Dispositif amplificateur électrique comprenant un corps de matériau semi-conducteur. Il est bien connu qu'un dispositif com portant un cristal constitué par une subs tance semi-conductrice convenable telle que la silice ou du germanium, peut être amené à agir comme amplificateur, en montant le cristal sur une plaque métallique, dite élec trode de base, et en lui associant deux élec trodes en forme de fil fin, disposées très près l'une de l'autre, et en contact avec la surface du cristal.
Un tel dispositif amplificateur est souvent désigné par transistor ou tran- sistron . L'électrode d'entrée est appelée électrode émettrice, et l'électrode de sortie est appelée électrode collectrice. En polari sant convenablement ces dernières électrodes par rapport à l'électrode de base, le dispo sitif peut être amené à agir comme amplifi cateur, de façon analogue à un tube thermo- ïonique. A cause de cette analogie, un tel dis positif a également été désigné par triode à cristal . Cependant l'expression transistor est. plus générale, le nombre d'électrodes n'étant pas limité à trois.
Le mot cristal est destiné à signifier sim plement que le germanium, ou d'autres semi- conducteurs, sont usuellement sous forme cristalline. De tels matériaux ne sont jamais constitués par un seul cristal.
,Jusqu'à présent, le meilleur semi-conduc teur pour les transistors est le germanium. Dans l'étude des matériaux semi-conduc teurs destinés à être utilisés comme redres seur, il est de pratique courante, de diviser les matériaux en deux classes, à savoir les matériaux de type N, et les matériaux de type P. Dans les matériaux de type N, le courant de conduction est considéré comme étant prin cipalement dû à la migration d'électrons libres, tandis que dans les matériaux de type P, on pense qu'il est dû à la migration de ce que l'on appelle des trous positifs , c'est- à-dire des manques d'électrons dans des atomes du matériau.
Suivant le traitement qu'il a subi, le germanium peut assumer l'une ou l'autre forme.
On peut ajouter que le germanium type N peut aisément être distingué du germa nium type P en le disposant comme un redresseur utilisant une seule électrode en fil fin. Alors le redresseur présente la basse résistance lorsque ladite électrode est posi tive par rapport à la base pour le germanium type N, tandis que pour le germanium type P, c'est la haute résistance qui se présente lorsque ladite électrode est-positive par rap port à la base.
Jusqu'à présent, on a trouvé que pour ob tenir un transistor avec des caractéristiques satisfaisantes, la surface du cristal doit être relativement dure, tandis que l'électrode en fil fin doit être relativement molle et conte nir une petite quantité d'une substance d'ad dition convenable, telle que du phosphore ou de l'arsenic, dans le cas où un matériau du type N est utilisé comme semi-conducteur. Par exemple, le bronze phosphoreux convient comme matériau pour les électrodes en fil fila des transistors utilisant du germanium type N. Un traitement convenable d'électr ofor- mation des électrodes est nécessaire.
Jusqu'à présent, on a considéré comme essentiel que les pointes des électrodes voi sines en fil fin ne soient pas à phis d'envi ron 0,05 mm de distance l'une de l'autre, -et cette condition conduit à de grandes diffi cultés de fabrication.
Le but principal de la présente invention est de simplifier la fabrication des dispositifs amplificateurs électriques du. type compre nant iin corps de matériau semi-conducteur, en évitant la nécessité d'une distance aussi faible entre les deux pointes des électrodes voisines.
La présente invention concerne donc un dispositif amplificateur électrique compre nant un corps de matériau semi-conducteur et, en contact avec la surface de ce corps, au moins trois électrodes, à savoir une électrode émettrice, une électrode collectrice et une électrode de base, l'électrode émettrice et l'électrode collectrice étant voisines l'une de l'autre. Ce dispositif est caractérisé en ce qu'au moins la partie de ladite électrode émet trice qui est en contact avec le matériau semi- conducteur est en or.
