APPAREILS UTILISANT DES ELEMENTS A SEMI-CONDUCTEUR.
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pareils utilisant des éléments à semi-conducteur et plus particulièrement à ses éléments constitutifs.
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duction du type N ou P suivant la nature des porteurs de charge prédominants. pans un semi-conducteur du type N, la conduction a lieu surtout par déplacement d'électrons libres, tandis que dans un semi-conducteur de type P, les lacunes électroniques jouent le rôle de porteurs prépondérants. On désigne par l'expression "lacune électronique" l'emplacement laissé vacant dans un réseau cristallin par un électron qui s'y déplace. Sous plusieurs aspects, les lacunes électroniques sont équivalentes à un portuer positif de même charge que l'électron. On peut dire que dans un semi-conducteur du type N, la concentration des électrons est supérieure à celle des lacunes et inverseront que dans un conducteur du type P la concentration des lacunes est supérieure à celle des électrons libres.
Le contact entre semi-conducteur des types N et P donne naissance, comme il est connu; à une barrière d'énergie potentielle dite jonction
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to-électriques .
On sait qu'une pièce de semi-conducteur comportant une couche de conduction d'un certain type P ou N, d'épaisseur suffisamment faible comprise entre deux couches de conduction de type opposé donne naissance à deux jonctions P-N permettant d'obtenir des effets amplificateurs. Si la pièce de semi-conducteur comprend une couche de conduction N entre deux couches de conduction P, elle constitue un élément de semi-conducteur du type P-N-P. La connexion électrique faite sur la zone de conduction N est appelé électrode de base. L'une des zones de conduction P est portée à un potentiel positif par rapport à l'électrode de base; on l'appelle émetteur, elle permet d'introduire des porteurs positifs dans la zone adjacente de conduction N. La seconde zone de conduction P est portée à un potentiel négatif par rapport
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tie des porteurs positifs introduits dans la base par l'émetteur. Une pièce dé semi-conducteur ayant une couche de conduction P entre deux couches de conduction N constitué un élément de semi-conducteur du type N-P-N; elle possède les mêmes propriétés que les éléments du type P-N-P. Afin d'obtenir à l'aide d'un élément de ce type N-P-N des effets amplificateurs, l'une des zones de conduction N (l'émetteur) doit être polarisée négativement par rapport à l'électrode de base et- L'autre zone N (collecteur) doit être polarisée positivement par rapport à l'électrode de base.
On peut préparer des éléments d'un semi-conducteur comportant des jonctions P-N conformément à deux procédés connus : soit faire croître un germe de cristal immergé dans un semi-conducteur en fusion contenant des traces de corps accepteur et donateur. Au cours de la formation du cristal, on ajoute, à la massé en fusion, des quantités déterminées de corps accepteur ou donateur, de manière que la région fermée du cristal présente le type de conduction désiré.
Un second procédé de fabrication des jonctions P-N consiste à placer une petite quantité (sous forme de sphérule par exemple) d'un corps accepteur ou donateur, au contact d'une pièce de semi-conducteur, puis à la soumettre à un traitement thermique, à une température suffisamment élevée, de façon que le corps accepteur ou donateur fonde et qu'il diffuse dans le semi-conducteur. On peut, par exemple, mettre en contact une petite quantité d'indium et une pièce de germanium du type N, puis élever la température.
Si celle-ci est suffisamment élevée, il se forme dans la région de la pièce de germanium type N, adjacente à l'indium, une zone de conduction P et, à
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conde quantité d'indium de l'autre côté de la pièce de germanium, pour former une seconde jonction P-No On obtient alors un élément de germanium ayant une zone de conduction N comprise entre deux zones P.
Quel que soit le procédé de fabrication des éléments semi-eonducteur N-P-N ou P-N-P, ceux-ci sont, en général, munis de trois électrodes seulement. Un élément P-N-P, par exemple, est muni d'une électrode dite de base en contact avec la zone de conduction N, d'une électrode dite émetteur en contact avec une zone P et d'une électrode dite de collecteur en contact avec la
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par l'intermédiaire de résistances de valeurs convenables. Le point de fonctionnement d'un appareil à semi-conducteur du type ci-dessus peut être défini
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être obtenue par modification des tensions de polarisation appliquées aux électrodes, par modification des valeurs des résistances comprises dans les circuits réunis aux électrodes, ou par combinaison de ces deux moyens.
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à la variation d'une tension appliquée aux électrodes de l'appareil n'entra!ne aucun changement du point de fonctionnement.
La présente invention a pour objet un appareil à semi-conducteur
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fonction d'une tension qui lui est appliquée, sans modification de son !point de fonctionnement. L'application de cette tension est obtenue par des moyens nouveaux. L'appareil fonctionne à fréquence relativement haute, avec un grand <EMI ID=10.1>
En outre l'appareil peut comprendre plusieurs collecteurs. Le collecteur vers lequel est dirigé le flux de porteurs issu de l'émetteur est déterminé par l'application d'une tension de commande.
Suivant une variante de l'invention l'appareil peut comprendre plusieurs émetteurs, le flux de porteurs de charges électriques qui atteint le collecteur étant issu de l'un des émetteurs, celui-ci étant déterminé par l'application d'une tension de commande à l'appareil.
Enfin, l'appareil à semi-conducteur, objet de l'invention, permet de fabriquer un amplificateur symétrique.
On fabrique un appareil à semi-conducteur, conformément à l'invention, à l'aide d'un élément d'un semi-conducteur de type N-P-N ou P-N-P dans lequel on crée un gradient de potentiel le long d'une de ses jonctions P-N au moins. Pour obtenir ce résultat l'élément d'un semi-conducteur est muni de deux électrodes de base entre lesquelles on applique une tension appropriée. Les variations de cette tension produisent des variations du gain en courant �[pound]de l'appareil, son point de fonctionnement n'étant pas modifié.
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de la tension entre les électrodes de base, peuvent être déterminées d'après les dimensions relatives et la disposition du ou des émetteurs, ainsi que celles du ou des collecteurs. Un appareil à semi-conducteur comportant plusieurs émetteurs ou plusieurs collecteurs disposés de façon appropriée, peut jouer le rôle de commutateur ou d'amplificateur symétrique. On peut fabriquerles éléments semi-conducteurs de structure nouvelle utilisés conformément à l'invention, en découpant des cristaux obtenus par croissance d'un germe de cristal dans du semi-conducteur en fusion contenant des traces d'accepteur et de donateur, mais cette fabrication est difficile. Au contraire la fabri-
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tes quantités d'accepteur ou de donateur au contact d'une pièce de semi-conducteur est relativement facile.
Pour mieux faire "éprendre les caractéristiques et les avantages de la présente invention, on va en décrire plusieurs exemples de réalisation, étant entendu que ceux-ci n'ont aucun caractère limitatif quant au mode de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire.
- la figure 1 représente un appareil à semi-conducteur ayant un émetteur et un collecteur de dimensions identiques, ainsi qu'une paire d'électrodes de base permettant d'établir un champ électrostatique transversal.
- la figure 2 représente un appareil à semi-conducteur analogue à celui de la figure 1 mais dont les dimensions de l'émetteur sont inférieures à celles du collecteur.
