BE851031A - Procede de fabrication d'une thermopile et thermopile obtenue selon ce procede - Google Patents

Procede de fabrication d'une thermopile et thermopile obtenue selon ce procede

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Description


   <EMI ID=1.1> 
 

  
L'invention concerne un agencement de thermocouples, que l'on désignera ci-après par "thermopile", qui produit de l'énergie électrique en utilisant le principe connu généralement sous le nom thermoélectricité, selon lequel une partie de la chaleur traversant des éléments solides (ou liquides) est con-

  
 <EMI ID=2.1> 

  
çon plus précise, l'invention concerne une thermopile à semi-conductrice ainsi qu'un procédé de fabrication d'une telle thermopile.

  
Le principe de la thermoélectricité qui permet de produire de l'énergie électrique à partir de chaleur, est bien connu et largement utilisé dans diverses applications particulières. Un dispositif qui produit de l'énergie électrique selon ce procédé s'appelle un générateur thermoélectrique. Un générateur thermoélectrique consiste généralement en une source de chaleur, qui peut faire partie'intégrante du générateur ou bien être séparée, une thermopile qui est couplée thermiquement d'une part à la source de chaleur et d'autre part à un dissipateur de chaleur, une isolation thermique, pour minimiser les pertes de chaleur vers l'extérieur, et des organes de structure divers incluant le boîtier du générateur.

   Un échangeur de chaleur côté froid, qui rejette la chaleur perdue, est connecté thermiquement en sortie du générateur, cet échangeur faisant en fait fréquemment partie intégrante du générateur, surtout lorsque la chaleur est rejetée par radiation et/ou par convection naturelle.

  
On connaît un type de thermopile semi-conductrice comportant un ou plusieurs thermocouples connectés électriquement entre eux, selon un mode série ou  parallèle ou encore série-parallèle, dans lequel chaque thermocouple comprend généralement deux thermoéléments, l'un ayant d&#65533;s caractéristiques de conductivité électrique de type n et l'autre de type p. Les termes conductivité de type n et conductivité de type p font partie de la terminologie courante

  
de la physique de l'état solide et se référent, en ce qui concerne le premier, à des matériaux dans lesquels la conduction électrique résulte essentiellement

  
 <EMI ID=3.1> 

  
cerne le second, à des matériaux dans lesquels la conduction électrique résulte essentiellement du déplacement de porteurs positifs tels que des trous.

  
Les thermoéléments d'un tel thermocouple sont connectés électriquement entre eux à une première extrémité au moyen d'un pont conducteur électrique ou électrode. Dans le cas d'une thermopile à un seul thermocouple, le signal électrique de sortie est recueilli sur des contacts appropriés placés sur les secondes 

  
 <EMI ID=4.1> 

  
tie du thermocouple sont aussi des conducteurs électriques et peuvent être connectés électriquement à d'autres thermocouples de la thermopile lorsque

  
 <EMI ID=5.1> 

  
mocouples, les bornes de sortie de la thermopile sont connectées à des contacts de sortie appartenant à deux thermocouples au moins. La thermopile peut être formée d'un certain nombre de thermocouples séparés physiquement et connectés électriquement, ou bien d'une structure monolithique comprenant plusieurs thermocouples mécaniquement ou métallurgiquement liés les uns aux autres par

  
une couche intermédiaire d'isolant électrique et connectés électriquement entre eux.

  
Les dimensions et la configuration des thermoéléments dans un thermocouple ainsi que le nombre de thermocouples dans unethermopile sont déterminés par des facteurs intervenant au niveau d'une étude détaillée en particulier la puissance électrique et la tension requises en sortie de la thermopile, la quantité de chaleur disponible et/ou la quantité de chaleur nécessaire à la thermopile

  
et les températures de fonctionnement des thermocouples dans la thermopile.

  
Le rendement d'un générateur thermoélectrique est en général proportionnel

  
à la différence de température dans les thermocouples de la thermopile qu'il comporte, ainsi qu'à ce que l'on appelle le "facteur de mérite" qui dépend de certaines propriétés fondamentales du matériau thermoélectrique utilisé dans

  
le générateur. Pour un matériau thermoélectrique et des températures de fonctionnement donnés, la puissance produite par un générateur thermoélectrique est approximativement proportionnelle à la surface totale de la section transversale du matériau thermoélectrique qu'il contient ; la tension de sortie au générateur est proportionnelle au nombre de thermocouples connectés en série, en lequel est divisé le matériau thermoélectrique. La valeur requise du rapport de la longueur à la surface de la section transversale de chaque thermoélément, croît pour des valeurs décroissantes de la puissance de sortie souhaitée car les valeurs souhaitées de la tension de sortie du générateur thermoélectrique sont relativement indépendantes de la puissance de sortie demandée à ce générateur.

  
Ainsi, par exemple, la plupart des générateurs thermoélectriques qui produisent une puissance électrique de l'ordre des dizaines ou même des centaines de watts doivent avoir des tensions de sortie de l'ordre de quelques volts à quelques dizaines de volts. On demande encore des tensions de l'ordre de quelques volts à des générateurs thermoélectriques plus petits, tels ceux qui peuvent être implantés dans le corps humain pour alimenter un stimulateur cardiaque

  
par exemple et qui produisent une puissance électrique de l'ordre du microwatt ou du milliwatt. Une diminution considérable de la puissance demandée en sortie ne se traduit habituellement ainsi que par une diminution relativement modeste de la tension demandée en sortie. Ceci signifie évidemment que, bien que le nombre total de thermocouples d'un générateur qui produit une puissance électrique très faible soit presque le même que celui d'un générateur qui produit une puissance bien plus grande, la quantité globale de matériau thermoélectrique nécessaire dans le premier cas est réduite de façon importante par rapport à la quantité globale nécessaire dans le second cas. Par suite, le rapport de la longueur à la surface de la section transversale des thermoéléments individuels dans le premier cas est bien entendu beaucoup plus grand que dans le second.

  
En fait, pour les matériaux thermoélectriques le plus couramment utilisés,

  
ce rapport devient souvent si grand dans le cas de puissances situées dans la gamme du microwatt ou le bas de la gamme du milliwatt qu'il n'est pas possible

  
de fabriquer des thermopiles optimales qui produisent directement la tension demandée pour maintes applications.

  
La raison pour laquelle il n'est pas possible de fabriquer de telles thermopiles avec les matériaux thermoélectriques les plus couramment utilisés est

  
que ces matériaux n'ont pas en général une résistance mécanique suffisantes

  
pour permettre la fabrication, sans rejet excessif, de thermoéléments avec le rapport élevé de la longueur à la surface de la section transversale requis pour des thermopiles produisant des tensions élevées à faible puissance de sortie.

  
Par suite, il est courant de fabriquer des thermopiles produisant soit une tension bien inférieure à celle requise, à la puissance souhaitée en sortie, soit une puissance bien supérieure à celle nécessaire en sortie, à la tension souhaitée. Dans les deux cas, c'est le rendement du générateur thermoélectrique qui est diminué. 

  
Dans le premier cas, il est nécessaire d'utiliser un convertisseur de tension pour amener la tension de sortie trop faible de la thermopile à la valeur souhaitée. Au cours de la conversion, on perd de la puissance dans le convertisseur de tension ; il est donc nécessaire de concevoir une thermopile capable

  
de fournir une puissance supérieure à celle dont on a besoin pour compenser

  
cette perte. Dans le second cas, dans lequel une puissance bien supérieure à celle nécessaire est produite, le rendement du générateur est diminué car ce dernier doit être alimenté par une quantité de chaleur proportionnellement plus grande. En plus d'une diminution de rendement, dans les deux cas on doit augmenter la taille du générateur en raison de la plus grande quantité de combustible nécessaire. ; pour la même raison-, le coût du générateur augmente ainsi très certainement.

  
Dans la conversion thermoélectrique d'énergie on utilise couramment corme sources de chaleur des brûleurs qui brûlent des combustibles fossibles divers,

  
ou des matériaux radioactifs qui produisent de la chaleur au cours de leur désintégration ; on utilise aussi la chaleur solaire, concentrée ou non, la chaleur  produite par des réacteurs nucléaires et les pertes de chaleur provenant de machines variées. Une thermopile utilisée avec n'importe laquelle de ces sources

  
de chaleur conventionnelles fonctionne entre la température de la source de chaleur et la température d'un échangeur de chaleur qui rejette la chaleur perdue dans l'environnement ambiant du générateur thermoélectrique. Le côté froid  <EMI ID=6.1> 

  
source de chaleur et plus élevée que celle de l'environnement ambiant. La thermopile de la plupart des générateurs thermoélectriques de faible puissance, c'est-à-dire ceux qui produisent une puissance électrique dans la gamme du <EMI ID=7.1>  thique dans laquelle les thermoéléments individuels et les thermocouples sont mécaniquement ou métallurgiquement liés les uns aux autres par des couches intermédiaires d'isolant électrique. Les connexions électriques entre thermo. éléments et thermoccuples sont généralement situées aux deux extrémités de la thermopile. Les fils électriques de sortie de la thermopile proviennent des deux thermocouples extrêmes de la thermopile. Cn inclut les thermoéléments et les thermocouples dans une structure monolithique car, en raison de la valeur

  
 <EMI ID=8.1> 

  
les du point de vue mécanique. La surface de la section transversale des thermoéléments individuels est généralement très petite car la taille de la thermopile impose des limites à la hauteur des thermoéléments-. Même avec ce type de construction de thermopile, il y a une limite à la réduction de la surface de la section transversale des thermoéléments qui sont réalisés avec les matériaux thermoélectriques les plus courants. Ainsi qu'on l'a déjà mentionné, cette limite, soit diminue la tension maximale que l'on peut obtenir à un niveau donné de puissance de sortie, soit augmente la puissance minimale que l'on peut obtenir à une tension donnée. On a illustré dans la figure 1 un générateur ther-

  
 <EMI ID=9.1> 

  
comme source de chaleur. On notera que les radio-isotopes sont probablement la source de chaleur la plus largement utilisée dans les générateurs thermoélectriques miniatures longue durée entièrement autonomes, qui produisent des puissances dans la gamme du microwatt ou du milliwatt.

  
La propriété thermoélectrique d'un matériau se définit essentiellement

  
 <EMI ID=10.1> 

  
la résistivité électrique et la conductivité thermique. Comme on l'a déjà indiqué précédemment, le rendement de conversion que l'on peut obtenir avec un  matériau thermoélectrique est proportionnel à ce que l'on appelle le "facteur de mérite". Le facteur de mérite d'un matériau est défini comme le quotient

  
du carré du coefficient de Seebeck par le produit de la résistivité électrique  par la conductivité thermique. A la suite de recherches très poussées, on a trouvé que les semi-conducteurs extrinsèques forment, en tant que classe générale, les matériaux thermoélectriques les plus efficaces. Bien que les métaux et les isolants, aussi bien-que les semi-conducteurs intrinsèques, puissent tous être utilisés pour convertir de la chaleur en énergie électrique, les rendements de conversion que l'on peut obtenir avec ces matériaux sont nettement plus bas que ceux que l'on peut obtenir avec des semi-conducteurs extrinsèques.

