensateurs ont un problème de fuite de courant qui diminue la performance globale. Les batteries ont le problème de mémoire d'être partiellement chargées/déchargées et de diminuer la performance globale. L'effet de magnétorésistance géant (GMR) est un effet mécanique quantique observé dans des structures avec des sections magnétiques minces et non magnétiques minces en alternance. L'effet GMR présente un changement significatif en résistance électrique de l'état de résistance élevée à champ zéro à l'état de résistance faible à champ élevé, selon un champ externe appliqué. Par conséquent, l'effet GMR peut être utilisé pour être l'isolant avec une bonne performance. Ainsi, l'appareil avec l'effet GMR peut être mis en oeuvre pour stocker de l'énergie électrique. Cependant, avec la taille du dispositif qui continue à rétrécir, davantage de capacité est nécessaire, devant être stockée dans une surface limitée. Pour les raisons précédentes, il y a un besoin 35 d'avoir un appareil avec l'effet GMR pour stocker de l'énergie électrique et avoir des valeurs de capacité importantes. C'est donc un objectif de la présente invention que de proposer un appareil pour stocker de l'énergie 5 électrique. Conformément à un mode de réalisation de la présente invention, l'appareil comprend une première section magnétique, une seconde section magnétique et une section semi-conductrice configurée entre la première 10 section magnétique et la seconde section magnétique, la jonction entre la section semi-conductrice et les première et seconde sections magnétiques formant une barrière de diode empêchant une circulation de courant de la première section magnétique à la seconde section magnétique de façon 15 à stocker de l'énergie électrique. Conformément à un autre mode de réalisation de la présente invention, l'appareil comprend une pluralité de sections magnétiques et une pluralité de sections semi-conductrices configurées entre les sections magnétiques de 20 façon alternée, la jonction entre chacune des sections semi-conductrices et des sections magnétiques formant une barrière de diode empêchant une circulation de courant entre les sections magnétiques pour stocker une énergie électrique. 25 La barrière de diode agit comme matière diélectrique avec une constante diélectrique très importante. La constante diélectrique de la barrière de diode peut être de 5 à 9 ordres de grandeur plus élevée que la matière diélectrique normale. Étant donné que la 30 capacité est directement proportionnelle à la constante diélectrique, une augmentation de la constante diélectrique indique une augmentation de la capacité dans l'appareil de stockage d'énergie. De plus, les modes de réalisation de la présente 35 invention peuvent également augmenter la capacité par réduction de l'épaisseur de la section semi-conductrice. Étant donné que la distance entre les première et seconde sections magnétiques affecte également la capacité, la réduction de l'épaisseur de la section semi-conductrice peut augmenter la capacité de l'appareil. Enfin, étant donné que la capacité est également proportionnelle à l'aire de jonction, le fait d'avoir une jonction avec une surface brute peut accroître l'aire de surface de la jonction et conduire ainsi à une capacité plus grande. La présente invention a donc pour objet un 10 appareil pour stocker de l'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : une première section magnétique ; une seconde section magnétique ; et une section semi-conductrice configurée entre la 15 première section magnétique et la seconde section magnétique ; dans lequel la jonction entre la section semi-conductrice et les première et seconde sections magnétiques forme une barrière de diode empêchant une circulation de courant de 20 la première section magnétique à la seconde section magnétique pour stocker de l'énergie électrique. La section semi-conductrice peut être un film mince. Le film mince peut avoir une épaisseur de moins 25 de 30 angstrêms. La section semi-conductrice peut être composée d'une matière semi-conductrice. La première ou la seconde section magnétique peut être un film mince. 