- L'appareil à semi-conducteur de la figure 3 est analogue à celui de la figure 1 mais son émetteur est plus grand que son collecteur.
- La figure 4 représente un appareil à semi-conducteur du type de celui de la figure 1, dont l'émetteur est plus près de l'une des bases
que de la seconde, tandis que le collecteur est plus près de la seconde base.
- La figure 5 est relative aux appareils des figures 1, 2, 3, <EMI ID=13.1>
de la tension; appliquée entre les électrodes de base.
Les courbes de la figure 6 sont relatives à l'appareil de la fi-
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des de base.
- La courbe de la figure 7 concerne l'appareil de la figure 4;
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- L'appareil à semi-conducteur de la figure 8 a un émetteur et deux collecteurs.
- L'appareil à semi-conducteur de la figure 9 a deux émetteurs et un collecteur.
- Les courbes de la figure 10 sont relatives aux appareils des <EMI ID=16.1> quée entre les électrodes de base.
- La figure 11 représente une courbe du gain en puissance en fonction de la tension de collecteur.
- La figure 12 représente un amplificateur symétrique à semi-conducteur.
L'élément semi-conducteur de l'appareil de la figure 1 est obtenu par fusion des deux sphérules d'accepteur au contact de la pièce de semi-con-
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d'accepteur constituent l'émetteur 2 et le collecteur 4 de l'élément 1, tandis que la pièce 6 forme sa baseo Les dimensions de l'émetteur 2 et du collecteur 4 sont approximativement égales. L'émetteur et le collecteur sont disposés en face l'un de l'autre, de part et d'autre de la base 6. L'émetteur 2 est relié au pôle positif d'une source de tension de polarisation 3 et le collecteur 4 est relié au pôle négatif d'une seconde source de tension de polarisation 5. Une électrode de base 8 réunie à la masse est fixée à la partie inférieure de la base 6, une seconde électrode de base 10 est fixée
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des 8 et 10 et cette base 6 présente une conduction linéaire. L'application d'une tension à l'électrode 10 permet de faire varier le gain en courant de
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tion d'une tension à l'électrode 10, l'élément de semi-conducteur 1 fonctionne comme un transistron classique. Des porteurs positifs sont introduits dans la base 6, à travers l'interface 11 avec l'émetteur 2. Ils suivent des trajectoires divergentes (12, 14, 16, 18) car, en général, le champ électrique entre émetteur et collecteur est insuffisant pour les concentrer en un faisceau convergent. Des porteurs positifs qui traversent la jonction P-N
11 dans ses parties supérieure ou inférieure suivent des trajectoires telles que 12 et 16. Ils sont pour la plupart absorbés par recombinaison, dans la base de conduction N, et ne peuvent atteindre le collecteur. Au contraire, la plupart des porteurs positifs qui traversent la jonction P-N 11 en sa partie centrale et qui suivent des trajectoires telles que 18 et 14 atteignent le collecteur.
Cependant, une certaine proportion de ces porteurs est absor-
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du type N-P-N ou P-N-P a déjà été défini comme le rapport de la variation
du courant de collecteur à la variation du courant d'émetteur qui l'a produite. On sait que les éléments analogues à l'élément 1 ont un gain en courant
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connues de l'homme de métier; l'une des principales est le phénomène de recombinaison des porteurs dans la basée On doit remarquer que si l'épaisseur de la base 6 entre les jonctions P-N 7 et 11 est assez faible, la quasi totalité des porteurs positifs issus de l'émetteur et traversant la jonction 11 dans sa partie centrale atteignent le collecteur.
L'électrode de base 10 est réunie au curseur d'un potentiomètre
13 associé en parallèle avec une source de tension continue 15; les éléments
13 et 15 permettent d'appliquer à cette électrode de base une tension continue réglable. Si les tensions appliquées aux électrodes 8 et 10 sont égales, il n'y a aucun champ électrique entre elles, et le fonctionnement de l'appareil à semi-conducteur de la figure 1 n'est pas sensiblement modifié. La seule différence concerne la division en parties égales du courant de base <EMI ID=22.1>
produit un champ électrique de direction perpendiculaire à la direction génétale des trajectoires suivies par les porteurs positifs entre l'émetteur-et le collecteur. Si le semi-conducteur constituant la basé est homogène, et isotrope, la loi de variation du potentiel suivant l'axe de symétrie du champ électrique est linéaire; mais la présence de porteurs de charges électriques dans la base modifie sa résistivité et la répartition du potentiel entre les électrodes n'est plus uniforme. L'effet de ce phénomène sera négligé au cours des explications suivantes.
Le champ électrique créé entre les électrodes 8 et 10 provoque l'incurvation des trajectoires des porteurs de charges positives qui traversent la jonction P-N 11 vers l'électrode 8. Certains porteurs qui, en l'absence de champ électrique, suivraient une trajectoire' 16 et atteindraient
le collecteur sont déviés vers l'électrode 8 et sont absorbés dans la base
6; d'autre part, certains porteurs qui suivraient une trajectoire analogue
à celle représentée en 12 sont déviés vers le bas et pénètrent dans le collec-
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d'un champ électrique faible entre les électrodes 8 et 10 ne peut avoir aucun effet sur le nombre des porteurs de charges positives qui pénètrent dans le collecteur 4, après être passés au travers de la pattie centrale de la jonction 11.
Lorsque l'on augmente la tension appliquée à l'électrode 10, le potentiel de la base au voisinage de la jonction 11, augmente également de sorte que le nombre des porteurs positifs franchissant la jonction 11 diminue.
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Afin de satisfaire cette condition, lorsqu'on applique un champ électrique transversal à l'élément de semi-conducteur, on supposera dans l'étude qui suit que le potentiel positif de l'émetteur 2 est modifié de manière à maintenir constant la valeur du courant total d'émetteur. Eu égard à l'impédance élevée de la source 3 une faible variation de la tension d'émetteur suffit à maintenir constant le courant d'émetteur. Lorsque le potentiel de l'électrode 10 croit;, la tension entre les parties de la base voisines de la jonction P-N 11 et l'émetteur 2 croit également. Cette tension est plus forte pour les parties supérieures de la jonction 11 que pour ses parties inférieures.
Le nombre de porteurs positifs qui traversent la jonction 11 dans ses parties supérieure et centrale diminue et la quantité de porteurs positifs qui suivent les trajectoires des types 16 et 18 augmente. Il en résulte que la proportion
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est faible. D'autre part, lorsque le potentiel positif appliqué à l'électrode 10 augmente,-le nombre de porteurs suivant les trajectoires 16 augmente
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Quand on applique à l'électrode de base 10, un potentiel négatif par rapport à l'électrode de base 8, on provoque encore une diminution du
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courant d'émetteur tend à augmenter; pour maintenir ce courant constant, on doit diminuer la tension d'émetteur.
Pour de faibles valeurs de la tension négative de l'électrode 10, les trajectoires des porteurs positifs sont faiblement incurvées vers l'élec-
<EMI ID=28.1> absolue de la tension négativement appliquée à l'électrode 10 est importante, le nombre des porteurs positifs qui traversent la jonction 11 dans ses parties inférieure et centrale décroît, et la quantité de porteurs positifs qui suivent des trajectoires telles que 14 et 12 augmentento En conséquence, la pro-
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minue.