   Même dans la grande classe des semi-conducteurs extrinsèques, il existe de grandes divergences entre la capacité des différents matériaux à convertir de la chaleur en électricité, c'est-à-dire qu'il existe de grandes différences dans les facteurs de mérite et donc dans les rendements de conversion que l'on peut obtenir avec les différents semi-conducteurs extrinsèques.

  
Les semi-conducteurs extrinsèques les plus communément utilisés dans la conversion thermoélectrique d'énergie sont des composés -et alliages comportant du bismuth et du tellure, du plomb et du tellure, et des alliages de germaniumsilicium. La plupart des matériaux thermoélectriques à base de ces combinaisons sont par nature intrinsèques ; on leur donne des caractéristiques de semiconducteurs extrinsèques en les dopant avec des impuretés appropriées de façon à obtenir une conductivité de type n ou de type p. On utilise parfois, bien que peu fréquemment, des métaux sous forme de fils très fins pour produire de l'énergie électrique par thermoélectricité.

   Bien que les métaux soient des matériaux thermoélectriques relativement peu efficaces, ils rendent possible la réalisation de thermoéléments pours lesquels le rapport de la longueur à la surface de la section transversale est élevé et permettent en cela d'obtenir directement une tension élevée en sortie de générateurs thermoélectriques conçus pour produire de faibles valeurs de puissance de sortie. Le rendement de la  conversion, cependant, est si faible comparé à celui que l'on obtient avec des  semi-conducteurs extrinsèques qu'on est fortement pénalisé en ce qui concerne la quantité requise de combustible et/ou la taille du dispositif. Pour cette rai-

  
 <EMI ID=11.1> 

  
tionner pour la réalisation de thermopiles conçues pour produire de faibles puissances électriques présente un avantage évident, même si, ainsi qu'on l'a expliqué, il n'est généralement pas possible d'obtenir des tensions élevées directement en sortie de telles thermopiles. Chacune des trois grandes classes de matériaux thermoélectriques extrinsèques utilisés communément pour la production d'énergie électrique à partir de chaleur a un domaine d'application bien défini. Les facteurs de mérite et les possibilités maximales de fonctionnement des matériaux de ces trois groupes différent largement d'un groupe à. l'autre. Le tellurure de bismuth ainsi que les composés et alliages qui en comportent sont fondamentalement des matériaux dits "de basse température" que l'on ne peut pas 

  
 <EMI ID=12.1> 

  
températures, c'est-à-dire celles voisines de la température ambiante, ils possédent cependant les facteurs de mérite connus les plus élevés. Le tellurure de plomb ainsi que les composés et alliages qui en comportent, supportent des températures plus élevées et peuvent être utilisés jusqu'à des températures de  <EMI ID=13.1> 

  
de plomb sont un peu plus faibles que ceux des matériaux à base de tellurure de bismuth. Les alliages de germanium-silicium peuvent être utilisés jusqu'à

  
 <EMI ID=14.1> 

  
de conversion d'un dispositif thermoélectrique est proportionnel. à la fois au facteur de mérite, du matériau thermoélectrique utilisé et à la différence de température à laquelle est soumis ce matériau, on constate généralement que les trois grands groupes de semi-conducteurs extrinsèques permettent de fabriquer des thermopiles et des générateurs thermoélectriques qui présentent des rendements de conversion assez comparables.

  
Lorsque l'on optimise les rendements de conversion des générateurs thermoélectriques, on s'aperçoit en général, et ce relativement indépendamment du matériau thermoélectrique utilisé, que la température du côté chaud de la ther-

  
mopile, à rendement optimal du générateur, est fonction du niveau de puissance du générateur en ce sens que plus la puissance souhaitée pour le générateur est faible plus la température du côté chaud, pour laquelle le rendement du générateur est optimal, est faible. En général, les générateurs thermoélectriques conçus pour une puissance en sortie se situant dans le bas de la gamme des railliwatts ont, dans les thermopiles, des températures du côté chaud de l'ordre

  
 <EMI ID=15.1> 

  
se situant dans le haut de la gamme des microwatts, les températures du côté  chaud des thermopiles, qui correspondent à un rendement optimal, sont générale-

  
 <EMI ID=16.1> 

  
de tellurure de bismuth ainsi que ceux à base de tellurure de plomb ont, à ces températures, tout particulièrement en ce qui concerne les premiers, les facteurs de mérite connus les plus élevés de tous les matériaux thermoélectrioues utilisés communément, il peut sembler évident que ce sont ces matériaux là qui doivent être employés dans les générateurs thermoélectriques de faible puissance. Cette conclusion, qui est fondée sur des considérations faisant intervenir exclusivement le rendement de conversion d'un générateur thermoélectrique, est inévitable et, en fait, est à la base de la majeure partie de l'état de l'art en ce qui concerne la technologie des générateurs thermoélectriques.

   Bien que les rendements de conversion des générateurs thermoélectriques à alliages ou composés de tellurure de plomb ou de bismuth soient relativement élevés, il  n'est généralement pas possible d'obtenir.directement avec de tels générateurs, à des puissances très faibles se situant au bas de la gamme des milliwatts ou dans la gamme des microwatts, des tensions de sortie suffisamment élevées pour répondre aux conditions de la plupart des applications des générateurs. Il arri-

  
 <EMI ID=17.1>  la puissance électrique produite avec l'idée soit d'utiliser un convertisseur de tension pour élever la tension de sortie soit d'obtenir directement, à une puissance plus forte, la tension souhaitée.

  
Comme on l'a déjà expliqué précédemment, une telle façon de procéder conduit à un dispositif de conversion d'énergie qui n'est pas vraiment optimisé ni par rapport au rendement ni par rapport à l'encombrement. Si l'on emploie un convertisseur de tension, la fiabilité du dispositif global de conversion d'énergie diminue également en raison de l'addition d'un composant électronique dans le dispositif. La raison pour laquelle il n'est pas possible d'obtenir une tension adéquate de générateurs thermoélectriques de faible puissance comportant des alliages ou des composes de tellurure de plomb ou de bismuth comme matériau thermoélectrique est que ces alliages et composés sont assez cassants et mécaniquement peu résistants ; ils ne se prêtent donc pas aux procédés de fabrication permettant la production de thermoéléments dont le rapport de la longueur

  
à la surface de la section transversale soit suffisamment grand.

  
La présente inventinn permet d'éviter les inconvénients des générateurs thermoélectriques de faible puissance.connus.

  
 <EMI ID=18.1> 

  
pile utilisant des alliages de germanium-silicium, caractérisé en ce qu'il consiste :
- à scier les matériaux de germanium-silicium de types n et p en blocs parallélépipédiques,  <EMI ID=19.1>  p en lamelles, 
- à parfaire l'état de surface des deux grandes face.-; de chaque lamelle de sorte que les deux grandes faces de chaque lamelle soient parallèles entre elles,
- à nettoyer les lamelles, <EMI ID=20.1>  de verre, le verre ayant un point de ramollissement situé au-dessus de la température prévue de fonctionnement *de la thermopile, ayant une résistivité élevée

  
 <EMI ID=21.1> 

  
celui de l'alliage de germanium-silicium,
- à agglomérer la poudre de verre recouvrant chaque lamelle à une température voisine de la température de ramollissement du verre pour fixer localement les particules de poudre de verre entre elles *et sur la lamelle, 
- à recouvrir chaque lamelle revêtue de verre d'une autre lamelle de telle sorte que la couche de verre soit intercalée entre les deux lamelles d'alliage de germanium-silicium pour former une structure en sandwich, <EMI ID=22.1>  colle les deux lamelles ensemble avec une.couche intermédiaire de verre, - à parfaire l'état de surface d'au moins une des grandes faces extérieures de chaque structure en sandwich collée à chaud jusqu'à ce que son épaisseur atteigne la valeur désirée, 
- à.

   recouvrir au moins l'une des faces de la structure en sandwich avec de la poudre de verre, 
- à empiler plusieurs structures en sandwich recouvertes de poudre de verre dans un ordre prédéterminé en ce qui concerne les types de conductivité p et n pour obtenir la thermopile voulue, afin de former un premier assemblage,
- à chauffer ce premier assemblage jusqu'à ce que les couches intermédiaires de verre fondent et maintiennent ensemble les couches d'alliages de germaniumsilicium, <EMI ID=23.1>  <EMI ID=24.1>  tivité de types opposés pour constituer une thermopile ayant une tension et une puissance de sortie prédéterminées.

  
L'intérêt d'amincir les lamelles d'alliage de germanium-silicium après qu'elles aient été collées entre elles par une couche de_ verre est de permettre une réduction de l'épaisseur qui n'aurait pas pu être atteinte sans cassure en l'absence du support constitué par la couche intermédiaire de verre.

  
Selon une autre caractéristique, lorsque la thermopile doit avoir des dimensions extrêmement réduites, on soumet chaque tranche au traitement précédemment appliqué aux lamelles de germanium-silicium, le découpage en tranches s'effectuant perpendiculairement aux lamelles. 

  
Dans certaines réalisations, il est préférable d'enduire l'alliage de germanium-silicium., avant chaque opération de pose de revêtement de verre, d'un agent mouillant particulier qui permet d'augmenter la pénétration et l'adhérence entre le verre et l'alliage. Dans une réalisation préférée, cet enduit mouillant est appliqué chimiquement par dépôt de vapeur de nitrure de silicium, Si3N4, sur toutes les grandes surfaces des lamelles. La couche d'enduit peut avoir une épaisseur variée ; on lui donne de préférence une épaisseur de 2500

  
 <EMI ID=25.1> 

  
appropriée. 

  
Pour éviter l'établissement d'un court-circuit pontage entre les connexions aux extrémités de la theraopile, il est préférable, avant d'établir les connexions, de roder les extrémités de la thermopile puis de les recouvrir de poudre de verre qui est ensuite fixée à chaud à. la structure. Les extrémités de la thermopile ainsi recouvertes sont alors rodées! nouveau et on recommence le processus jusqu'à ce que l'on ne mette plus à découvert ni trous ni défectuosités au cours de l'opération de rodage.

  
Dans une réalisation préférée, les connexions sont faites au moyen d'éléments couvrants séparés de germanium-silicium qui -peuvent être soit appliqués comme une seule couche puis gravés selon la configuration souhaitée, soit déposés à travers un masque selon la configuration souhaitée. De préférence, on enrobe entièrement de verre'la thermopile pour l'isoler et la protéger des substances environnantes susceptibles de la détériorer. Dans une réalisation préférée, on obtient, les fils conducteurs de sortie de la thermopile en disposant

  
des fils ou des rubans métalliques dans deux fentes découpées à l'extrémité froide de la thermopile et en chauffant la thermopile et les fils ou rubans métalliques à la plus basse des deux températures auxquelles le métal forme un mélange eutectique avec l'alliage de germanium-silicium, Il en résulte une réaction partielle entre le métal et l'alliage, qui assure de bons contacts électriques.