L'invention concerne également un pro cédé de fabrication du dispositif amplifica teur défini ci-dessus, ce procédé étant carac térisé -en ce qu'on construit l'électrode émet trice de façon que sa surface en contact avec le matériau semi-conducteur soit en or, en ce qu'on fait passer -an courant électrique entre les électrodes émettrice et collectrice- dans une direction telle qu'il transporte Lin peu de l'or de l'électrode émettrice dans la couche de surface du semi-conducteur, et en ce qu'on fait passer un autre courant électrique entre lesdites électrodes dans la direction corres pondant à celle de résistance élevée de l'élec trode collectrice.
Des formes d'exécution de l'objet de l'in vention seront décrites, à titre d'exemple, en regard du dessin joint, dans lequel: La fig. 1 montre à 'grande échelle une vue en coupe d'une triode à cristal. La fig: 2 montre, à une échelle encore agrandie et en coupe, comment l'une des élec trodes en fil fin peut être constituée.
La fig. 3 montre un circuit d'électro- formation.
La fig. 4 représente une courbe utilisée dans l'exposé du fonctionnement du circuit, et la fig. 5 montre une vue en coupe d'une triode à cristal. du type coaxial.
En se reportant à la fig. 1, une triode à cristal telle que représentée, est constituée par -Lui cristal de germanium 1, monté sur l'électrode de base 2, comportant une tige métallique 3, au moyen de laquelle elle peut être fixée dans un boîtier convenable, cette pièce 3 servant aussi de borne pour la base. L'électrode émettrice 4 et l'électrode collec trice 5 sont constituées par des fils fins qui ont été pourvus de pointes aiguës. Le maté riau de l'électrode émettrice 4 est constituée d'or, tandis que l'électrode collectrice 5 est faite en bronze phosphoreux, ou en un autre métal mou convenable contenant des impure tés donatrices (en admettant que le cristal de germanium 1 est du type N).
On a trouvé que, si la triode à cristal est soumise à un traitement d'électro-formation convenable, qui sera décrit plus loin, les pointes des deux électrodes 4 et 5 peuvent être espacées d'en viron 0,5 à 1 mm l'une de l'autre, au lieu de la distance antérieure qui n'était. que d'envi ron 0,05 mm.
Le fait que les électrodes peuvent être pla cées à Lune distance aussi importante l'une de l'autre rend possible de les assembler aLi moyen d'une pièce d'espacement 6 en maté riau isolant-, tel que du mica, au moyen de laquelle l'espacement convenable sera assuré automatiquement.
On doit comprendre que la fig. 1 est sché matique et n'est pas destinée à indiquer les détails du dispositif pour le montage de la pièce de maintien du cristal 3 et l'assemblage des électrodes 4, 5 et 6, ces arrangements pou vant prendre n'importe quelle forme conve nable désirée.
Il est par contre essentiel pour l'électrode émettrice 4 que son matériau de surface soit de l'or; cette électrode peut être formée, comme représenté dans la fig. 2, en prenant un fil à pointe en biseau 7 de tout métal convenable, tel que le tungstène ou le cuivre, ;dont on couvre la surface avec une couche d'or 8, par placage par exemple.
Il doit être bien compris que les élec trodes 4 et 5 peuvent avoir des pointes co niques, et que tout autre moyen convenable peut être adopté pour assurer l'espacement convenable entre les pointes des deux élec trodes.
Le traitement d'électro-formation néces saire, mentionné ci-dessus, peut être effectué au moyen du circuit représenté à la fig. 3.
Dans la fig. 3, un générateur 10 d'ondes en dents de scie, ayant un circuit de sortie à basse impédance et capable de fournir des courants jusqu'à environ 100 milliampères, possède une borne connectée à la terre, et l'autre borne connectée à l'électrode émet trice 4, par l'intermédiaire du eommutâteur inverseur 9. Le circuit est complété par deux résistances 11 et 12, connectant l'électrode collectrice 5 à la terre, et un commutateur 13 est prévu au moyen duquel la résistance 12 peut être court-circuitée.
Le dispositif de test comprend un tube à rayon cathodique 14 de type usuel, dont seules les plaques de déviation sont représen tées. Les plaques de déviation horizontale 15 sont connectées respectivement aux électrodes 4 et 5, et les plaques de déviation verticale 16 sont connectées aux résistances 11 et 12. Il est clair que la déviation horizontale du rayon cathodique sera- proportionnelle au vol tage appliqué entre les électrodes émettrice et collectrice 4 et 5, et que la déviation verti cale sera proportionnelle au courant qui passe entre les deux électrodes.