La courbe 20 de la figure 5 représente la variation du gain en fonction de la tension appliquée entre les électrodes de base 10.
La tension d'entrée à amplifier est fournie par une source 21 réunie au sol d'une part et au pôle négatif de la source de tension de polarisation 3 d'autre parto Quand la tension de polarisation et la tension d'entrée sont appliquées simultanément à l'émetteur 2, et que la tension entre électro-
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gure 1 se comporte comme un amplificateur, dont la tension de sortie est appliquée aux extrémités de la résistance 23. Le gain en puissance de l'ampli-
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électrodes de base.
Suivant une variante de l'invention, on peut introduire une source de tension 21' entre le curseur du potentiomètre 13 et l'électrode de base
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Lorsque les deux sources de tension 21 et 21' sont introduites simultanément dans les circuits de la figure 1, l'appareil représenté peut être utilisé comme multiplicateur de fréquence ou comme modulateur.
Dans ce cas, l'impédance de la source 21 devra être suffisamment faible, pour que la tension variable qu'elle fournit provoque des variations du courant d'émetteur. La tension de la source 21 détermine des variations du nombre de porteurs positifs qui pourraient atteindre le collecteur tandis que la tension fournie par la source 21' détermine le nombre de ces porteurs qui atteignent effectivement le collecteur.
On a décrit un appareil doit l'élément semi-conducteur est obtenu par fusion de petites quantités d'accepteur ou de donateur au contact d'une pièce de semi-condûcteur de type N ou P; on peut réaliser un appareil analogue comprenant un élément semi-conducteur obtenu par croissance d'un cristal semi-conducteur dans un semi-conducteur en fusion, contenant des traces d'accepteur et de donateur. Le fonctionnement des appareils du second genre est identique à celui des appareils du premier genre sauf en ce qui concerne l'élimination des porteurs issus de l'émetteur qui ne sont pas recueillis dans le collecteur ; en effet, le nombre de ces porteurs qui se recombinent dais la base est faible et la plupart s'écoulent à travers l'électrode de base. L'appareil décrit comporte un élément d'un semi-conducteur du type P-N-P;
on peut construire un appareil analogue muni d'un élément N-P-N, pourvu que les connexions des sources de tension de polarisation soient inversées.
L'application d'un champ électrique de direction transversale
à des éléments de semi-conducteur présentant diverses configurations permet d'obtenir des caractéristiques de gain et des avantages fonctionnels que l'on ne peut atteindre à l'aide des amplificateurs de type classique comprenant un élément semi-conducteur obtenu par croissance d'un germe de cristal. Les circuits des appareils que représentent les figures 2, 3 et 4, sont analogues au circuit de la figure lo
L'appareil à semi-conducteur de la figure 2 comporte un collecteur 22 de dimensions supérieures à celles de son émetteur 24. Il en résulte que le courant de collecteur varie peu en fonction de la tension appliquée
<EMI ID=33.1> figure 5, est sensiblement une droite horizontale.
L'appareil à semi-conducteur de la figure 3 comporte un émetteur
38 dont les dimensions sont supérieures à celles du collecteur 36.
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tension appliquée entre les électrodes de base croit. En effet, une proportion importante de porteurs positifs est émise par les parties extérieures de la surface de démarcation de l'émetteur 38 en suivant des trajectoires symbolisées par les flèches 46 et 48, qui correspondent aux flèches 12 et
16 de la figure 1.
Lorsque les dimensions de l'émetteur augmentent par rapport à
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les courbes 50 et 52 de la figure 5 qui sont relatives à des appareils semblables à celui de la figure 3 et illustrent le phénomène d'accroissement
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celles du collecteur.
L'appareil à semi-conducteur de la figure 4 présente des propriétés remarquables. Il comprend un émetteur 54, qui est plus proche de l'électrode de base supérieure 56 que de l'électrode de base inférieure 58, et un collecteur 60 plus proche de l'électrode de base inférieure 58 que de l'électrode 56.
Presque tous les porteurs qui sont introduits dans la base 62 à travers la paroi inférieure de l'émetteur 54 atteignent le collecteur 60; une forte proportion des porteurs qui sont introduits dans la base à travers la partie supérieure de l'émetteur 54 n'atteignent pas le collecteur. En conséquence, lorsqu'aucune tension n'est appliquée entre les électrodes de base 56 et 58, les porteurs qui pénètrent dans le collecteur représentent une faible proportion des porteurs ayant traversé la jonction, et le gain
en courant 61 est faible.
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conducteur de l'appareil de la figure 4 est du type P-N-P.
Quand on applique une tension positive à l'électrode de base 56, peu de porteurs positifs sont introduits dans la base 62, à travers la partie supérieure de la jonction P-N, tandis qu'une proportion relativement importante des porteurs positifs traverse la partie inférieure de cette jonction.
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la tension d'émetteur afin de maintenir constant le courant d'émetteur ce qui provoque une faible augmentation du nombre de porteurs traversant la partie
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les porteurs introduits dans la base à travers la partie inférieure de la jonc... tion P-N atteignent le collecteur. Il apparaît donc que lorsque la tension
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les porteurs positifs franchissant la jonction atteignent l'émetteur. Inversement lorsque la tension Ub est négative et croit en valeur absolue, le nombre de porteurs positifs introduit dans la base à travers la partie supé-rieure de la jonction augmente.
Ces porteurs positifs ne peuvent atteindre le collecteur 60 et,
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L'appareil à semi-conducteur de la figure 4 possède d'autres propriétés intéressantes. Pour des raisons bien connues de l'homme de métier, La résistance r de la base 62 présente, en général, un maximum lorsque la tension appliquée entre les électrodes de base 56 et 58 est nulle ou très faible.
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le la figure 4 sont représentées sur la figure 6.
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mum, une forte proportions de_porteurs franchissent la jonction P-N à travers sa partie inférieure et la plupart de ces porteurs atteignent le collecteur.
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car les porteurs sont introduits alors, dans la base à travers l'extrémité inférieure de la jonction P-N, et une fraction importante de ces porteurs
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est faible en sorte que le courant de collecteur est augmenté et que la réaction entre les circuits de collecteur et d'émetteur est faible.
L'emploi des amplificateurs à semi-conducteur est limité par suite de la diminution du gain en courant oL lorsque la fréquence augmente. On définit la qualité d'un amplificateur de ce type du point de vue de sa fréquence maximum de fonctionnement, par la fréquence pour laquelle le gain en courant
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fonction de sa fréquence de fonctionnement. La courbe 57 est relative à l'amplificateur de la figure 4, et l'autre courbe concerne un appareil de type classique. La fréquence f de l'appareil de la figure 4 est relativement éle-
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la dérivée d o� /df est faibleo Ces résultats ont deux causes principales;
tout d'abord, le mode de fonctionnement le plus favorable de l'appareil de <EMI ID=48.1> de collecteur sont de faibles dimensions et il en résulte que la capacité entre émetteur et collecteur est petite.
On peut utiliser l'effet d'un champ électrique transversal sur un élément semi-conducteur comportant plusieurs collecteurs, pour diriger
le flux de porteurs issus de l'émetteur vers un collecteur déterminée L'ap-
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L'appareil de la figure 9 comprend plusieurs émetteurs et un collecteur; il utilise les effets d'un champ électrique transversal pour diriger vers le collecteur unique le flux de porteurs issus de l'un des émetteurs.