  
Les facteurs de mérite des alliages de germanium-silicium sont considérablement plus faibles que ceux des composés ou alliages de tellurure de plomb ou de tellurure de bismuth aux basses températures-pour lesquelles on obtient un rendement de conversion maximale pour les générateurs thermoélectriques de faible puissance (dans la gamme des microwatts et le bas de celle des milliwatts) ; on s'est aperçu, cependant, que les propriétés mécaniques des alliages de germaniumsilicium, nettement plus avantageuses que celles des composés et alliages.précédents, compensent largement les valeurs des facteurs de mérite.

   Dans le procède de fabrication selon l'invention, que l'on a décrit ci-avant, on a des thermoéléments individuels dont le rapport de la.longueur à la surface de la section transversale est extrêmement grand ; ce rapport est supérieur d'un à deux ordres de grandeur à celui que l'on peut obtenir avec n'importe lequel des composés ou des alliages à base de tellurura de plomb ou de tellurure de bismuth. Par ce procédé de fabrication, il est alors possible de fabriquer des thermopiles- produisant directement dans la plupart des cas la tension de sortie requise, avec une puissance située dans.la gamme allant des microwatts à quelques milliwatts.

  
Même si le rendement de conversion des alliages de germanium-silicium est fondamentalement inférieur à celui que l'on peut obtenir avec des alliages ou des composés de tellurure de plomb ou de tellurure de bismuth, la différence n'est pas aussi importante que celle que pourrait laisser prévoir une simple comparaison des

  
 <EMI ID=26.1> 

  
thermopile, à rendement de conversion optimal, est légèrement plus élevée pour des thermopiles à alliage de germanium-silicium que pour des thermopiles à base des autres matériaux. Ceci signifie que les rendements de conversion de thermopiles conçues selon des techniques diverses ne sont pas aussi différents qu'on pourrait le penser si l'on s'en tenait uniquement aux facteurs de mérite des matériaux employés. Ce qui est plus important, toutefois, c'est qua toutes les différences de rendement de conversion des générateurs thermoélectriques sont totalement compensées par le fait que les générateurs de faible puissance à alliage de germanium-silicium produisent directement la tension demandée sans qu'il soit nécessaire de faire appel à un convertisseur de tension ni de produire un surplus de puissance dans le seul but de fournir la tension appropriée.

   Ainsi qu'on l'a souligné précédemment, ces deux dernières façons de procéder se traduisent non seulement par une diminution des rendements globaux de conversion d'énergie, mais aussi par une augmentation de la taille des dispositifs et une diminution de leur fiabilité. On a trouvé, à partir de considérations sur le système global, que les rendements de conversion des générateurs thermoélectriques de faible puissance utilisant des alliages de germanium-silicium sont comparables à ceux des générateurs de faible puissance utilisant les autres matériaux thermoélectriques. Ce qui donne un net avantage aux générateurs thermoélectriques de faible puissance à alliage de germanium-silicium sur tous les autres c'est qu'avec ces générateurs il n'est pas nécessaire de produire de la puissance qui est perdue pour tenter d'obtenir une tension de sortie appropriée.

   Cet avantage se manifeste par une taille généralement plus petite du dispositif global de conversion d'énergie et une fiabilité accrue de ce dispositif. Dans maintes applications des générateurs

  
 <EMI ID=27.1> 

  
le corps humain et les ensembles de communication miniaturisés, ces avantages sont cruciaux. Bien que l'on ait déjà fabriqué auparavant des générateurs thermo-

  
 <EMI ID=28.1> 

  
tement des tensions de sortie assez élevées, il n'a pas été possible jusqu'à présent, même avec de tels alliages, d'étendre jusqu'au domaine des microwatts la gamme des basses puissances qu'il est possible de produire avec des tensions de sortie directe élevées.

  
La présente invention permet une telle extension.

  
 <EMI ID=29.1> 

  
ment réduites, produisant directement une tension élevée à une puissance située dans la plage allant ces microwatts à quelques milliwatts.

  
L'invention a également pour objet un procédé pour fabriquer des thermoélé-

  
 <EMI ID=30.1> 

  
teurs, sans que les matériaux semi-conducteurs soient cassés au cours du processus de fabrication. 

  
 <EMI ID=31.1> 

  
de la description qui va être faite ci-après en se référant au dessin ci-annexé .

  
-Dans ce dessin la figure 1 est une vue de face, en coupe, d'un générateur <EMI ID=32.1>  un radio-isotope comme source de chaleur ; la figure 2 est une vue en perspective d'un lingot en alliage de germanium-silicium coupé en forme de parallélépipède dans lequel on a découpé une lamelle ; les figures 3A à 3F sont des vues de face, en coupe illustrant les différentes étapes d'un exemple particulier de réalisation du procédé selon l'invention ; la figure 4 est une vue en perspecti-

  
 <EMI ID=33.1> 

  
vues de face illustrant les différentes étapes d'un autre exemple particulier de réalisation du procédé selon l'invention ; la figure 6 est une vue en perspective d'une thermopile obtenue selon cet autre exemple particulier de réalisation du procédé selon l'invention ; la figure 7 est une vue de face de l'extrémité chaude de la thernopile selon la figure 6, dans laquelle apparaît une partie des interconnexions ; la figure 8 est une vue de face de l'extrémité froide de la

  
 <EMI ID=34.1> 

  
antérieur. Dans cette figure 1, la référence 1 désigne une therinopile, la référence 2 un connecteur côté chaud et la référence 3 une source de chaleur nucléaire. En 4 on a représenté un boîtier contenant les éléments précédents, un

  
 <EMI ID=35.1> 

  
silicium de types n et p en parallélépipèdes 12 de dimensions adéquates pour réaliser plus de thermoéléments que le nombre requis pour une thermopile donnée.

  
 <EMI ID=36.1> 

  
cessaire pour une thermopile afin de compenser les pertes en cours de fabrication. La dimension du parallélépipède correspondant à la longueur future du thermoélément doit être plus grande que cette dernière pour tenir compte de quelores erreurs de positionnement en longueur des thermoéléments, qui se produisent durant les différentes étapes de fabrication. L'épaisseur et la largeur des parallélépipèdes doivent être suffisantes pour permettre un tranchage ultérieur en un nombre de lamelles déterminé en fonction du nombre de thermoéléments que comporte, dans une rangée donnée, la thermopile une fois terminée.

  
Le matériau brut de germanium-silicium utilisé peut être un alliage quelconque de germanium-silicium sous une forme quelconque par exemple un matériau  obtenu par tirage de cristaux, à partir d'une poudre-comprimée et frittée ou un matériau coulé sous vide. L'alliage de germanium-silicium est dopé pour donner des caractéristiques.de conductivité de typesn et p à un niveau quelconque en utilisant un matériau de dopage quelconque; Les deux sortes de lingots d'alliage

  
 <EMI ID=37.1> 

  
pipèdes. 

  
Les parallélépipèdes 12 d'alliage de , germanium-silicium de types n et p

  
d'épaisseur  sont ensuite découpés en lamelles 14 légèrement plus grande que l'épaisseur désirée pour les thermoéléments dans la thermopile. Si l'épaisseur désirée des thermoéléments est.nettement inférieure à la valeur à laquelle un parallélépipède de germanium-silicium peut être découpé en lamelles avec un bon rendement, c'est-à-dire sans pertes excessives dues aux cassures, on découpe les parallélépipèdes en lamelles d'épaisseur suffisante pour avoir un bon rendement, même si cette épaisseur doit être beaucoup plus grande que celle projetée pour les

  
 <EMI ID=38.1> 

  
Les deux grandes faces 16 de chaque lamelle 14 de germanium-silicium de chaque type p et n sont traitées par une technique quelconque de finition de surface, par exemple par rodage mécanique de manière qu'elles présentent un bon

  
 <EMI ID=39.1> 

  
seur projetée d'un thermoélément dans la thermopile est inférieure à celle permettant la manipulation des lamelles sans une casse excessive, les lamelles d'alliage de germanium-silicium de types p et 1/ sont surfacées que jusqu'à une épaisseur permettant une manipulation sans casse excessive même si ladite épaisseur est plus grande, de manière appréciable, que l'épaisseur projetée des

  
 <EMI ID=40.1> 

  
Les lamelles 14 sont nettoyées en utilisant des méthodes de nettoyage connues telles que des méthodes chimiques, mécaniques et/ou thermiques de manière que leurs surfaces 16 soient exemptes de toutes souillures pouvant être dues

  
à une manipulation normale et/ou aux étapes précédentes du procédé, notamment à des traces de réfrigérant et/ou d'abrasif.

  
En fonction du matériau isolant électrique que l'on désire utiliser pour lier ensemble les lamelles individuelles d'alliage de germanium-silicium dans

  
une thermopile ; il peut être utile d'appliquer un revêtement de surface spécial sur ces dernières, pour augmenter la pénétration et l'adhérence entre l'isolant électrique et l'alliage de germanium-silicium. Si tel est le cas, une méthode chimique connue de dép8t en phase vapeur peut être utilisée pour déposer une

  
 <EMI ID=41.1> 

  
quelques cas il est intéressant de déposer chimiquement en phase vapeur une couche de dioxyde de silicium Si% par dessus la couche de nitrure de silicium.  Dans ce cas la couche de dioxyde de silicium peut avoir une épaisseur plus ou

  
 <EMI ID=42.1> 

  
vient habituellement. Il est à remarquer que, bien que la méthode chimique de dépôt en phase vapeur ait été employée avec succès pour réaliser les dépôts de nitrure de silicium et/ou de dioxyde de silicium, il est possible d'obtenir ces dernières par d'autres méthodes. 

  
On prépare ensuite un mélange de poudre de verre et d'un liquide de transfert. La poudre de verre peut consister en tout verre utilisable comme isolant

  
 <EMI ID=43.1> 

  
re solide constituée en majeure partie par du dioxyde de silicium. Cette matière peut également avoir d'autres constituants tels que d'autres oxydes. Bien que de nombreuses sortes de verre puissent être utilisées, il est important que le verre retenu ait un coefficient de dilatation thermique linéaire voisin de celui de l'alliage de germanium-silicium utilisé dans la thermopile et une température de ramollissement supérieure à la plus haute des températures à laquelle la thermopile est susceptible de fonctionner dans son application envisagée. La résistivité électrique du verre utilisé doit être aussi grande que possible afin qu'il joue réellement de rôle d'un isolant électrique ; sa conductivité thermique doit être aussi basse que possible pour minimiser les pertes thermiques de la thermopile. 

  
Les verres qui ont été utilisés avec succès dans des thermopiles à. alliage de germanium-silicium incluent, notamment mais non exclusivement, les types EE2

  
 <EMI ID=44.1> 

  
type 1720 fabriqué par Corning. Bien qu'une variété de tailles de particules puisse convenir, il est avantageux d'utiliser une poudre de verre ayant des particules aussi petites qu'il est possible de se procurer et dans tous les cas beaucoup plus petites que l'épaisseur finale de 1 isolant électrique séparant les thermoéléments de la thermopile.

