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La présente invention concerne les dispositifs à semi-conduc- teur comprenant un contact à conduction unilatérale entre une électrode effilée et un petit bloc de semi-conducteur.
La théorie de la conduction électronique dans les semi-conduc- teurs est maintenant assez connue pour qu'il suffise de n'en rappeler que certains points utiles pour la bonne compréhension de l'invention.
Les corps semi-conducteurs peuvent présenter la conduction du type N ou P suivant la nature des porteurs de charge prédominants. L'ad- dition, en teneur très faible, de certains corps dans ce semi-conducteur, peut jouer un rôle déterminant sur son type de conduction. C'est ainsi que l'addition de certains corps dits accepteurs de valence, généralement inférieure à celle du semi-conducteur, lui confère une conduction de type P. Dans ce cas, le corps accepteur capte des électrons du semi-con- ducteur et crée, dans la structure cristalline, des lacunes électroniques' qui peuvent être assimilées à des porteurs de charges positives.
Au contraire, l'addition dans un semi-conducteur de certains corps, dits donateurs de valence, généralement plus grande que celle des semi-conducteurs, fournit des électrons à la bande de conduction et con- fère la conduction du type N.
Le contact entre une surface d'un bloc de semi-conducteur, comme le germanium, et une électrode à pointe effilée d'un métal comme le tungstène ou le platine, possède des propriétés de conduction assymé- trique. Si le semi-conducteur a la conduction de type N, lorsque le bloc est porté à un potentiel positif par rapport à l'électrode effilée, le contact ponctuel présente une résistance relativement élevée. Si le bloc de semi-conducteur est porté à un potentiel négatif par rapport à l'électrode effilée, la résistance du contact ponctuel est faible. De nombreux dispositifs à semi-conducteur comprennent un contact ponctuel.
La présente invention a pour objet un procédé de traitement de l'électrode effilée servant à établir un contact à conduction unilatérale avec un bloc semi-conducteur, ce contact présentant à la fois les qualités des contacts ponctuels et ceux des jonctions P-N.
L'électrode effilée subit, avant sa mise en contact avec le bloc semi-conducteur, un traitement de calorisation. Celui-ci consiste à chauffer l'électrode en atmosphère non oxydante ou réductrice, au contact d'un mélange pulvérulent d'alumine et d'aluminium, suivi d'un second traitement thermique qui produit la diffusion dans toute sa masse de l'alumine et de l'aluminium déposés à la surface de l'électrode.
Enfin, l'électrode est taillée en biseau et soudée au bloc semi-conducteur.
Pour mieux faire comprendre les caractéristiques techniques et les avantages de l'invention, on va en décrire un exemple de réalisation, étant entendu que celui-ci n'a aucun caractère limitatif quant aux modes de mise en oeuvre et aux applications qu'on peut en faire.
La figure unique représente un redresseur comprenant un contact à conduction unilatérale entre'une électrode effilée, qui a subi un traitement de calorisation, et un bloc semi-conducteur.
L'élément redresseur comprend une plaquette 1 de germanium, ayant la conduction N. La plaquette lest, de préférence, monocristalline, sa pureté doit être suffisamment grande pour que la résistivité soit supérieure à 2 ohms-centimères. On peut extraire cette plaquette d'un monocristal, obtenu par croissance d'un germe de cristal de germanium dans du germanium en fusion contenant moins de 0,05 % d'un corps donateur.
Une première électrode métallique et plane 2 est fixée à la plaquette 1 au moyen d'une soudure 3; le métal de cette électrode doit avoir un coefficient de dilatation thermique voisin de celui de la plaquette, on
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peut utiliser un alliage de fer, de nickel et de cooalt.
La soudure 3 est un métal ou un alliage métallique à bas point de fusion, de l'étain par exemple; la soudure peut contenir un corps donateur ou accepteur, capable de fournir à la plaquette des porteurs de charges identiques à ses porteurs majoritaires. Une électrode effilée 4 est soudée à la surface de la plaquette. A cet effet, l'électrode étant au contact de la plaquette, on fait passer à travers le contact entre ces deux éléments, pendant un intervalle de temps court, un courant d'intensité suffisante pour fondre la pointe de l'électrode 4 et souder celleci à la plaquette.
On va décrire un mode d'application du procédé, objet de l'invention, à des redresseurs analogues à celui de la figure 1. Le diamètre de l'électrode 4 est compris entre 0,075mm et 0,150 mm ; il est de préférence égal à 0,1 mm. L'électrode peqt être en platine, en tungstène, ou en tout autre métal ayant des propriétés physiques appropriées. Le redresseur décrit comporte une électrode de platine.
Celle-ci subit un traitement de calorisation comprenant deux phases.
Durant la première phase du traitement de calorisation, le fil de platine en contact avec un mélange pulvérulent contenant, en poids, 10 à 20 % d'aluminium et le reste d'alumine, est porté en atmosphère non oxydante ou réductrice à une température comprise entre 400 C. et 600 C. pendant une durée comprise entre 4 et 6 heures. La durée de ce traitement est d'autant plus courte qu'il est effectué à une température plus élevée. Au cours de ce traitement, il se forme à la surface du fil, un alliage d'aluminium et de platine.