L'appareil à semi-conducteur de la figure 8 comprend une pièce 66 d'un semi-conducteur de type N qui constitue sa base; aux extrémités de celleci sont fixées deux électrodes 68 et 70; l'appareil" comprend aussi un émetteur
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l'électrode de base 68 que l'émetteur et un second collecteur 76 qui est plus près de !J'électrode 70 que l'émetteuro L'émetteur 72 est relié au sol. L'électrode de base 70 est réunie à l'émetteur par l'intermédiaire d'une résistance 80, qui peut être réglable, et d'une source de tension continue 78. La tension d'entrée à amplifier, fournie par la source 82 est appliquée entre l'émetteur 70 et l'extrémité de la résistance 80, qui n'est pas réuni à la source de tension 78.
Les éléments 78, 80 et 82 sont associés en sérieo Le pôle poil tif de la source de tension continue 78 est réuni à l'émetteur. La valeur de la résistance 80 doit"être grande par rapport à la résistance que présente
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en résulte que les variations de cette dernière résistance n'ont pas d'effet appréciable sur le courant d'émetteur. Les collecteurs 74 et 76 sont réunis séparément au pôle négatif d'une source de tension continue 84 par l'intermédiaire des résistances d'utilisation 86 et 88 respectivement. Le pôle po-
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de la résistance 90o Un champ électrique transversal est créé dans la base 66 par application d'une tension appropriée entre les électrodes de base 68
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On sait que de faibles variations de la tension continue de l'émetteur 72 déterminent des variations importantes du gain en puissance d'un
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L'appareil de la figure 8 est un amplificateur et lorsque la tension de la source 82 est appliquée entre l'émetteur 72 et l'électrode 70,
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sion de sortie suivant la valeur de la tension entre les électrodes 68 et
70.
Lorsqu'aucune tension n'est appliquée entre les électrodes de base, les porteurs issus de la partie gauche de l'émetteur sont presque tous recueillis par le collecteur 74, tandis que les porteurs issus de la partie droite de l'émetteur sont recueillis en majorité par le collecteur 76.
L'application d'une tension positive à l'électrode 68 incurve les trajectoires des porteurs issus de l'émetteur vers le collecteur 76 et entraîne une diminution du nombre des porteurs émis par la partie gauche
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ves aux collecteurs 74 et 76 sont représentées sur la figure 10 et désignées par les numéros 74' et 76' de référence. L'examen\.. des courbes 74' et 76' montre que pour une certaine valeur négative de la tension appliquée entre l'électrode 68 et l'électrode 70 par la source 92, presque tous les porteurs issus de l'émetteur 72 atteignent le collecteur 74, un courant de collecteur
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entre l'électrode du collecteur 74 et la masse.
Pour une certaine valeur positive de la tension appliquée entre les électrodes de base 68 et 70, presque tous les porteurs issus de l'émetteur 72 atteignent le collecteur 76, le courant du collecteur 76 traverse
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fication des positions relatives de l'émetteur et des collecteurs peut déplacer le point d'intersection des courbes vers les valeurs positives ou négati-
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L'appareil à semi-çonducteur de la figure 9 comprend une pièce94 de semi-conducteur N qui constitue sa base; aux extrémités de cette dernière sont fixées deux électrodes 96 et 98; l'appareil comprend aussi un collecteur
104 équidistant des deux électrodes de base, un premier émetteur 100 qui est plus près de l'électrode 94 que le collecteur et un second émetteur 102 qui
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sont réunis individuellement au pôle positif de la source de tension de polarisation 108, respectivement par les résistances d'entrée 105 et 106. Le pôle négatif de la source 108 est réuni à l'électrode de base 98 par l'inter-
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ces résistances. Le collecteur 104 est réuni à l'électroae de base 98 par l'intermédiaire d'une résistance 120 et d'une source de tension de polarisa-
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Les éléments 120 et 122 sont associés en série. Le pale positif <EMI ID=63.1>
est créé dans la base 94 en appliquant une tension appropriée entre les électrodes 96 et 98, que l'on relié à cet effet aux bornes d'une source de tension
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Suivant la valeur de la tension fournie par la source 118, le collecteur est atteint par le flux de porteurs issu des émetteurs 100 ou 102.
La tension à laquelle est portée l'électrode du collecteur 104 correspond à la tension d'entrée appliquée au conducteur 114 ou au conducteur
1160
Chacune des figures 1, 2, 3, et 4 représente un appareil à semiconducteur à quat�re électrodes et un circuit permettant l'utilisation de cet appareil. Le circuit identique pour les quatre appareils comprend une électrode de base réunie à la masseo Ce type de circuit n'est nullement limitatif et on peut sans sortir du domaine de l'invention, utiliser un circuit du type émetteur ou collecteur à la masse.
On a déjà examiné le fonctionnement des appareils des figures
1 à 4, lorsque leur stabilité du point de fonctionnement est maintenu en réglant les tensions d'émetteur et de collecteur.
Dans ces conditions (courant d'émetteur et courant de collecteur maintenus constants) la variation de la tension appliquée entre les base dé-
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variation du gain en puissance est dû notamment à la variation de la résistance de la base 6; elle est inférieure en général à celle qui est due à une modification du gain en courant.
Au cours de l'étude suivante, on supposera que l'on peut varier la tension appliquée entre les électrodes de base 10 et 8 de la figure I, sans effectuer la stabilisation du point de fonctionnement. L'application d'une tension négative à l'électrode de base 10 augmente le nombre de porteurs introduits dans cette base à travers la jonction P-N II. Cet effet
est dû à l'augmentation de la tension entre l'émetteur et la base. L'accroissement du nombre de porteurs issus de l'émetteur détermine une variation du
<EMI ID=66.1> figure I (courbe 20). Il en résulte que l'application d'une tension négative à l'électrode 10 peut déterminer un accroissement du courant de collecteur. Puisque l'élément semi-conducteur de l'appareil de la figure I est du type P-N-P, l'accroissement du courant en valeur absolue rend plus positive l'extrémité supérieure de la résistance de charge 23 et rend par conséquent moins <EMI ID=67.1>
Le courbe de la figure II montre que cette diminution entraîne une réduction du gain en puissance. L'application d'une tension positive à l'électrode 10 réduit le nombre de porteurs introduits dans la base, par suite de la diminution de la tension entre émetteur et base d'une part, et par suite
<EMI ID=68.1>
Le courant du collecteur diminue, le potentiel négatif de l'électrode de collecteur augmente en valeur absolue et le gain en puissance croit. En résumé, lorsque l'on applique une tension entre les électrodes de base sans stabiliser le point de fonctionnement, on augmente la variation du gain en puissance.
La même constatation peut être faite pour un appareil dont l'élé-
<EMI ID=69.1>
Dans le cas de l'appareil de la figure 4, par exemple, pour une certaine ten-
<EMI ID=70.1>
une agumentation en valeur absolue de la tension de collecteur. Il en résulte que le gain en puissance croît
<EMI ID=71.1>
d'entrée 21 associée en série entre la terre et la source 3; on peut remplacer la source 21 par une résistance aux extrémités de laquelle on applique
la tension d'entréeo La figure 12 représente un amplificateur symétrique comprenant un appareil à semi-conducteur conforme à l'invention.