  
Le liquide de transfert du mélange peut être un liquide quelconque qui ne réagit pas chimiquenent avec le verre ou l'alliage de germanium-silicium. On doit choisir un produit chimique qui s'évapore sans laisser de résidu. Un produit adéquat est une solution diluée de.nitro-cellulose dans l'acétate d'amyle.

  
La proportion de verre et de liquide dans le mélange peut être variable ; elle dépend de la méthode d'application du mélange sur les lamelles d'alliage de

  
 <EMI ID=45.1> 

  
le mélange consiste en une suspension relativement diluée de poudre de verre dans le liquide de transfert. 

  
Le mélange 18 peut être appliqué sur les lamelles d'alliage de germaniumsilicium en le faisant couler et/ou en l'étalant mécaniquement au moins sur une grande face 16 de chaque lamelle 14 de manière à obtenir une épaisseur supérieu-

  
 <EMI ID=46.1> 

  
élément individuel de la thermopile une fois therminée (figure 3A). Les lamelles
14 ainsi revêtues sont mises à sécher afin que le liquide de transfert du mélan-ge 18 s'évapore et laisse derrière lui les particules de verre. Une technique d'arasage est utilisée pour donner aux lamelles 14 revêtues de poudre de verre séchée une épaisseur uniforme et pour rendre la surface du revêtement de verre parallèle à la surface sous-jacente 16 de la lamelle d'alliage de germaniumsilicium 14. Cette procédure convient normalement si une épaisseur de verre de

  
 <EMI ID=47.1> 

  
dans la thernopile une fois finie. Si on désire une épaisseur plus faible pour réduire les pertes, thermiques, on utilise de manière classique pour l'application du verre la technique suivante de sédimentation.

  
Dans la technique de sédimentation un mélange dilué, c'est-à-dire comportant une grande proportion de liquide de transfert par rapport à celle du verre, est

  
 <EMI ID=48.1> 

  
silicium, lesdites lamelles 14 étant disposées sur le fond du récipient de manière qu'elles ne se chevauchent pas. Le liquide de transfert est ensuite évaporé. Les particules de verre en suspension dans le liquide de transfert se déposent alors uniformément sur le fond du récipient et notamment sur les lamelles 14 d'alliage de germanium-silicium reposant sur. ce dernier. L'épaisseur du verre 18 appliqué sur les lamelles 14 dépend de la quantité de verre contenue dans le liquide de transfert et de la quantité de liquide de transfert mise dans le récipient. Au cours de cette étape, il est important de ne pas remuer le mélange durant l'évaporation et de maintenir la surface supérieure 16 des lamelles 14 de germanium-silicium exactement perpendiculaire à la verticale.

    Cela assure l'uniformité de l'épaisseur du revêtement et le parallélisme de la surface supérieure de ce revêtement avec celle des lamelles d'alliage de germanium-silicium, et supprime le besoin d'un traitement mécanique supplémentaire des lamelles.

  
Selon d'autres méthodes le verre 18 peut également être appliqué sur les lamelles 14 d'alliage de germanium-silicium sous la forme d'une bande ou d'une  mince feuille ou encore selon une technique de dépôt par projection cathodique ou par voie chimique. Si le verre est appliqué mécaniquement par exemple à l'aide d'une bande ou d'une feuille de verre, il doit être. fixé provisoirement aux lamelles d'alliage de' germanium-silicium au moyen d'un agent de fixation qui s'évapore ou se décompose dans un traitement ultérieur sans laisser de résidu.

  
On se réfère maintenant à la figure 3b. Dans-le but de faciliter la manipulation des lamelles, chacune d'elles, une fois revêtue de verre, a son revête- 

  
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ramollit. Le traitement de frittage se fait dans un four à air ; les lamelles sont chauffées au voisinage de la température de ramollissement du verre de manière que les particules .individuelles de verre se collent localement les unes aux autres et à la surface de germanium-silicium. Le but de ce traitement de frittage est uniquement de faciliter la manipulation des lamelles et non d'obtenir un collage total qui résulterait normalement de la fusion complète du verre. Le temps de chauffage utilisé dans cette étape est normalement juste assze long, quelques minutes, pour parvenir à ce but.

  
On prépare ensuite un premier élément composite formé de lamelles d'alliage de germanium-silicium et de -verre. En admettant que l'épaisseur d'un thermoélément individuel dans la thermopile une fois achevée est inférieure à celle des lamelles 14 d'alliage de germanium-silicium recouvertes de verre, on dispose une lamelle d'alliage de germanium-silicium non revêtue de verre sur une lamelle revêtue de manière que la couche de verre 18 soit disposée entre les deux lamel-

  
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tues de verre sont utilisées pour la formation de structures en sandwich 20 de ce type. Les éléments composites 20 formés des lamelles d'alliage de germanium- <EMI ID=51.1>  siliaum empilées en sandwich sont disposes dans des supports/dans un four-a air. On met un poids léger sur le sommet de chaque structure m sandwich ou feuilletée 20. On chauffe alors ces dernières à une température supérieure à la température de ramollissement du verre. Les structures en sandwich 20 sont maintenues à ladite température un temps suffisamment long pour assurer la fusion du verre et son collage .avec les lamelles d'alliage de germanium-silicium. L'utilisation d'un poids sur le sommet de la structure en sandwich 20 facilite le contact entre les couches individuelles de verre et l'alliage de germaniumsilicium. Elle améliore, en règle générale, la qualité du collage.

   Dans certains cas il peut être possible de réaliser cette opération sans l'utilisation d'un poids. La structure feuilletée ou en sandwich 20 est ensuite refroidie jusqu'à la température ambiante à une vitesse permettant de réduire au maximum les risques de cassures dues aux différences de dilatation thermique pouvant exister entre le verre et les lamelles d'alliage de germanium-silicium.

  
Après leur collage à chaud, ces structures en sandwich sont traitées comme les lamelles d'alliage de germanium-silicium dans les opérations précédentes. Cependant; avant que cela soit fait, l'alliage de germanium-silicium qui est disposé de chaque côté de la couche de verre constituant le centre de la structure en sandwich, est réduit en épaisseur par une méthode de finition de surface, par exemple par rodage ou par attaque chimique de manière que chaque lamelle d'alliage de germanium-silicium de la structure en sandwich 20 atteigne l'épaisseur. désirée pour un thermoélément fini (figure 3C). Il est important que la diminution des épaisseurs des tranches d'alliage de germanium-silicium se fasse d'une manière à maintenir le parallélisme entre les deux faces en alliage de germanium-silicium de la structure en sandwich 20.

   La structure en sandwich est alors soumise aux étapes du procédé précédemment décrites et relatives au nettoyage et au revêtement de verre comme- si c'était une simple lamelle d'allia-ge de germanium-silicium (figure 3E). Ces opérations permettent d'obtenir un revêtement de verre sur l'une des faces de.chaque structure en sandwich d'alliage de germanium-silicium. Les différentes structures en sandwich 20 avec leur revêtement de surface en verre 18 sont alors empilées de manière que le revêtement de verre 18 d'une lamelle quelconque 14 d'alliage de germanium-silicium

  
 <EMI ID=52.1> 

  
d'une lamelle d'alliage de germanium-silicium d'une autre structure en sandwich
(figure 3F). En d'autres tenues les structures en sandwich sont empilées de telle manière que les couches de verre alternent avec les couches d'alliage de germanium-silicium. En outre, les structures en sandwich sont empilées, de manière préférentielle, de façon que les lamelles d'alliage de germanium-silicium de types p et n aient une périodicité de une lamelle ou plus en fonction de l'arrangement souhaité pour la thermopile achevée. Par exemple, si tous les thermoéléments de la thermnpile doivent être disposés électriquement en série, les structures en sandwich doivent être empilées de manière que les lamelles de type p et de type n alternent.

   Un arrangement série parallèle des thermoéléments dans la thermopile requiert un empilement des lamelles d'alliage de germaniumsilicium tel que deux lamelles de même type p ou n alternent avec deux lamelles de .type opposé n ou p. Au cours de cette étape un plus haut degré de redondance des circuits peut évidemment être obtenu dans la thermopile en utilisant encore d'autres séquences d'empilement pour les lamelles d'alliage de germanium-silicium. La succession désirée des lamelles de type p et de type n dans 1' empilage peut également être prise en compte dès la fabrication des structures en sandwich ou feuilletées 20. Le nombre de structures en sandwich dans l'empilage 22 doit être le même que le nombre final de thermoéléments le long de l'une des directions de la thermopile une fois achevée.

  
Lorsque les structures en sandwich d'alliage de germanium-silicium ont été empilées de la manière décrite précédemment, l'un des côtés de l'empilage 22 laisse apparaître la face non revêtue d'une lamelle d'alliage de germaniumsilicium tandis que l'autre côté'laisse apparaître la face revêtue de verre d'une autre lamelle d'alliage de germanium-silicium. Une lamelle d'alliage de germaniumsilicium non revêtue de verre est alors placée sur le coté de l'empilage 22 comportant le revêtement de verre de manière que les deux extrémités de l'empilage

  
22 soient constituées par des lamelles d'alliage de germanium-silicium tournées vers l'extérieur (Figure 3F). 

  
L'empilage peut être employé tel quel ou après avoir reçu des isolateurs électriques sur ses deux extrémités. Lorsque des isolateurs électriques sont utilisés, ce sont en général de minces plaques ayant les même dimensions latérales que les lamelles d'alliage de germanium-silicium de l'empilage. Ils sont revêtus sur un côté avec du verre identique ou semblable à celui utilisé dans l'empilement 22. Les faces revêtues des isolateurs sont mises en contact avec les lamelles d'alliage de germanium-silicium placées aux extrémités de l'empilage de manière que le revêtement de verre se trouve entre chaque isolateur et la tranche d'alliage de germanium- silicium constituant l'extrémité de l' empilage 22.

   Biea que de nombreux autres matériaux verres ou céramiques puissent être utilisés pour les isolateurs électriques disposés aux extrémités de l'empilage, il a été trouvé que de minces feuilles de Pyrocéram donnent tout à fait satisf action.

  
L'empilage est alors collé à chaud de la manière décrite précédemment lors du collage à chaud des structures en sandwich 20. On doit remarquer que l'on peut utiliser des verres de compositions différentes ou identiques pour la formation des structures en sandwich et pour celle de l'empilage constituant le premier assemblage scellé. En effet, il a été trouvé que le traitement utilisé pour la fomation du premier assemblage scellé n'avait en général pas d'effet néfaste sur le collage des structures en sandwich.

  
On peut alors réaliser les connexions appropriées aux extrémités des lamelles 14 d alliage de germanium-silicium formant les thermoéléments pour obtenir les combinaisons désirées série ou parallèle des thermoéléments. Cependant, dans le cas des thermppiles très petites, les étapes précédentes du procédé doivent être répétées sur l'empilement 22 comme si c'était l'un des lingots initiaux 10 représentés à la figure 2. Ainsi, 1'Empilement 22 est découpé en tranches 24

  
 <EMI ID=53.1> 

  
ensemble par un traitement thermique de la manière précédemment décrite.