30 La jonction peut avoir une interface inégale. La barrière de diode peut subir une tension entre ses extrémités inférieure à une tension d'allumage. L'énergie électrique peut être stockée dans la barrière de diode lorsqu'un champ magnétique y est 35 appliqué. La barrière de diode peut être une barrière de diode Schottky. L'invention a également pour objet un appareil pour stocker de l'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : une pluralité de sections magnétiques ; et une pluralité de sections semi-conductrices configurées entre les sections magnétiques de façon alternée ; dans lequel la jonction entre chacune des sections semi-conductrices et des sections magnétiques forme une barrière de diode empêchant une circulation de courant entre les sections magnétiques de façon à stocker de l'énergie électrique. Chaque section semi-conductrice peut être un film mince. Le film mince peut avoir une épaisseur de moins 15 de 30 angstrêms. Chaque section semi-conductrice peut être composée d'une matière semi-conductrice. Chaque section magnétique peut être un film mince. 20 La jonction peut avoir une interface inégale. La barrière de diode peut subir une tension entre ses extrémités inférieure à une tension d'allumage. L'énergie électrique peut être stockée dans la barrière de diode lorsqu'un champ magnétique y est 25 appliqué. La barrière de diode peut être une barrière de diode Schottky. Il doit être entendu qu'à la fois la description générale précédente et la description détaillée suivante 30 sont données à titre d'exemple, et sont destinées à fournir davantage d'explications de l'invention telle que revendiquée. Ces caractéristiques, aspects et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres, seront mieux 35 compris en ce qui concerne la description suivante, les revendications annexées et les dessins annexés sur lesquels : 5 1015 la Figure 1 représente un appareil pour stocker une énergie électrique selon un premier mode de réalisation de la présente invention ; la Figure 1A représente un symbole de circuit pour la jonction entre la section semi-conductrice et les première et seconde sections magnétiques formant une barrière de diode ; et la Figure 2 représente l'appareil pour stocker de l'énergie électrique conformément à un second mode de réalisation de l'invention. On va maintenant faire référence en détail aux modes de réalisation préférés de cette invention, dont des exemples sont illustrés dans les dessins annexés. Chaque fois que cela est possible, les mêmes chiffres de référence sont utilisés dans les dessins de description pour désigner 20 des parties identiques ou similaires. Toutes les figures sont dessinées pour faciliter l'explication des enseignements de base de l'invention seulement ; les extensions des Figures en ce qui concerne le nombre, la position, la relation et les dimensions des 25 pièces pour former le mode de réalisation seront expliquées ou seront à la portée de l'homme du métier d'après la description suivante une fois qu'elle aura été lue et comprise. Si l'on se réfère à la Figure 1, on peut voir 30 qu'un appareil pour stocker de l'énergie électrique selon un premier mode de réalisation de l'invention a été représenté. L'appareil 100 pour stocker de l'énergie électrique comprend une première section magnétique 110, une seconde section magnétique 120 et une section semi- 35 conductrice 130 configurée entre la première section magnétique 110 et la seconde section magnétique 120. La première section magnétique 110, la seconde section magnétique 120 et la section semi-conductrice 130 peuvent être des films minces. La section semi-conductrice 130 peut être faite d'une matière semi-conductrice. La jonction 140 entre la section semi-conductrice 130 et les première et seconde sections magnétiques forme une barrière de diode 150, comme représenté sur la Figure 1A, un diagramme de circuit de l'appareil 100, pour empêcher une circulation de courant de la première section magnétique 110 à la seconde section magnétique 120, permettant ainsi de stocker de l'énergie électrique dans celui-ci. La barrière de diode formée peut être une barrière de diode Schottky 150 avec des caractéristiques de redressement telles que, lorsqu'une petite tension est appliquée entre les extrémités de la barrière de diode Schottky 150, la barrière de diode 150 reste à l'état éteint qui empêche un courant de circuler entre les sections magnétiques 110, 120. La petite tension est inférieure à la tension d'allumage de la barrière de diode 150. En raison des caractéristiques d'empêchement du courant de la barrière de diode 150, la section semi-conductrice 130 agit comme matière diélectrique. Les caractéristiques diélectriques de la barrière