L'appareil à semi-conducteur comprend une pièce de semi-conducteur 104 formant sa base, deux électrodes 88 et 90 sont fixées aux extrémités de cette base. En outre, un émetteur 96 est fixé à la base à égale distance des électrodes 88 et 90; un premier collecteur 98 est plus voisin de l'électrode 88 que l'émetteur et un second collecteur 100 est plus voisin de l'électrode 90 que l'émetteur. A titre d'exemple on a représenté un élément
de semi-conducteur du type P-N-P.
Les collecteurs sont disposés de manière que lorsque la tension entre électrodes de base est nulle, aucun porteur n'atteigne les collecteurs, ou qu'en tout cas ces collecteurs ne reçoivent qu'un faible nombre de porteurs.
Les électrodes de base sont respectivement réunies aux extrémités
<EMI ID=72.1>
réunies aux bornes de la source de tension d'entrée 80.
Le point milieu du secondaire 86 réuni au sol et une source de tension de polarisation 94, réunit l'émetteur 96 au sol. Le pôle positif de
<EMI ID=73.1>
Le point milieu de l'enroulement primaire 106 est réuni au sol par l'intermédiaire de la source de tension continue 110 et de la résistance 112. Le pôle négatif de la source 110 est relié au point milieu du secondaire 106. Sur <EMI ID=74.1> relatives respectivement à l'ensemble émetteur 96 - collecteur 98 et au second ensemble émetteur 96 et collecteur 100.
L'explication ci-dessous du fonctionnement de l'amplificateur de la figure 12 correspond au cas où la tension fournie par la source 80 est sinusoïdale. On suppose que les liaisons entre les enroulements du transformateur et les circuits primaires et secondaires sont effectuées de manière qu'à une tension positive fournie par la source 80 corresponde une tension positive entre les électrodes 88 et 90. Pendant la première moi�é de l'alternance positive de la tension fournie par la source 80, la tension entre les électrodes 88 et 90 est positive, le flux de porteurs positifs est dirigé vers le collecteur 100 et un courant d'intensité croissante circule dans la moitié inférieure de l'enroulement 106. Durant la seconde moitié de l'alternance positive, le nombre de porteurs atteignant le collecteur 100 diminue.
Pendant la première moitié de l'alternance négative de la tension d'entrée le flux de porteurs positifs se dirige vers le collecteur 98 et un courant d'intensité croissante circule dans la moitié supérieure de l'enroulement 106, enfin, pen-
<EMI ID=75.1>
bre de porteurs atteignant le collecteur 98 décroît, et l'intensité du courant circulant dans la moitié supérieure de l'enroulement 106 s'annule. Puis le processus décrit se renouvelles On croit que dans ces conditions la tension apparaissant aux extrémités de l'enroulement 114 est la tension d'entrée amplifiée.
DEVICES USING SEMICONDUCTOR ELEMENTS.
<EMI ID = 1.1>
such using semiconductor elements and more particularly to its constituent elements.
<EMI ID = 2.1>
N or P type duction depending on the nature of the predominant charge carriers. In an N-type semiconductor, conduction takes place mainly by displacement of free electrons, while in a P-type semiconductor, the electronic vacancies play the role of predominant carriers. The expression “electronic vacancy” denotes the location left vacant in a crystal lattice by an electron moving there. In many respects, electronic vacancies are equivalent to a positive portuer of the same charge as the electron. We can say that in an N-type semiconductor the concentration of electrons is greater than that of vacancies and will reverse that in a P-type conductor the concentration of vacancies is greater than that of free electrons.
The contact between semiconductor of types N and P gives rise, as it is known; to a potential energy barrier called junction
<EMI ID = 3.1>
to-electric.
It is known that a semiconductor part comprising a conduction layer of a certain type P or N, of sufficiently small thickness between two conduction layers of opposite type, gives rise to two PN junctions making it possible to obtain effects. amplifiers. If the semiconductor part comprises an N conduction layer between two P conduction layers, it constitutes a P-N-P type semiconductor element. The electrical connection made on the N conduction zone is called the base electrode. One of the conduction zones P is brought to a positive potential with respect to the base electrode; it is called emitter, it allows positive carriers to be introduced into the adjacent N conduction zone. The second P conduction zone is brought to a negative potential with respect to
<EMI ID = 4.1>
tie of the positive carriers introduced into the base by the transmitter. A semiconductor part having a P conduction layer between two N conduction layers constituted by an N-P-N type semiconductor element; it has the same properties as the elements of the P-N-P type. In order to obtain amplifying effects using an element of this NPN type, one of the N conduction zones (the emitter) must be polarized in relation to the base electrode and the other N zone (collector) must be positively polarized with respect to the base electrode.
It is possible to prepare elements of a semiconductor comprising P-N junctions according to two known methods: either growing a seed crystal immersed in a molten semiconductor containing traces of acceptor and donor bodies. In the course of crystal formation, determined amounts of acceptor or donor body are added to the molten mass, so that the closed region of the crystal exhibits the desired type of conduction.
A second method of manufacturing PN junctions consists in placing a small quantity (in the form of a spherule for example) of an acceptor or donor body, in contact with a semiconductor part, then in subjecting it to a heat treatment, at a sufficiently high temperature so that the acceptor or donor body melts and diffuses into the semiconductor. It is possible, for example, to bring a small quantity of indium into contact with a piece of N-type germanium, and then to raise the temperature.
If this is high enough, a P conduction zone is formed in the region of the N-type germanium piece, adjacent to the indium, and at
<EMI ID = 5.1>
conde quantity of indium on the other side of the germanium piece, to form a second P-No junction This gives a germanium element having an N conduction zone between two P zones.
Regardless of the manufacturing process for the N-P-N or P-N-P semiconductor elements, they are generally provided with only three electrodes. A P-N-P element, for example, is provided with a so-called base electrode in contact with the N conduction zone, a so-called emitter electrode in contact with a P zone and a so-called collector electrode in contact with the
<EMI ID = 6.1>
via resistors of suitable values. The operating point of a semiconductor device of the above type can be set
<EMI ID = 7.1>
be obtained by modifying the bias voltages applied to the electrodes, by modifying the values of the resistances included in the circuits joined to the electrodes, or by a combination of these two means.
<EMI ID = 8.1>
the variation of a voltage applied to the electrodes of the device does not cause any change in the operating point.
The present invention relates to a semiconductor device
<EMI ID = 9.1>
function of a voltage which is applied to it, without modification of its operating point. The application of this tension is obtained by new means. The device operates at relatively high frequency, with a large <EMI ID = 10.1>
In addition, the device can include several collectors. The collector to which the flow of carriers from the emitter is directed is determined by the application of a control voltage.
According to a variant of the invention, the apparatus may comprise several emitters, the flow of electric charge carriers which reaches the collector coming from one of the emitters, the latter being determined by the application of a control voltage. At the phone.
Finally, the semiconductor device, object of the invention, makes it possible to manufacture a symmetrical amplifier.