  
La tranche composite 26 réslutant de cet assemblage en sandwich est soumise à un traitement de surface, tel par exemple qu'un rodage, pour obtenir l'épais-

  
 <EMI ID=54.1> 

  
épaisseur beaucoup plus mince qu'il ne serait possible autrement. La tranche composite 26 est alors revêtue d'une couche de verre agglomérée (figure SE). Il résulte de la répétition de l'empilement décrit en référence à la figure 3F un second assemblage 28 (figure 5F) ou thermopile finie-mais démunie de connexion. En préparant les tranches composites 26 pour la deuxième étape d'assemblage on  doit prendre soin de les aligner correctement dans l'empilement 28 avant leur collage final. A ce moment il est important d'aligner les tranches composites déjà formées de thermoéléments de types p et n alternés, de manière à obtenir

  
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thermopile. Par exemple, si tous les thermoéléments sont à connecter en série dans la thermopile, il est nécessaire que les thermoéléments de type p et de type n soient alternés lorsque les tranches composites sont empilées en- un second assemblage. Le verre utilisé pour le collage de l'empilement des tranches composites lors de la réalisation du second assemblage peut être le même que celui utilisé pour la préparation du premier empilement ayant abouti aux tranches composites. Ce peut également être un verre de composition différente ayant une température de ramollissement plus basse.

  
Dans la répétition de l'étape finale du procédé, étape précédent l'achèvement du deuxième assemblage, l'une des pièces latérales par exemple en Pyrocéram, jouant le rôle d'isolateur électrique, est remplacée par une mince lamelle d'alliage de germanium-silicium de n'importe quel type p ou n. Cette lamelle 30 doit avoir une épaisseur comparable ou légèrement supérieure à celle de l'isolateur électrique placé à l'autre extrémité de l'empilage. Dans chaque cas, son épaisseur doit être la plus faible possible bien qu'elle puisse être supérieure à celle d'un thermoélément individuel.

   Avant de la sceller à l'empilage 28 formant le second assemblage, la lamelle de germanium-silicium 30'est traitée de manière analogue aux lamelles 18 jouant le rôle d'isolateurs électriques utilisées avec l'empilage 22 (figure 3F) formant le premier assemblage ; le traitement consiste à revêtir l'une des faces de la lamelle 30 avec du verre d'une manière analogue à ce qui est fait pour la lamelle jouant le rôle d'isolateur électrique disposée à l'autre extrémité de l'empilage 28 conformément au procédé décrit précédemment. Ainsi l'empilage 28, formant le deuxième assemblage a, une fois terminé, un isolateur électrique sur trois de ses faces latérales et une lamelle d'alliage de germanium-silicium srr la quatrième (figures 6, 7 et 8).

  
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ensuite rodées de manière à les rendre parallèles entre elles et à leur donner une longueur totale égale à celle souhaitée pour les thennoéléments de la thermopile une fois terminée. Les deux extrémités de la thermopile qui doivent être ainsi rodées, sont celles où apparaissent à nu les extrémités des thermoéléments individuels en alliage de germanium-silicium. Au cours du rodage, il est important d'examiner avec une grande attention et en permanence la thermopile pour détecter les imperfections et les vides soit dans le verre soit aux jonctions verre alliage de germanium-silicium sur ces deux extrémités de la thermopile. Si des vides ou des défauts sont détectés à l'une quelconque des extrémités de la thermopile avant l'obtention de la longueur désirée, il est nécessaire de soumettre la thermopile à un traitement dénommé rattrapage.

   Le traitement consiste

  
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verre en utilisant une technique d'application semblable à l'une de celles précédemment décrites, à coller le verre sur l'extrémité de la thermopile grâce à un four à air portant la thermopile à une température supérieure à celle de ramollissement du verre utilisé. La couche de verre est ensuite rodée jusqu'à ce qu'elle laisse apparaître à nu les extrémités des thermoéléments individuels. Les vides ou imperfections originaux doivent alors être comblés à l'aide du. verre additionnel introduit. Si ce n'est pas le cas le traitement de rattrapage doit être recommencé une seconde et éventuellement plusieurs autres fois. Le rodage et les traitements de rattrapée sont répétés jusqu'à ce que la thermopile ait atteint la longueur souhaitée et que tous les vides et défauts aient été réduits à des niveaux admissibles.

   Le verre utilisé dans le traitement de rattrapage peut être le même que celui utilisé dans la thermopile ou un verre ayant une température de ramollissement inférieure à celle du verre utilisé dans la thermopile. Le but du traitement de rattrapage est de supprimer tout vide dans la structure qui autrement causerait des court-circuits des pontages indésirables entre les extrémités des thermoéléments une fois les connexions établies.

  
La couche de germanium-silicium 30 est ensuite enlevée par attaque chimique., sablage ou équivalent, pour réaliser deux zones latérales de contact 30'

  
à l'extrémité froide de la thermopile. Ces zones de contact sont situées sur l'extrémité des thermoéléments dans un circuit série à construire. Elles sont cependant isolées de celui-ci par une couche de verre 18. En vue du montage des conducteurs de sortie on découpe des rainures longitudinales 32 dans les zones de contact 30' (figures 7 et 8). Ces rainures 32 doivent être taillées de manière qu'elles ne traversent pas entièrement la couche d'alliage de germaniumsilicium 30' et ne pénètrent qu'en partie dans l'épaisseur totale de ladite couche. 

  
 <EMI ID=58.1> 

  
tous les thermoéléments étant alors disposés en série, soit un circuit à redondance multiple, les différents thermoéléments étant interconnectés selon un

  
 <EMI ID=59.1> 

  
les thermoéléments. Ces deux méthodes sont décrites ci-après dans les parties A et B.

  
 <EMI ID=60.1>  basse, des mélanges eutectiques avec les alliages de germanium-silicium ou qu'ils réagissent chimiquement avec ces derniers à haute température, il est nécessaire de connecter les thermoéléments individuels à une ou aux deux extrémités de la  thermopile au moyen de contacts semi-conducteurs si l'une ou les deux extrémités de la thermopile sont destinées à être utilisées à des températures excédant celles admises pour des contacts métal-alliage germanium-silicium. Un contact semi-conducteur pour deux thermoéléments en alliage de germanium-silicium utilise soit du silicium soit du germanium soit un alliage de germanium-silicium.

   Dans chacun de ces cas, le matériau de contact, que ce soit du silicium) du germanium ou un alliage de silicium et de germanium est dopé, en règle générale, de manière à obtenir des valeurs élevées de conductivité électrique. Même si' cela se fait habituellement, ce n'est pas indispensable si le contact est destiné à être utilisé à une température élevée car les matériaux mentionnés possèdent à haute température des valeurs élevées de conductivité électrique même

  
 <EMI ID=61.1> 

  
tels contacts semi-conducteurs aux extrémités de la thermopile. La première méthode utilise l'évaporation, la pulvérisation cathodique ou le dépôt chimique du matériau directement sur l'extrémité de la thermopile. La couche évaporée, pulvérisée ou déposée chimiquement doit avoir une épaisseur suffisante pour réduire au maximum la résistance électrique de la couche de contact. Bien qu'il n'y ait pas de règle absdue pour déterminer cette épaisseur, on admet que la ré-

  
 <EMI ID=62.1> 

  
ou déposée chimiquement soit aussi bonne que possible, il est important d'opérer avec une propreté absolue. Par exemple, si les matériaux de contact sont projetés sur les extrémités de la thermopile on procède couramment à une opération de bombardement ionique avant de procéder au dépôt des matériaux de contact. Dans la mesure où la couche évaporée, pulvérisée ou déposée chimiquement s'étend de manière continue sur l'extrémité de la themopile, il est nécessaire

  
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peut être fait de diverses manières. Par exemple, le dépôt initial du matériau de contact peut être réalisé à travers un masque qui permet au matériau de ne

  
se déposer qu'en des emplacements déterminés sur les extrémités de la thermopile. Dans ce cas le masque est préparé au préalable par des techniques de photogravure. Il est également possible de photograver la couche complète de matériau déposée sur les extrémités de la thermopile en utilisant les techniques de masquage et de photogravure classiques. Selon une alternative, une couche continue d'un matériau de contact quelconque disposée, sur les extrémités de la thermopile peut être divisée en éléments de circuits par des techniques mécaniques telles que, sablage, trusquinage, rainurage, contrôlés avec précision.

  
La deuxième méthode pour appliquer des contacts semi-conducteurs aux extré-

  
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de l'ordre de quelques dizaines, à quelques centaines de microns.

  
Le silicium ou l'alliage de germanium-silicium peut être dopé bien que cela ne soit pas nécessaire. La feuille de ce matériau qui est obtenue par tranchage, rodage ou gravure reçoit sur l'une:. de ses faces un dépôt de germanium par une méthode d'évaporation, de projection cathodique ou par voie chimique. La couche de germanium est déposée sur une épaisseur de quelques milliers

  
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électrique élevée,..mais cela n'est pas nécessaire. A la place du germanium il est possible d'utiliser un alliage de silicium et de germanium, la seule restriction étant que cet alliage renferme plus de germanium que la feuille de ma-

  
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de silicium et de germanium. La feuille de matériau avec d'un côté sa couche de silicium ou d'alliage de germanium-silicium peut être mise en contact avec les extrémités de la thermopile de deux manières. Premièrement des morceaux de la

  
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nière qu'une pression modérée assure lé contact entre les feuilles placées aux extrémités de la thermopile et la thermopile elle-même. La feuille est disposée de telle façon que le revêtement de germanium ou de germanium-silicium soit sur la face venant au contact de la thermopile. Cet assemblage est.alors disposé dans un four à vide ou à atmosphère inerte et chauffé à une température dépassant légèrement la température de fusion de la couche de germanium ou

  
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température dépendant du matériau utilisé pour le revêtement des feuilles de contact. Le four ne marche que quelques minutes juste assez pour que le revêtement des feuilles de contact fonde, puis est refroidi jusqu'à la température ambiante. Les feuilles en contact avec les extrémités de la thermopile sont alors soudées.

  
Les éléments de circuit 34 sont gravés aux extrémités de la thermopile par l'une des techniques décrites précédemment. En effet, des techniques mécaniques de rainurage, de sablage ou de trusquinage peuvent être utilisées. Quelle que soit la technique employée, un masque réalisé au préalable est utile dans ce procédé, d'autant plus que les thermoéléments individuels sont maintenant cachés et non visibles. La deuxième méthode pour fixer les contacts 34 sous forme de

  
 <EMI ID=69.1> 

  
mécaniquement la feuille préalablement revêtue de germanium ou d'un alliage de germanium-silicium, en ponts de liaison individuels ayant exactement la dimension requise. La feuille peut être divisée pour former ces ponts par tout procédé pouvant convenir, de rainures, sciage, découpe en tranches, ou gravure, ou autre. Les ponts de liaison individuels sont disposés au-dessus des extrémités de la thermopile, dans leur position déterminée, faisant ainsi contact entre deux thermoéléments individuels, ou plus, selon la redondance de circuit souhaitée de la thermopile. Les'ponts sont disposés de telle manière que le revêtement de germanium ou d'alliage de germanium-silicium soit du côté du . pont en regard de la thermopile.