Pour imprégner le fil de platine.. d'aluminium, dans toute sa masse, le fil est soumis, de préférence, à un traitement thermique qui provoque la diffusion de l'aluminium. Dans ce but, le fil est porté en atmosphère non oxydante ou réductrice, à une température comprise entre 800 C. et 1.000 C, pendant un intervalle de temps compris entre quatre et six heures. La durée de ce second traitement thermique est d'autant plus brève quil est effectué- à température plus élevée et inversement.
On coupe alors le fil de platine en tronçons de longueur égale à celle d'une électrode 4. Puis, les tronçons de fil sont meulés en biseau à l'une de leurs extrémités. La valeur de l'angle que forme l'extrémité biseautée de l'électrode n'est pas critique.
Suivant une variante de l'invention, le fil de platine peut être coupé en tronçons et chacun de ceux-ci biseautés à l'une de leurs extrémités, avant le traitement de calorisation.
L'électrode 4 étant mise en contact par son extrémité biseautée avec la plaquette 1, on fait passer à travers le contact entre l'électrode et la plaquette, pendant une durée brève, un courant d'intensité suffisante pour souder l'éléctrode à la plaquette en 5. Dans le cas d'une électrode de diamètre compris entre les limites mentionnées plus haut, il suffit d'appliquer, entre l'électrode et la plaquette, une différence de potentiel de 40 volts pendant un quart de seconde environ, le redresseur étant en série avec une résistance de 50 ohms.
Pour comparer plusieurs de ces redresseurs,on a fabriqué plutsieurs électrodes dont l'angle de biseautage était rigoureusement égal à 20 . Dans ce but, on a fixé avec de la cire, plusieurs tronçons de fil de platine calorisé sur une plaque de verre, et on a meulé la plaquette et les fils de manière à obtenir l'angle de biseautage désiré.
Les diodes à semi-conducteur construites avec ces électrodes ont été comparées avec une diode analogue, dont l'électrode effilée n'avait
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pas subi de traitement de calorisation.
EMI3.1
<tb>
<tb>
Traitement <SEP> Tension <SEP> Tension <SEP> Intensité <SEP> Intensité <SEP> Résistance
<tb> directe <SEP> inverse <SEP> du <SEP> cou- <SEP> du <SEP> cou- <SEP> en <SEP> série
<tb> rant <SEP> di- <SEP> rant <SEP> in- <SEP> avec <SEP> le <SEP> rerect <SEP> verse <SEP> dresseur
<tb> v <SEP> v <SEP> mA <SEP> mA <SEP> Ohms
<tb> Fils <SEP> biseautés <SEP> après <SEP> calorisation
<tb> Pas <SEP> de <SEP> calorisation <SEP> 0,70 <SEP> 18 <SEP> 20 <SEP> 0,54 <SEP> 750
<tb> Calorisé <SEP> avec
<tb> poudre <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb> d'aluminium <SEP> 0,65 <SEP> 17 <SEP> 20 <SEP> 0,78 <SEP> 750
<tb> # <SEP> = <SEP> 400 C. <SEP> t=6h <SEP> 0,65 <SEP> 0,78
<tb> diffusion
<tb> # <SEP> = <SEP> 800 C. <SEP> t=6h
<tb> Calorisé <SEP> avec
<tb> poudre <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb> d'aluminium <SEP> 0,54 <SEP> 26 <SEP> 20 <SEP> 0,74 <SEP> 950
<tb> e <SEP> = <SEP> 600 C.
<SEP> t=5h
<tb> diffusion
<tb> e <SEP> =1000 C. <SEP> t=5h
<tb> Calorisé <SEP> avec
<tb> poudre <SEP> à <SEP> 20%
<tb> d'aluminium <SEP> ,47
<tb>
EMI3.2
e= 60o Co t=4h 0,4 20 0,69 750
EMI3.3
<tb>
<tb> diffusion
<tb> e <SEP> =1200 C. <SEP> t=4h
<tb> Fil <SEP> biseauté <SEP> avant <SEP> calorisation <SEP>
<tb> Calorisé <SEP> avec
<tb> poudre <SEP> à <SEP> 10 <SEP> % <SEP>
<tb> d'aluminium <SEP> 0,385 <SEP> 0,72
<tb>
EMI3.4
9 = 600 Cot=5h 0,3 5 17 20 0,72 0
EMI3.5
<tb>
<tb> diffusion
<tb> # <SEP> =1000 C, <SEP> t=5h
<tb>
D'après le tableau précédent, on voit que le traitement de calorisation appliqué à l'électrode effilée, provoque une réduction de la tension directe.
Cette réduction est particulièrement sensible, lorsque le traitement de calorisation est appliqué après le biseautage de l'électrode effiléeo
On suppose que l'aluminium ou l'alliage d'aluminium qui im- prègne l'électrode 4 diffuse dans une région 6, comprenant la zone de soudage de l'électrode à la plaquette, et qu'une jonction P-N 7 se forme à la limite de la région 6 et de la région de conduction N de la plaquetteo Le rapport élevé entre les résistances inverse et directe du dispositif est dû, dans cette hypothèse, aux propriétés de la jonction 7 de type P-No
L'invention n'est pas limitée à l'utilisation du germanium; on peut employer un autre corps semi-conducteur de conduction N.