A semiconductor device is manufactured, according to the invention, using an element of an NPN or PNP type semiconductor in which a potential gradient is created along one of its junctions PN at least. To obtain this result, the element of a semiconductor is provided with two base electrodes between which an appropriate voltage is applied. Variations in this voltage produce variations in the current gain � [pound] of the device, its operating point not being changed.
<EMI ID = 11.1>
of the voltage between the base electrodes, can be determined from the relative dimensions and arrangement of the emitter (s), as well as those of the collector (s). A semiconductor device with several emitters or several collectors suitably arranged can act as a switch or a balanced amplifier. The semiconductor elements of novel structure used in accordance with the invention can be manufactured by cutting out crystals obtained by growing a seed crystal in molten semiconductor containing traces of acceptor and donor, but this manufacture is difficult. On the contrary, the manufacture
<EMI ID = 12.1>
your quantities of acceptor or donor in contact with a semiconductor piece is relatively easy.
In order to better test the characteristics and advantages of the present invention, several exemplary embodiments thereof will be described, it being understood that these are in no way limiting as regards the mode of implementation and the applications that can be made. make it.
- Figure 1 shows a semiconductor device having an emitter and a collector of identical dimensions, as well as a pair of base electrodes making it possible to establish a transverse electrostatic field.
- Figure 2 shows a semiconductor device similar to that of Figure 1 but whose dimensions of the emitter are smaller than those of the collector.
- The semiconductor device of Figure 3 is similar to that of Figure 1 but its emitter is larger than its collector.
- Figure 4 shows a semiconductor device of the type of that of Figure 1, whose emitter is closer to one of the bases
than the second, while the collector is closer to the second base.
- Figure 5 relates to the devices of figures 1, 2, 3, <EMI ID = 13.1>
tension; applied between the base electrodes.
The curves in figure 6 relate to the apparatus of the fi
<EMI ID = 14.1>
basic.
- The curve of Figure 7 relates to the apparatus of Figure 4;
<EMI ID = 15.1>
- The semiconductor device of Figure 8 has an emitter and two collectors.
- The semiconductor device of Figure 9 has two emitters and a collector.
- The curves in figure 10 relate to the devices of <EMI ID = 16.1> quée between the base electrodes.
- Figure 11 shows a curve of the power gain as a function of the collector voltage.
FIG. 12 represents a symmetrical semiconductor amplifier.
The semiconductor element of the apparatus of FIG. 1 is obtained by fusion of the two acceptor spherules in contact with the piece of semiconductor.
<EMI ID = 17.1>
of acceptor constitute the emitter 2 and the collector 4 of the element 1, while the part 6 forms its base. The dimensions of the emitter 2 and the collector 4 are approximately equal. The emitter and the collector are arranged opposite each other, on either side of the base 6. The emitter 2 is connected to the positive pole of a bias voltage source 3 and the collector 4 is connected to the negative pole of a second source of bias voltage 5. A base electrode 8 joined to ground is attached to the lower part of the base 6, a second base electrode 10 is attached
<EMI ID = 18.1>
des 8 and 10 and this base 6 exhibits linear conduction. The application of a voltage to the electrode 10 makes it possible to vary the current gain of
<EMI ID = 19.1>
In addition to a voltage at electrode 10, the semiconductor element 1 functions as a conventional transistron. Positive carriers are introduced into the base 6, through the interface 11 with the emitter 2. They follow divergent paths (12, 14, 16, 18) because, in general, the electric field between emitter and collector is insufficient. to concentrate them into a converging beam. Positive carriers crossing the P-N junction
11 in its upper or lower parts follow trajectories such as 12 and 16. They are mostly absorbed by recombination, in the base of N conduction, and cannot reach the collector. On the contrary, most of the positive carriers which cross the P-N junction 11 in its central part and which follow trajectories such as 18 and 14 reach the collector.
However, a certain proportion of these carriers is absorbed.
<EMI ID = 20.1>
of type N-P-N or P-N-P has already been defined as the ratio of the variation
from the collector current to the variation of the emitter current that produced it. We know that elements similar to element 1 have a current gain
<EMI ID = 21.1>
known to those skilled in the art; one of the main ones is the phenomenon of recombination of the carriers in the base It should be noted that if the thickness of the base 6 between the PN junctions 7 and 11 is quite low, almost all of the positive carriers coming from the emitter and crossing the junction 11 in its central part reach the collector.
The base electrode 10 is joined to the cursor of a potentiometer
13 associated in parallel with a DC voltage source 15; the elements
13 and 15 make it possible to apply an adjustable direct voltage to this base electrode. If the voltages applied to electrodes 8 and 10 are equal, there is no electric field between them, and the operation of the semiconductor apparatus of Fig. 1 is not significantly changed. The only difference is the division into equal parts of the base current <EMI ID = 22.1>
produces an electric field of direction perpendicular to the general direction of the trajectories followed by the positive carriers between the emitter and the collector. If the semiconductor constituting the base is homogeneous, and isotropic, the law of variation of the potential along the axis of symmetry of the electric field is linear; but the presence of electric charge carriers in the base modifies its resistivity and the distribution of the potential between the electrodes is no longer uniform. The effect of this phenomenon will be neglected during the following explanations.
The electric field created between the electrodes 8 and 10 causes the curvature of the trajectories of the carriers of positive charges which cross the PN junction 11 towards the electrode 8. Certain carriers which, in the absence of an electric field, would follow a trajectory '16 and would reach
the collector are deflected towards the electrode 8 and are absorbed in the base
6; on the other hand, certain carriers who would follow a similar trajectory
to that shown at 12 are deflected downwards and enter the collec-
<EMI ID = 23.1>
a weak electric field between the electrodes 8 and 10 can have no effect on the number of the carriers of positive charges which enter the collector 4, after having passed through the central leg of the junction 11.
As the voltage applied to electrode 10 is increased, the potential of the base in the vicinity of junction 11 also increases so that the number of positive carriers crossing junction 11 decreases.
<EMI ID = 24.1>
In order to satisfy this condition, when a transverse electric field is applied to the semiconductor element, it will be assumed in the following study that the positive potential of the emitter 2 is modified so as to keep the value of total emitter current. In view of the high impedance of the source 3, a small variation in the emitter voltage is sufficient to keep the emitter current constant. When the potential of the electrode 10 increases ;, the voltage between the parts of the base neighboring the P-N junction 11 and the emitter 2 also increases. This tension is stronger for the upper parts of the junction 11 than for its lower parts.
The number of positive carriers which cross junction 11 in its upper and central parts decreases and the quantity of positive carriers which follow the trajectories of types 16 and 18 increases. It follows that the proportion
<EMI ID = 25.1>
is weak. On the other hand, when the positive potential applied to the electrode 10 increases, the number of carriers following the trajectories 16 increases.
<EMI ID = 26.1>
When a negative potential is applied to the base electrode 10 with respect to the base electrode 8, a further decrease in the
<EMI ID = 27.1>
emitter current tends to increase; to maintain this constant current, the transmitter voltage must be reduced.
For low values of the negative voltage of the electrode 10, the trajectories of the positive carriers are weakly curved towards the electricity.