   En vue de maintenir mécaniquement les ponts sur la themopile avant la liaison, il est courant d'utiliser un agent de fixation pour maintenir en place les ponts de liaison individuels. L'agent de fixation doit se décomposer ou s'évaporer pendant l'opération de soudure sans

  
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plusieurs extrémités .de la thermopile, on exerce une pression sur les ponts de liaison pour leur mise forcée en contact intime avec la thermopile pendant la liaison. La pression peut être exercée soit au moyen de poids soit au moyen de ressorts. Cn soumet alors la themopile à une séquence de soudure, dans un four à vide ou à atmosphère inerte, en chauffant la thermopile à une température supérieure à la température de fusion du revêtement de germanium ou d'alliage

  
de germanium-silicium des ponts de liaison. Le refroidissement de la thermopile à une température ambiante produit une soudure entre les ponts de liaison et les thermoéléments de la thermopile.

  
B. Une autre méthode pour connecter électriquement entre eux les thermoéléments dans une thermopile fait appel à des contacts métalliques plutôt qu'aux contacts en matériau semi-conducteur mentionnés.

  
On peut employer comme matériau de contact tout métal qui ne fond pas, ou qui ne forme pas un mélange cutectique à bas point de fusion avec l'alliage de germanium-silicium ou-le verre de la thermopile, à la température la plus élevée, ou au-dessous de cette température la plus élevée, à laquelle la thermopile est destinée à être utilisée ou ultérieurement mise en oeuvre. Bien qu'il soit parfois souhaitable de choisir des métaux qui ont des coefficients de dilatation thermique linéaire assez proches de ceux de l'alliage de germanium-silicium

  
et du verre de la thermopile, ceci n'est pas vraiment nécessaire. La résistivité électrique du métal doit être très basse, mais tout défaut à cet égard peut être effectivement éliminé en utilisant des couches de métal plus épaisses. D'une manière générale, les résistances du métal et de l'interface métal-alliage de germanium-silicium d'une thermopile doivent être très basses par rapport aux résistances des thermoéléments. Le métal peut être appliqué aux deux extrémités de la thermopile de plusieurs manières. Par exemple, une couche métallique d'épaisseur de quelques microns, ou plus, peut être appliquée par dép8t chimique,

  
 <EMI ID=71.1> 

  
forme de feuilles minces qui sont placées sur les extrémités de la thermopile, maintenues par pression sur les faces terminales de la thermopile et qui sont amenées à réagir avec la thermopile dans un four à vide ou à atmosphère inerte porté à une température suffisante pour former une liaison entre elles et les

  
 <EMI ID=72.1> 

  
nécessaire de définir..la configuration du circuit souhaité en retirant le métal

  
 <EMI ID=73.1> 

  
désiré. Ceci peut être effectué par utilisation de moyens mécaniques ou chimiques tels que rainurage, sablage, ou photogravure. Dans ce but il est préférable d'utiliser diverses techniques de masquage. Alternativement, les faces terminales de la thermopile peuvent être métallisées à travers un masque qui est déjà conforme à la configuration du circuit désiré. Dans le cas de gros contacts métalliques, les ponts de liaison individuels peuvent être préparés individuellement et placés sur les extrémités de la thermopile dans leurs positions désirées, fixées temporairement au moyen d'un agent qui se décompose ou s'évapore sans laisser de résidu, maintenus avec pression et puis liés avec les thermoéléments en alliage de germanium-silicum au moyen d'un four à atmosphère inerte ou à vide porté à une température appropriée.

  
Dans tous les cas, il est nécessaire d'observer des conditions d'absolue propreté. En général, de bons contacts sont effectivement réalisés si les surfaces à mettre en contact sont aussi propres que possible. Pour cette

  
raison, par exemple, dans le cas de contacts pulvérisés, la meilleure façon consiste à soumettre les deux extrémités de la thermopile à un bombardement ionique avant de déposer le métal. Des procédés chimiques, mécaniques ou thermiques de nettoyage peuvent également être utilisés. On a constaté parfois que, lorsqu'un métal est déposé sur une surface d'un matériau semi-conducteur

  
à une température inférieure à celle à laquelle une réaction se produit entre

  
le métal et le matériau semi-conducteur, il est nécessaire, par la suite, de chauffer l'interface métal semi-conducteur à une température à laquelle la

  
 <EMI ID=74.1> 

  
faible au niveau de l'interface. Ceci est tout. particulièrement vrai pour des contacts faits par pulvérisation, évaporation ou dépôt chimique et en conséquence il est parfois nécessaire de chauffer la theraopile dont les contacts sont

  
déjà réalisés, à des températures appropriées pendant une courte durée dans un four à atmosphère inerte où à vide, de manière qu'il soit possible d'obtenir

  
des contacts à résistance électrique faible. Les contacts entre thermoéléments sont disposés de manière que tous les thermoéléments soient dans une configuration de circuit désirée, soit en série, soit selon un mode série-parallèle.

  
 <EMI ID=75.1> 

  
thermopiles comprennent de manière non limitative, le tungstène, le molybdène, le nickel, le fer et l'aluminium.

  
En vue de protéger les circuits électriques aux extrémités de la thermopile, des couches, isolantes électriquement sont fixées sur ces circuits de manière qu'ils soient totalement isolés électriquement des surfaces extérieures de la thermopile, exception faite pour les conducteurs électriques ou les surfaces de sortie (c'est-à-dire les portions de lamelles en alliage de germanium- <EMI ID=76.1> 

  
circuit). Ceci peut être obtenu par diverses méthodes. Une couche de verre 18 peut être déposée sur les extrémités de la thermopile par dép8t chimique ou pulvérisation, et même éventuellement par évaporation. Alternativement, .il est possible d'appliquer du verre sur les extrémités de la thermopile par les techniques précédemment décrites se rapportant à l'application de la poudre

  
de verre.et ensuite de le faire coller en chauffant la thermopile au-delà de

  
la température de-ramollissement du verre. Bien que l'on puisse réaliser cette étape dans un four à vide ou à atmosphère inerte, elle est de préférence effectuée dans un four à air du fait que les verres tendent à se décomposer quand ils sont fondus ou ramollis dans une atmosphère déficiente en oxygène.

  
On a constaté que, -même dans le cas de contacts métalliques qui sont extrêmement sensibles à l'oxydation, tels que des contacts qui sont en métaux réfractaires, le scellement des extrémités de la thermopile peut être obtenu avec succès en présence d'air sans effet dommageable pour les contacts.

  
Une méthode, selon une variante, pour isoler électriquement les éléments de circuit aux extrémités de la thernopile emploie des substrats minces d'alliage de germanium-silicium, de silicium, ou de tout autre matériau résistant à haute température, tel que le matériau connu sous la dénomination "Pyrocéram". Le substrat est recouvert de verre, de la manière décrite ci-avant. Le verre est aggloméré sur le substrat et le substrat est disposé sur les extrémités de la  thermopile de sorte que la couche de verre soit située entre le substrat et le circuit électrique aux extrémités de la thermopile. On applique le substrat avec pression sur l'interface de la thermopile au moyen de poids ou de ressorts et la structure entière est mise dans un four porté à une température supérieure à la température de ramollissement du verre utilisé sur le substrat.

   Ici encore un four à air est plus efficace: 

  
Le.verre utilisé pour le scellement des extrémités de la thermopile peut être

  
 <EMI ID=77.1> 

  
dans la thermopile et dont la température de ramollissement est égale ou inférieure aux températures de ramollissement des autres verres déjà utilisés dans la thermopile. En fait on peut employer l'un quelconque des verres utilisés dans la thermopile. Lorsque les extrémités de la thermopile ont été scellées, selon le procédé décrit, il est parfois souhaitable de rendre les extrémités complètement plates et/ou parallèles les unes aux autres. Ceci peut être obtenu par tout procédé convenable à cet effet, tel que rodage mécanique ou traitement chimique approprié.

  
On peut souhaiter que des conducteurs électriques de sortie 38 soient fixés à la thermopile. Ceci est généralement, mais pas toujours, effectué car il est possible d'utiliser des conducteurs de sortie connectés par pression qui ne font pas partie intégrante de la thermopile. Si des conducteurs de sortie sont fixés, ils peuvent être fixés par une ou l'autre des deux méthodes suivantes. La première méthode consiste à placer les extrémités de deux fils ou rubans métalliques dans les rainures partielles 32 effectuées sur la lamelle 30' en alliage de germanium-silicium et à les fixer par des moyens mécaniques, tels que des colles "époxy", des ciments, ou des clips. Le seul maintien forcé des extrémités des conducteurs de sortie dans les rainures peut être suffisant pour .les maintenir en place.

   Il est important que chacun des fils de conducteur 38 soit en contact électrique avec sa lamelle 30' en alliage de germanium-silicium de manière qu'ils servent réellement de bornes de sortie.

  
L'insertion d'une couche métallique ou pâte entre les fils conducteurs et la lamelle en alliage de germanium-silicium, tel que de l'indium ou une pâte électriquement conductrice, améliore parfois le contact entre les conducteurs et la lamelle en alliage de germanium-silicium.

  
La deuxième méthode pour fixer les fils conducteurs à la thermopile consiste à placer des fils ou rubans métalliques 38 dans les deux rainures de sortie 32 et à chauffer la thermopile à la plus basse des deux températures auxquelles le métal forme un mélange eutectique avec le. silicium et le germanium. Il en résulte une réaction partielle entre le métal et l'alliage de germanium-silicium et de bons contacts électriques. On applique quelquefois une pression sur l'interface entre les fils métalliques conducteurs et l'alliage de germaniumsilicium pendant le cycle de chauffage. Ce procédé peut être mis en oeuvre soit avec air, sous vide, ou en atmosphère inerte.

  
On peut parfois placer une couche de verre au-dessus des fils conducteurs avant le cycle de chauffage pour tirer profit de l'augmentation de résistance donnée à la jonction des fils et de l'âliage de germanium-silicium., par le

  
 <EMI ID=78.1> 

  
conducteurs lorsque ces fils sont mis dans les rainures. Le verre utilisé dans ce but doit présenter une température de ramollissement inférieure ou égale

  
à la température la plus basse à laquelle les fils métalliques constituent

  
 <EMI ID=79.1> 

  
est, de préférence, appliqué selon les étapes du procédé décrit ci-avant et peut être appliqué en quantité suffisante pour recouvrir totalement les ponts de sortie en alliage de germanium-silicium de la thermopile. De cette manière, la totalité de la surface externe de la thermopile, exception faite des

  
 <EMI ID=80.1> 

  
Bien que pratiquement tout métal puisse être utilisé pour les conducteurs de sortie, de préférence, les métaux utilisés sont choisis parmi le tungstène, le platine, le nickel et le fer. 