de diode 150 peuvent encore être améliorées par application d'un champ magnétique à la section semi-conductrice 130. Le champ magnétique peut être fourni par les première et seconde sections magnétiques 110, 120. Le champ magnétique agit comme une force pour empêcher des charges de s'échapper à partir de la section semi-conductrice 130. Par conséquent, le champ magnétique fournit une performance diélectrique supplémentaire à la barrière de diode 150. La performance diélectrique d'une matière est représentée par la constante diélectrique de la matière, qui dans une relation avec la capacité est de : C = E EkA (1) r où C est la capacité d'un appareil de stockage d'énergie, co est une constante (approximativement 8,85e - 12), Ek est la constante diélectrique de la matière entre les 5 première et seconde sections magnétiques 110 et 120, A est l'aire de surface de la jonction ; et r est la distance entre les première et seconde sections magnétiques 110 et 120. A partir de l'équation (1), si la constante 10 diélectrique de la matière entre les première et seconde sections magnétiques 110 et 120 augmente, la capacité augmentera. Ainsi, avec la performance diélectrique forte de la barrière de diode et le champ magnétique, la constante diélectrique de la section semi-conductrice 130 15 est bien plus grande que les matières diélectriques normales. La constante diélectrique de la section semi-conductrice 130 peut être de 5 à 9 ordres de grandeur plus grande que les matières diélectriques normales. Pour augmenter davantage la capacité de 20 l'appareil 100, deux autres modifications structurales peuvent être mises en oeuvre. Tout d'abord, à partir de l'équation (1), si la distance entre les première et seconde sections magnétiques 110 et 120 est réduite, la capacité peut augmenter. Par conséquent, lorsque 25 l'épaisseur de la section semi-conductrice de film mince 130 est réduite, la capacité de l'appareil 110 peut être encore augmentée. Par exemple, par réduction de l'épaisseur de la section semi-conductrice 130 à moins de 30 angstrêms, la capacité peut être significativement réduite par 30 comparaison au cas où l'épaisseur de la section semi-conductrice 130 dans la plage millimétrique dans des condensateurs typiques. Lorsque l'épaisseur est réduite à moins de 30 angstrêms, le procédé de détermination du changement de capacité est défini par la série d'expansion 35 de Taylor, qui définit des termes d'ordre ultérieur. Des termes de second ordre et le cas échéant de troisième ordre peuvent être significatifs pour abaisser la tension de 7 claquage de l'appareil 100. Par conséquent, on considère la réduction de l'épaisseur de la section semi-conductrice 130 comme un compromis entre la capacité et la tension de claquage. En second lieu, étant donné que la capacité est directement proportionnelle à A dans l'équation (1), l'aire de surface de la jonction 140 peut être augmentée en ayant une interface inégale entre les première et seconde sections magnétiques 110, 120 et la section semi- conductrice 130. La rugosité de surface introduit une aire de jonction plus efficace qu'une aire de surface plate et ainsi peut augmenter la capacité de façon significative. Conformément à un second mode de réalisation de la présente invention, l'appareil 100 peut être empilé pour former un appareil multicouches 200 pour stocker de l'énergie électrique. Si l'on se réfère à la Figure 2, on peut voir que l'appareil 200 comprend une pluralité de sections magnétiques 202 et une pluralité de sections semi-conductrices 204. Les sections semi-conductrices 204 sont configurées entre les sections magnétiques 202, de façon alternée, de telle sorte que les capacités fournies par chacune des jonctions 206 peuvent être connectées en parallèle pour produire une capacité plus grande. De façon analogue au premier mode de réalisation de la présente invention, la jonction 206 entre chacune des sections semi-conductrices sont des sections magnétiques qui forment une barrière de diode empêchant une circulation de courant entre les sections magnétiques, de telle sorte que l'énergie électrique est stockée par l'appareil 200. Le mode de réalisation de la présente invention est un appareil pour stocker de l'énergie électrique. L'appareil a une plus grande capacité qu'un condensateur standard. Également, l'appareil peut être utilisé comme batterie dans de nombreuses applications avec une charge plus rapide