<EMI ID = 28.1> absolute of the voltage negatively applied to electrode 10 is large, the number of positive carriers which cross junction 11 in its lower and central parts decreases, and the quantity of positive carriers which follow trajectories such as 14 and 12 increase In consequence, the pro-
<EMI ID = 29.1>
minue.
Curve 20 of FIG. 5 represents the variation of the gain as a function of the voltage applied between the base electrodes 10.
The input voltage to be amplified is supplied by a source 21 joined to the ground on the one hand and to the negative pole of the bias voltage source 3 on the other hand o When the bias voltage and the input voltage are applied simultaneously to transmitter 2, and that the voltage between electro-
<EMI ID = 30.1>
gure 1 behaves like an amplifier, the output voltage of which is applied to the ends of resistor 23. The power gain of the amplifier
<EMI ID = 31.1>
base electrodes.
According to a variant of the invention, it is possible to introduce a voltage source 21 ′ between the cursor of the potentiometer 13 and the base electrode
<EMI ID = 32.1>
When the two voltage sources 21 and 21 'are simultaneously introduced into the circuits of FIG. 1, the apparatus shown can be used as a frequency multiplier or as a modulator.
In this case, the impedance of the source 21 must be sufficiently low so that the variable voltage which it supplies causes variations in the emitter current. The voltage of the source 21 determines variations in the number of positive carriers which could reach the collector while the voltage supplied by the source 21 'determines the number of these carriers which actually reach the collector.
An apparatus has been described where the semiconductor element is obtained by melting small quantities of acceptor or donor in contact with an N or P type semiconductor part; a similar apparatus can be made comprising a semiconductor element obtained by growing a semiconductor crystal in a molten semiconductor, containing traces of acceptor and donor. The operation of devices of the second type is identical to that of devices of the first type except with regard to the elimination of carriers from the emitter which are not collected in the collector; in fact, the number of these carriers which recombine in the base is low and most of them flow through the base electrode. The apparatus described comprises an element of a semiconductor of the P-N-P type;
a similar device can be constructed with an N-P-N element, provided that the connections of the bias voltage sources are reversed.
The application of an electric field of transverse direction
to semiconductor elements having various configurations provides gain characteristics and functional advantages that cannot be achieved with conventional type amplifiers comprising a semiconductor element obtained by growing a crystal germ. The circuits of the devices shown in Figures 2, 3 and 4 are analogous to the circuit in Figure lo
The semiconductor device of FIG. 2 comprises a collector 22 of dimensions greater than those of its emitter 24. As a result, the collector current varies little as a function of the applied voltage.
<EMI ID = 33.1> Figure 5, is substantially a horizontal line.
The semiconductor device of Figure 3 has an emitter
38 whose dimensions are greater than those of the collector 36.
<EMI ID = 34.1>
voltage applied between the base electrodes increases. Indeed, a large proportion of positive carriers is emitted by the outer parts of the demarcation surface of the emitter 38 by following trajectories symbolized by arrows 46 and 48, which correspond to arrows 12 and
16 in figure 1.
When the dimensions of the transmitter increase compared to
<EMI ID = 35.1>
curves 50 and 52 of figure 5 which relate to devices similar to that of figure 3 and illustrate the phenomenon of increase
<EMI ID = 36.1>
those of the collector.
The semiconductor device of Figure 4 exhibits remarkable properties. It comprises an emitter 54, which is closer to the upper base electrode 56 than to the lower base electrode 58, and a collector 60 closer to the lower base electrode 58 than to the electrode 56.
Almost all of the carriers which are introduced into the base 62 through the bottom wall of the emitter 54 reach the collector 60; a large proportion of the carriers which are introduced into the base through the top of the emitter 54 do not reach the collector. Consequently, when no voltage is applied between the base electrodes 56 and 58, the carriers which enter the collector represent a small proportion of the carriers which have crossed the junction, and the gain
current 61 is weak.
<EMI ID = 37.1>
conductor of the apparatus of FIG. 4 is of the P-N-P type.
When a positive voltage is applied to the base electrode 56, few positive carriers are introduced into the base 62, through the upper part of the PN junction, while a relatively large proportion of the positive carriers pass through the lower part of the PN junction. this junction.
<EMI ID = 38.1>
the emitter voltage in order to keep the emitter current constant which causes a small increase in the number of carriers passing through the part
<EMI ID = 39.1>
the carriers introduced into the base through the lower part of the P-N junction reach the collector. It therefore appears that when the voltage
<EMI ID = 40.1>
positive carriers crossing the junction reach the emitter. Conversely when the voltage Ub is negative and increases in absolute value, the number of positive carriers introduced into the base through the upper part of the junction increases.
These positive carriers cannot reach the collector 60 and,
<EMI ID = 41.1>
The semiconductor device of Figure 4 has other interesting properties. For reasons well known to those skilled in the art, the resistance r of the base 62 exhibits, in general, a maximum when the voltage applied between the base electrodes 56 and 58 is zero or very low.
<EMI ID = 42.1>
Figure 4 are shown in Figure 6.
<EMI ID = 43.1>
However, a high proportion of carriers cross the P-N junction through its lower part and most of these carriers reach the manifold.
<EMI ID = 44.1>
because the carriers are introduced then, in the base through the lower end of the P-N junction, and a significant fraction of these carriers
<EMI ID = 45.1>
is low so that the collector current is increased and the reaction between the collector and emitter circuits is low.
The use of semiconductor amplifiers is limited due to the decrease in the current gain oL as the frequency increases. We define the quality of an amplifier of this type from the point of view of its maximum operating frequency, by the frequency for which the current gain
<EMI ID = 46.1>
depending on its operating frequency. Curve 57 relates to the amplifier of FIG. 4, and the other curve relates to a device of conventional type. The frequency f of the apparatus of figure 4 is relatively high.
<EMI ID = 47.1>
the derivative of o � / df is low o These results have two main causes;
First, the most favorable mode of operation of the collector <EMI ID = 48.1> apparatus are small in size, and as a result, the capacitance between emitter and collector is small.
We can use the effect of a transverse electric field on a semiconductor element comprising several collectors, to direct
the flow of carriers from the emitter to a determined collector The app
<EMI ID = 49.1>
The apparatus of Figure 9 includes several transmitters and a collector; it uses the effects of a transverse electric field to direct the flow of carriers from one of the emitters towards the single collector.
The semiconductor apparatus of Figure 8 comprises a part 66 of an N-type semiconductor which forms its base; at the ends of the latter are fixed two electrodes 68 and 70; the device "also includes a transmitter
<EMI ID = 50.1>
the base electrode 68 as the emitter and a second collector 76 which is closer to the electrode 70 than the emitter Emitter 72 is grounded. The base electrode 70 is joined to the emitter via a resistor 80, which can be adjustable, and a DC voltage source 78. The input voltage to be amplified, supplied by the source 82 is applied between emitter 70 and the end of resistor 80, which is not joined to voltage source 78.