  
Une méthode quelque peu différente, selon une variante, pour la fixation des conducteurs de sortie à la thernopile implique une modification apportée au procédé utilisé pour la liaison du deuxième assemblage. Au lieu de remplacer l'un des isolateurs situé sur les bords du deuxième empilage par une 'lamelle en alliage de germanium-silicium, le deuxième empilage est assemblé avec tous les isolateurs mis en position. Ainsi qu'il est expliqué ci-avant, les isolateurs électriques sont recouverts d'un coté d'un revêtement de verre et c'est cette face de chaque isolateur qui est adjacente aux tranches composites en alliage

  
de germanium-silicium et en verre du deuxième empilage. Le deuxième assemblage est alors traité ainsi que.décrit ci-avant.

  
Après la constitution du deuxième assemblage, deux fils métalliques de faible diamètre sont fixés à l'un des deux isolateurs électriques, sur la surface supérieure et sur la surface inférieure du deuxième assemblage. La liaison est effectuée de telle manière que les deux fils soient parallèles l'un à l'autre, bien que séparés, et qu'ils s'étendent dans la même direction que les thermoéléments dans la thermopile. Les deux fils sont fixés sur des distances relativement courtes le long du bord de la thermopile ; la zone de liaison est, cependant, de longueur suffisante pour conférer aux fils une fixation mécanique convenable au bord de la thernopile. La zone de liaison est située au voisinage d'une extrémité de la. thermopile, les fils étant complètement noyés dans le verre utilisé dans la liaison.

   Le verre utilisé à cet effet peut être un verre quelconque qui a une température de ramollissement égale ou inférieure à celle du verre

  
 <EMI ID=81.1> 

  
pile. Les extrémités libres des fils se prolongent au-delà de la thermopile, depuis un point situé sur le bord de la thermopile ; ces extrémités de fils sont utilisées en tant que bornes de sortie. Pendant la liaison des deux fils, la thermopilc est soumise au rodage. Pendant cette étape, au cours de laquelle des opérations de rattrapage-sont effectuées de temps à autre, si nécessaire, les extrémités des deux fils métalliques doivent affleurer la surface de l'une des extrémités de la thermopile et doivent rester visibles. 

  
Pendant l'étape d'interconnexion du circuit, décrite ci-avant, ces conducteurs de sortie sont connectés sur les thermoéléments correspondants. On notera

  
 <EMI ID=82.1> 

  
l'extrémité de la thermopile qui présente des conducteurs de sortie obtenus par cette étape opératoire. L'autre extrémité de la thermopile peut, cependant, utiliser des connexions en semi-conducteur, si on le souhaite. Si une lamelle en alliage de germanium-silicium est liée à une face de la thermopile, il est possible d'utiliser des interconnexions en semi-conducteur entre thermoéléments aux deux extrémités de la thermopile. Comme précédemment, bien que pratiquement tout métal puisse être utilisé pour les deux fils métalliques liés au bord de la thermopile, les métaux utilisés de manièré préférentielle sont le tungstène, le platine, le nickel et le fer..

  
Les termes et expressions qui ont été employés, l'ont été à titre d'exemples

  
 <EMI ID=83.1> 

  
termes et expressions n'exclut pas des équivalents en regard des caractéristiques données et décrites, ou de certaines d'entre elles, de nombreuses modifications sont possibles dans le cadre de la présente invention.

  
Le procédé selon l'invention est, en outre, illustré par l'exemple suivant :

  
1. Des alliages de types n et p à 80 % de Si et 20 % de Ge pressés à chaud sont sciés en parallélépipèdes de dimensions 2,44 x 1,524 x 1,295 cm. Les alliages de germanium-silicium, des deux types n et p, sont dopés avec du phosphore et

  
du bore respectivement, pour présenter une résistivité électrique à température ambiante de l'ordre de 1 milliohm - centimètre.

  
2. Les parallélépipèdes en alliage de germanium-silicium de types n et p, sont alors découpés en lamelles de dimensions 0,020 x 2,44 x 1,295 cm.

  
3. Les lamelles en alliage de germanium-silicium de types n et p sont rodées pour présenter des dimensions 0,016 x 2,44 x 1,295 cm.

  
4. Toutés les lamelles sont nettoyées par ultrasons successivement dans les solvants suivants : eau distillée, alcool isopropylique et trichlorétylène.

  
5. Du verre de type CV 635 fabriqué par Kimble est ensuite réduit par broyeur

  
à boulets en poudre dont la taille des particules est inférieure à celle des particules de 400 mesh (norme USA).

  
6. Un mélange de poudre de verre avec un agent de transfert liquide est préparé par mélange de la poudre de verre, d'acétate d'éthyle et d'alcool isopropylique dans les proportions suivantes : 17 ni d'alcool isopropylique et d'acétate d'éthyle respectivement et 0,671 gramme de verre. 

  
7. Six lamelles en alliage de germanium-silicium sont alors disposées sur une plaque d'aluminium de 0,635 cm d'épaisseur qui présente une surface latérale suffisamment grande pour recevoir les six lamelles de telle manière que ces lamelles ne se chevauchent pas. La plaque d'aluminium a 18 saillies de 0,0254 cm de hauteur sur sa surface ; les lamelles en alliage de germanium-silicium reposent sur ces saillies de manière que trois saillies supportent chaque lamelle. Les lamelles sent maintenues mécaniquement sur les saillies par une fine couche de photoresist (résine photosensible), connu sous la marque KÏIER et fabriqué par

  
 <EMI ID=84.1> 

  
aluminium est placé *au fond d'un récipient cylindrique en verre de marque Pyrex, qui a un diamètre intérieur de 6,4 cm et une hauteur 1, 0 cm.

  
9. Le mélange du verre et du liquide de transfert est versé dans le récipient

  
 <EMI ID=85.1>  verre sur les lamelles d'alliage de germanium-silicium dans le récipient.

  
10. Quand la sédimentation est terminée, le liquide de transfert peut alors

  
être évaporé, ceci est effectué rapidement en plaçant le plat sous une lampe chauffante.

  
11. Le revêtement de verre sur les lamelles en alliage de germanium-silicium

  
est fritté en chauffant les lamelles dans un four à air à 6250 C pendant sept minutes.

  
12. Six structures- en sandwich sont alors réalisées en disposant six lamelles

  
en alliage de germanium-silicium de type p non recouverte au-dessus des

  
surfaces recouvertes de verre des six lamellés en alliage de germanium-silicium de type n qui ont été frittées dans l'étape précédente.

  
13. Les structures en sandwich sont collées en les plaçant dans un four 1 air

  
à 690[deg.] C pendant 30 minutes. Pendant le cycle de liaison un poids en acier inoxydable de 271 grammes est disposé sur chaque structure en sandwich.

  
14. Chaque structure en sandwich assemblée est ensuite rodée-de telle manière

  
que l'épaisseur des deux lamelles en alliage de germanium-silicium de chaque sandwich soit de 0,0038 cm et de sorte que les grandes surfaces latérales du sandwich soient parallèles (la couche de verre de chaque sandwich a environ

  
0,0051 cm d'épaisseur).

  
15. Les étapes opératoires 6 à 11 sont répétées à nouveau avec les six structures en sandwich, en s'assurant que le verre est déposé sur la lamelle de l'alliage

  
de germanium-silicium de type n.

  
16. Les étapes opératoires 6 à 15 sont répétées à nouveau avec un nombre suffisant de lamelles en alliage de germanium-silicium de types n et p, pour fabriquer

  
la thermopile finale, en admettant quelques pertes au cours du processus.

  
17, Un bloc de verre de type 1720 fabriqué par Corning est alors scié pour obtenir deux plaques de dimensions.2.,43 x 1,295 x 0,22 cm.

  
18. Un mélange est préparé conformément à l'étape opératoire 6.

  
19, Une face de chacune des deux lamelles en verre de type 1720 est recouverte

  
 <EMI ID=86.1> 

  
20. Un empilage de dix-structures en sandwich est à nouveau formé de telle sorte que la face revêtue de verre de chaque structure en sandwich soit attenante à la face non revêtue de verre du sandwich voisin et de telle sorte que le sandwich le plus au fond ait sa face non revêtue de verre vers l'extérieur. Un sandwich non revêtu de verre est disposé au-dessus de l'empilage. Les deux lamelles revêtues de verre de type 1720 sont disposées au-dessus et en-dessous de l'empilage de sorte que le verre soit adjacent aux sandwiches d'extrémité de <1>'empilage. 

  
21: L'empilage des sandwiches et des lamelles en verre de type 1720 est collé dans un four à air à 6900 C pendant 30 minutes ; un poids en acier inoxydable de 271 grammes étant placé sur l'empilage.

  
22.Les étapes opératoires 16 sont répétées avec un empilage lié selon l'étape opératoire 21 ; l'empilage remplace maintenant les parallélépipèdes en  alliage de germanium-silicium de l'étape opératoire 1. Le découpage en lamelles de l'empilage dans l'étape opératoire 2 est effectué dans une direction perpendiculaire aux grandes surfaces des lamelles en alliage de germanium-silicium dans l'empilage. 

  
23. Deux lamelles en alliage de germanium-silicium sont coupées aux dimensions 2,43 x 0,6465 x 0,0254 cm et sont chacune recouverte d'un coté de verre de type 635 conformément aux étapes opératoires 6 à 11. 

  
24. Les structures en sandwich obtenues à partir de l'étape opératoire 22 sont empilées de la même manière que dans l'étape opératoire 20&#65533; mis à. part que les plaques d'extrémité en verre de type 1720. sont maintenant remplacées par des lamelles en alliage de germanium-silicium de l'étape opératoire 23 et que, au lieu des 11 structures en sandwich, l'empilage comporte maintenant 12 structures en sandwich. Pendant l'empilement le type de polarité des thermoéléments est choisi de manière alternée dans toute ligne verticale de thermoéléments en allant de bas en haut de l'empilage. 

  
 <EMI ID=87.1> 

  
opératoire 21, mis à part que le poids de 271 grammes est remplacé par un poids de 216 grammes. 

  
26. Les extrémités de la thermopile sont ensuite rodées de manière que la

  
 <EMI ID=88.1> 

  
27. S'il existe des vides dans les interfaces entre thermoélément et le verre aux extrémités de la thermopile, on dépose par sédimentation sur les extrémités de la thermopile plus de verre de type CV 635 et le verre est fondu et

  
collé par passage au four à air à 6900 C pendant 30 minutes. Les extrémités de la thermopile sont de nouveau rodées jusqu'à ce que les extrémités de la thermopile soient mises à nu. Cette étape opératoire est répétée jusqu'à ce que le nombre et la dimension des vides soient réduits au minimum.