et un temps de décharge plus rapide que les batteries ordinaires. L'appareil ne partage pas les restrictions de mémoire comme pour les batteries, par le fait que l'appareil peut être totalement ou partiellement déchargé entre chaque recharge sans perdre de performance, ayant ainsi un nombre bien plus élevé de recharges par comparaison aux batteries ordinaires. Enfin, étant donné que l'appareil est fait de dispositifs magnétiques, des problèmes de chauffage présents dans les batteries ne seront pas un problème pour les modes de réalisation de la présente invention. Il apparaîtra à l'évidence à l'homme du métier que diverses modifications et variantes peuvent être apportées à la structure de la présente invention sans s'écarter de la portée ou de l'esprit de l'invention. Compte tenu de ce qui précède, il est entendu que la présente invention couvre des modifications et variantes de cette invention à la condition qu'elles tombent dans la portée des revendications suivantes et de leurs équivalents. REVENDICATIONS 1 - Appareil (100) pour stocker de l'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : une première section magnétique (110) ; une seconde section magnétique (120) ; et une section semi-conductrice (130) configurée entre la première section magnétique (110) et la seconde section magnétique (120) ; dans lequel la jonction (140) entre la section semi-conductrice (130) et les première et seconde sections magnétiques (110 ; 120) forme une barrière de diode (150) empêchant une circulation de courant de la première section magnétique (110) à la seconde section magnétique (120) pour stocker de l'énergie électrique. 2 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section semi-conductrice (130) est un film mince. 3 - Appareil (100) selon la revendication 2, 20 caractérisé par le fait que le film mince a une épaisseur de moins de 30 angstrôms. 4 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la section semi-conductrice (130) est composée d'une matière semi-conductrice. 25 5 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la première (110) ou la seconde (120) section magnétique est un film mince. 6 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la jonction (140) a une 30 interface inégale. 7 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la barrière de diode (150) subit une tension entre ses extrémités inférieure à une tension d'allumage. 35 8 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'énergie électrique eststockée dans la barrière de diode (150) lorsqu'un champ magnétique y est appliqué. 9 - Appareil (100) selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la barrière de diode (150) est 5 une barrière de diode Schottky. 10 - Appareil (200) pour stocker de l'énergie électrique, caractérisé par le fait qu'il comprend : une pluralité de sections magnétiques (202) ; et une pluralité de sections semi-conductrices (204) 10 configurées entre les sections magnétiques (202) de façon alternée ; dans lequel la jonction (206) entre chacune des sections semi- conductrices (204) et des sections magnétiques (202) forme une barrière de diode empêchant une circulation de 15 courant entre les sections magnétiques (202) de façon à stocker de l'énergie électrique. 11 - Appareil (200) selon la revendication 10, caractérisé par le fait que chacune des sections semi-conductrices (204) est un film mince. 20 12 caractérisé de moins de 13 caractérisé 25 conductrices conductrice. 14 caractérisé magnétiques 30 15 caractérisé - Appareil (200) selon la revendication 11, par le fait que le film mince a une épaisseur 30 angstrôms. - Appareil (200) selon la revendication 10, par le fait que chacune des sections semi-(204) est composée d'une matière semi- Appareil (200) selon la revendication 10, par le fait que chacune des sections (202) est un film mince. - Appareil (200) selon la revendication 10, par le fait que la jonction (206) a une interface inégale. 16 - Appareil (200) selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la barrière de diode subit une 35 tension entre ses extrémités inférieure à une tension d'allumage.517 - Appareil (200) selon la revendication 10, caractérisé par le fait que l'énergie électrique est stockée dans la barrière de diode lorsqu'un champ magnétique y est appliqué. 18 - Appareil (200) selon la revendication 10, caractérisé par le fait que la barrière de diode est une barrière de diode Schottky.