The elements 78, 80 and 82 are associated in series. The hair pole of the DC voltage source 78 is joined to the emitter. The value of resistor 80 must "be large compared to the resistance present
<EMI ID = 51.1>
As a result, variations in the latter resistance have no appreciable effect on the emitter current. The collectors 74 and 76 are joined separately to the negative pole of a DC voltage source 84 through the use resistors 86 and 88 respectively. The po-
<EMI ID = 52.1>
of resistance 90o A transverse electric field is created in the base 66 by applying an appropriate voltage between the base electrodes 68
<EMI ID = 53.1>
It is known that small variations in the DC voltage of the emitter 72 determine large variations in the power gain of a
<EMI ID = 54.1>
The apparatus of Figure 8 is an amplifier and when voltage from source 82 is applied between emitter 72 and electrode 70,
<EMI ID = 55.1>
output voltage according to the value of the voltage between the electrodes 68 and
70.
When no voltage is applied between the base electrodes, the carriers from the left part of the emitter are almost all collected by the collector 74, while the carriers from the right part of the emitter are collected by majority by the collector 76.
The application of a positive voltage to the electrode 68 curves the trajectories of the carriers coming from the emitter towards the collector 76 and causes a decrease in the number of carriers emitted by the left part
<EMI ID = 56.1>
Ves to collectors 74 and 76 are shown in Figure 10 and designated by reference numbers 74 'and 76'. Examination \ .. of curves 74 'and 76' shows that for a certain negative value of the voltage applied between electrode 68 and electrode 70 by source 92, almost all the carriers from emitter 72 reach the collector 74, a collector current
<EMI ID = 57.1>
between the electrode of the collector 74 and the ground.
For a certain positive value of the voltage applied between the base electrodes 68 and 70, almost all the carriers from the emitter 72 reach the collector 76, the current of the collector 76 passes through
<EMI ID = 58.1>
fication of the relative positions of the emitter and the collectors can move the point of intersection of the curves towards positive or negative values.
<EMI ID = 59.1>
The semiconductor apparatus of Fig. 9 comprises an N semiconductor piece 94 which forms its base; at the ends of the latter are fixed two electrodes 96 and 98; the device also includes a collector
104 equidistant from the two base electrodes, a first emitter 100 which is closer to the electrode 94 than the collector and a second emitter 102 which
<EMI ID = 60.1>
are joined individually to the positive pole of the bias voltage source 108, respectively by the input resistors 105 and 106. The negative pole of the source 108 is joined to the base electrode 98 by the inter-
<EMI ID = 61.1>
these resistances. The collector 104 is joined to the base electroae 98 via a resistor 120 and a source of bias voltage.
<EMI ID = 62.1>
The elements 120 and 122 are associated in series. The positive blade <EMI ID = 63.1>
is created in base 94 by applying an appropriate voltage between electrodes 96 and 98, which is connected for this purpose across a voltage source
<EMI ID = 64.1>
Depending on the value of the voltage supplied by the source 118, the collector is reached by the flow of carriers coming from the emitters 100 or 102.
The voltage to which the electrode of the collector 104 is brought corresponds to the input voltage applied to the conductor 114 or to the conductor
1160
Each of Figures 1, 2, 3, and 4 shows a four-electrode semiconductor apparatus and circuit for the use of this apparatus. The identical circuit for the four devices comprises a base electrode joined to the ground. This type of circuit is in no way limiting and it is possible, without departing from the scope of the invention, to use a circuit of the emitter or collector type to the ground.
We have already examined the operation of the devices of figures
1 to 4, when their operating point stability is maintained by adjusting the emitter and collector voltages.
Under these conditions (emitter current and collector current kept constant) the variation of the voltage applied between the bases de-
<EMI ID = 65.1>
variation of the power gain is due in particular to the variation of the resistance of base 6; it is generally lower than that which is due to a modification of the current gain.
In the course of the following study, it will be assumed that the voltage applied between the base electrodes 10 and 8 of FIG. I can be varied without effecting the stabilization of the operating point. Applying a negative voltage to the base electrode 10 increases the number of carriers introduced into this base through the P-N II junction. This effect
is due to the increased voltage between the transmitter and the base. The increase in the number of carriers issued by the issuer determines a variation in the
<EMI ID = 66.1> figure I (curve 20). As a result, applying a negative voltage to electrode 10 can cause an increase in the collector current. Since the semiconductor element of the apparatus of Figure I is of the PNP type, increasing the current in absolute value makes the upper end of load resistor 23 more positive and therefore makes <EMI ID = less 67.1>
The curve of FIG. II shows that this reduction leads to a reduction in the power gain. The application of a positive voltage to the electrode 10 reduces the number of carriers introduced into the base, as a result of the decrease in the voltage between emitter and base on the one hand, and consequently
<EMI ID = 68.1>
The collector current decreases, the negative potential of the collector electrode increases in absolute value and the gain in power increases. In summary, when a voltage is applied between the base electrodes without stabilizing the operating point, the variation in the power gain is increased.
The same observation can be made for an apparatus whose ele-
<EMI ID = 69.1>
In the case of the apparatus of figure 4, for example, for a certain tension
<EMI ID = 70.1>
an increase in absolute value of the collector voltage. As a result, the power gain increases
<EMI ID = 71.1>
input 21 associated in series between earth and source 3; we can replace the source 21 by a resistor at the ends of which we apply
the input voltage. FIG. 12 represents a balanced amplifier comprising a semiconductor device according to the invention.
The semiconductor device comprises a semiconductor piece 104 forming its base, two electrodes 88 and 90 are attached to the ends of this base. Further, an emitter 96 is attached to the base equidistant from electrodes 88 and 90; a first collector 98 is closer to the electrode 88 than the emitter and a second collector 100 is closer to the electrode 90 than the emitter. By way of example, an element has been represented
semiconductor type P-N-P.
The collectors are arranged so that when the voltage between base electrodes is zero, no carrier reaches the collectors, or in any case these collectors only receive a small number of carriers.
The base electrodes are respectively joined at the ends
<EMI ID = 72.1>
joined across the input voltage source 80.
The midpoint of the secondary 86 joined to the ground and a bias voltage source 94, connects the emitter 96 to the ground. The positive pole of
<EMI ID = 73.1>
The midpoint of the primary winding 106 is joined to the ground through the direct voltage source 110 and the resistor 112. The negative pole of the source 110 is connected to the midpoint of the secondary 106. On <EMI ID = 74.1> relating respectively to the emitter 96 - collector 98 assembly and to the second emitter 96 and collector 100 assembly.
The explanation below of the operation of the amplifier of FIG. 12 corresponds to the case where the voltage supplied by the source 80 is sinusoidal. It is assumed that the connections between the windings of the transformer and the primary and secondary circuits are made so that a positive voltage supplied by the source 80 corresponds to a positive voltage between the electrodes 88 and 90. During the first month of the positive half-wave of the voltage supplied by the source 80, the voltage between the electrodes 88 and 90 is positive, the flow of positive carriers is directed towards the collector 100 and a current of increasing intensity flows in the lower half of l winding 106. During the second half of the positive half-wave, the number of carriers reaching the collector 100 decreases.
During the first half of the negative half-wave of the input voltage the flow of positive carriers goes towards the collector 98 and a current of increasing intensity flows in the upper half of the winding 106, finally, during-
<EMI ID = 75.1>
The number of carriers reaching the collector 98 decreases, and the intensity of the current flowing in the upper half of the winding 106 is canceled. Then the described process is renewed. It is believed that under these conditions the voltage appearing at the ends of the winding 114 is the amplified input voltage.