  
28. Les deux lamelles en alliage de germanium-silicium sont rainurées aux deux bords opposés de la thermopile en effectuant cinq traits de scie équidistants (perpendiculairement aux thermoéléments) et un trait 'de scie (parallèlement aux thermoéléments) dans chaque lamelle, de 'sorte que chaque lamelle soit complètement sectionnée à chaque trait de scie., les traits de scie ne pénètrent  cependant pas au-delà du verre qui sépare les lamelles en alliage de. germaniumsilicium du reste de' la thermopile.

  
29. Un masque photographique d'un circuit électrique série pour chaque extrémité de la thermopile est préparé de sorte que tous les thermoéléments soient

  
 <EMI ID=89.1>  en alliage de germanium-silicium sur les deux faces latérales de la thermopile.

  
30. Les deux extrémités de la thermopile qui laissent à nu les extrémités des thermoéléments sont nettoyées par bombardement ionique dans des conditions de vide très poussé pendant 20 minutes. Une couche de tungstène de 1,5 micron d'épaisseur est alors.projetée à chaque extrémité,

  
31. En utilisant des techniques classiques de photogravure, le tungstène sur chaque extrémité de la thenaopile est gravé selon la configuration du circuit électrique souhaité par enlèvement de tout le tungstène inutile.

  
32. Deux lamelles en alliage de germanium-silicium dont les dimensions latérales sont égales à celles des extrémités de la thernopile et dont l'épaisseur est de 0,169cm sont préparées et chacune des lamelles est recouverte sur un de

  
 <EMI ID=90.1> 

  
33' Les lamelles en alliage de germanium-silicium sont portées à 6700C pendant cinq minutes dans un four à air.

  
34. Les lamelles en alliage de germanium-silicium sont collées aux deux

  
 <EMI ID=91.1> 

  
un poids de 100 grammes étant disposé sur la thermopile -pendant le collage.

  
35. Les deux bords de la thermopile, sur lesquels les lamelles en verre de type 1720 ont été collées, sont rodés de sorte que l'épaisseur du verre de type
1720 soit réduite de 0,2248cm à 0,0127cm. Les deux bords de la thermopile, sur lesquels les lamelles en alliage de germanium-silicium sont fixées, sont alors

  
 <EMI ID=92.1> 

  
soit réduite à 0,0127cm. Les deux extrémités de la thermopile sont enfin rodées de sorte que les lamelles en alliage de germanium-silicium situées aux extrémités de la thermopile soient totalement éliminées, sans que le verre initialement situé entre ces lamelles et les extrémités de la thermopile soit réduit en épaisseur.

  
36. La tension de sortie est obtenue soit au moyen de contacts à pression soit au moyen de conducteurs montés dans des rainures de la manière décrite ciavant en regard de la figure 8.

  
Alors que dans la description ci-avant, on a indiqué que, dans le but de  réduire les lamelles en alliage de germanium-silicium à la minceur appropriée il est nécessaire de former une structure en sandwich de lamelles Si-Gc collées sur l'une ou l'autre des faces par une couche intermédiaire de verre qui confère la rigidité de structure nécessaire pour supporter l'opération de rodage, dans  d'autres méthodes on peut ne soumettre que la structure feuilletée 26 à cette opération de rodage du sandwich, la structure feuilletée 26 ayant initialement été réalisée 'par la méthode classique pour présenter des dimensions relativement importantes.

  
Un avantage important découlant de la.'possibilité de réaliser des thermopi-les de petite taille réside en ce que les différences des coefficients linéaires de dilatation thermique des différents matériaux deviennent de moindre importance puisque les matériaux sont si: minces qu'ils sont relativement ductiles. Ainsi on. peut utiliser le silicium pour faire les connexions entre thermoéléments alors qu'il est inutilisable dans des thermopiles plus .grandes.

  
Bien que les thermoéléments selon l'invention aient été décrits et illustrés ci-avant comme étant de section transversale carrée, dans d'autres variantes ils peuvent être de section transversale rectangulaire. pans certaines applications on peut aussi souhaiter équilibrer les résistivités différentes des thermoéléments de conductivité de type n et de type p en ayant une surface de section transversale différente pour l'un et l'autre types.

  
Dans certaines réalisations moins avantageuses, les lamelles Si-Ge peuvent être rodées pour présenter la minceur désirée en fixant simplement une couche support de verre d'un côté de la lamelle avant le rodage..En fait, ceci n'est qu'une modification de l'étape de rodage du sandwich décrite ci-avant.

  
Dans d'autres réalisations encore moins avantageuses, applicables aux basses températures, d'autres types d'isolateurs à haute résistivité, tels que des résines époxy,peuvent être substitués au verre utilisé dans le procédé décrit ci-avant. 

REVENDICATIONS

  
1/ Procédé de fabrication d'une thermopile utilisant des alliages de germaniumsilicium, caractérisé en ce qu'il consiste : 
- à scier les matériaux de germanium-silicium de types n et p en blocs parallélépipcdiques, 
- à découper les parallélépipèdes en alliage de germanium-silicium de types n et p en lamelles,
- à parfaire l'état de surface des deux grandes faces de chaque lamelle de sorte que les deux grandes faces de chaque lamelle soient parallèles entre elles,
- à nettoyer les lamelles,
- à recouvrir au moins une des grandes faces de chaque lamelle avec de la poudre de verre, le verre ayant un point de ramollissement situé au-dessus de la température prévue de fonctionnement de la thermopile, ayant une résistivité élevée et un coefficient de dilatation thermique linéaire qui est sensiblement égal à

  
 <EMI ID=93.1> 
- à fritter la poudre de verre recouvrant chaque lamelle à une température voisine de la température de ramollissement du verre pour fixer localement les particules de poudre de verre entre elles et sur la lamelle,
- à recouvrir chaque lamelle revêtue de verre d'une autre lamelle de telle sorte que la couche de verre soit intercalée entre les deux lamelles d'alliage de germanium-silicium pour former une structure en sandwich,
- à chauffer chaque structure en sandwich à une température à laquelle le verre colle les deux lamelles ensemble avec une couche intermédiaire de verre, '
- à parfaire l'état de surface d'au moins une des grandes faces extérieures de chaque structure en sandwich collée à chaud jusqu'à ce que son épaisseur atteigne la valeur désirée,

   
- à recouvrir au moins l'une des faces de la structure en sandwich avec de la poudre de verre,
- à empiler plusieurs structures en sandwich recouvertes de poudre de verre dans un ordre prédéterminé en ce qui concerne les types de conductivité p et n pour obtenir la thermopile voulue, afin de former un preraier assemblage,
- à chauffer ce premier assemblage jusqu'à, ce que les couches intermédiaires de verre fondent et maintiennent ensemble les couches d'alliages de germaniumsilicium,
- à découper en tranches ce premier assemblage perpendiculairement aux lamelles,
- à interconnecter les extrémités des tranches de germanium-silicium de conductivité de types opposés pour constituer une thermopile ayant une tensinn et une puissance de sortie prédéterminées.

Claims (1)

  1. 2/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste.en outre à refaire les opérations de traitement définies dans la revendication 1, appliquées aux lamellés et précédant l'étape d'interconnexion, sur toutes les tranches, le découpage en tranches s'effectuant perpendiculairement aux lamelles.
    3/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre <EMI ID=94.1>
    revêtement de verre, d'un agent mouillant spécial pour. augmenter la pénétration et l'adhérence entre le verre et l'alliage de germanium-silicium.
    4/ Procédé selon la revendication 3, caractérisé rn ce que l'étape d'application de l'agent mouillant consiste à effectuer chimiquement un dépôt en phase vapeur de nitrure de silicium Si-Ni. sur toutes les grandes . faces des lamelles.
    5/ Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à effectuer chimiquement un dépôt en phase vapeur de dioxyde de silicium SiO- <EMI ID=95.1>
    6/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste, avant l'étape d'interconnexion, à roder les extrémités de la thermopile puis à les recouvrir de poudre de verre qui est ensuite fixée à chaud et à roder à nouveau les extrémités de la thermopile recouvertes de verre, à répéter les opérations d'application de verre et de rodage jusqu'à ce que l'on .ne mette plus à découvert ni vide ni imperfection pendant l'opération de rodage, en vue d'éviter l'établissement d'un court-circuit pontage entre les interconnexions sur les extrémités de la thermopile.
    7/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'interconnexion consiste à. fixer, sur les extrémités des éléments de la thermopile, des éléments séparés contenant du silicium..
    8/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'interconnexion consiste à fixer, sur les extrémités des éléments de la thermopile, des éléments métalliques ayant des coefficients de dilatation thermique qui diffèrent d'au moins vingt pour cent des coefficients de dilatation thermique de l'alliage de germanium-silicium.
    9/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'étape d'interconnexion consiste à fixer des éléments métalliques sur les extrémités des éléments de la thermopile, à porter le tout à une température suffisante pour que le métal réagisse au moins partiellement avec l'alliage de germanium-silicium, de façon à obtenir un contact ohmique à faible résistance électrique entre le métal et les thermoéléments.
    10/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à enrober entièrement la thermopile d'un isolant électrique, pour isoler cette dernière et .la. protéger des substances environnantes susceptibles de la détériorer...
    11/ Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il consiste en outre à. découper des rainures dans un côté de la thermopile, à disposer des fils ou <EMI ID=96.1>
    bans métalliques à une température à laquelle le métal constitue un mélange eutectique avec l'alliage de germanium-silicium.
    12/ Procédé selon la revendication 1, caractérise en ce qu'il consiste en outre
    <EMI ID=97.1>
    pile de sorte que chaque conducteur présente une extrémité qui affleure une extrémité de la thermopile et à connecter ladite extrémité de chaque conducteur
    <EMI ID=98.1>
    13/ Thermopile en seni-conducteur conformément au procédé selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'épaisseur de chaque élément d'alliage de germaniumsilicium de la thermopile est de l'ordre de quelques dizaines de microns, ladite épaisseur étant obtenue au cours dé l'étape de finition de surface des structures en sandwich.
    <EMI ID=99.1>
    silicium, caractérisé en ce qu'il consiste : .
    - à scier des blocs de germanium-silicium de types n et p en lamelles, - à parfaire l'état de surface des deux grandes faces de.chaque lamelle de sorte que les deux grandes faces de chaque lamelle soient parallèles entre elles, <EMI ID=100.1> ayant une résistivité élevée, - à fixer l'isolant sur la lamelle, <EMI ID=101.1> minée désirée, - à empiler plusieurs -lamelles individuelles recouvertes d'isolant de manière que les lamelles soient séparées les unes des autres d'une couche d'isolant et soient dans un ordre prédéterminé en ce qui concerne les types de conductivité n et p pour obtenir la thermopile voulue, afin de former un premier assemblage;
    - à coller les éléments de ce premier assemblage de minière que les couchcs intermédiaires d'isolant maintiennent ensemble les couches d'alliage de germaniumsilicium, et - à connecter entre elles les extrémités d'au moins une partie des éléments feuilletés en alliage de germanium-silicium ayant des types de conductivité op- posés, pour former une thermopile ayant une tension et une puissance de sortie prédéterminées.
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