Le générateur 10 doit être établi pour produire des voltages de sortie en forme de dents de scie, positifs à la borne supérieure par rapport à la borne inférieure, tel qu'in diqué dans la fig. 3. Le traitement de for mation consiste en deux étapes qui doivent être exécutées dans l'ordre suivant. Dans la première étape, le commutateur 9 est ac- tionné vers la droite, de façon que l'électrode collectrice 5 soit rendue positive par rapport à l'électrode émettrice 4. Ceci est fait dans le but de faire diffuser un peu de l'or de l'électrode émettrice 4 dans la couche de sur face du cristal de germanium.
Les résistances 1.1 et 12 doivent être choisies de façon que normalement seul un courant modéré circule dans le circuit de formation. Si le commu tateur 13 est fermé, la résistance 12 sera court-circuitée et le courant sera augmenté, et ceci provoquera le transport d'or sur la surface de germanium. Un courant plus grand ne doit pas passer assez longtemps pour provoquer que de l'or soit répandu sur l'électrode collectrice 5 et une indication que la première étape du traitement est terminée résulte du fait que la résistance inverse> mesurée entre l'électrode émettrice 4 et l'élec trode de base 2 (dans le sens inverse de celui du passage aisé du courant), est réduite à environ 10 000 ohms.
Pour la seconde étape du traitement, le commutateur inverseur 9 est actionné vers la gauche, le commutateur 13 étant d'abord ouvert. Des voltages positifs sont alors appli qués sur l'électrode émettrice 4 au lieu de l'être sur l'électrode collectrice 5. La direc tion du courant correspond alors à celle de résitance élevée de l'électrode collectrice. On trouve que généralement la courbe tracée sur l'écran de l'oscillographe est d'abord comme montré dans la fig. 4-par les courbes en ligne pleine 17, 18. Cette courbe montre le cou rant dans le circuit en ordonnées en fonction du voltage du générateur en abscisses, pen dant le mouvement de balayage des ondes en dents de scie.
Une courbe de retour .diffé rente est tracée durant le retour du rayon cathodique, mais ceci est sans intérêt et n'est pas visible en raison de la rapidité du retour de ce spot à zéro. On voit que la courbe 17, 18 présente une boucle avec une portion 18 ayant une pente négative, indiquant une ré sistance négative entre les électrodes 4 et 5.
Ensuite, le commutateur 13 est momenta nément fermé, court-circuitant ainsi la résis tance 12 et augmentant considérablement le courant dans le circuit. En même temps, la courbe tracée sur le tube 14 s'effondre mo mentanément vers le bas, en raison de la ré duction de l'échelle verticale per- le court- circuitage de la résistance.
Lorsque le commutateur 13 est de nou veau ouvert, on trouve ordinairement que la, boucle de la courbe 17 -a été réduite, et dans certains cas elle aura complètement disparu, la courbe sur l'écran étant alors comme mon trée partiellement par la ligne pleine 17 et partiellement par la ligne en pointillé 19. Si la boucle ne disparaît pas entièrement la pre mière fois, en répétant le processus deux ou trois fois, elle peut être entièrement suppri mée, si bien que la courbe caractéristique suit la portion uniforme pointillée 19. Ceci est la condition suivant laquelle on trouvera que. la triode à cristal produit le maximum de gain de courant.
Pour de plus amples détails con cernant le processus formant la seconde étape du traitement d'électro-formation on pourra se référer au brevet britannique N 681809.
Il doit être particulièrement noté que ces deux processus de formation sont exécutés entre les deux électrodes 4 et 5 et non entre lime ou l'autre des électrodes et la base 3, qui demeure déconnectée dans le circuit de formation.
On doit ajouter que l'emploi d'ondes en dent de scie n'est pas essentiel pour la for mation des électrodes triodes à cristal; on pourrait également utiliser, par exemple, des impulsions rectangulaires. Cependant l'em ploi d'ondes en dent de scie convient très bien lorsqu'on désire exécuter la formation ét le processus de test dans le même circuit.
Dans le type coaxial de triode à cristal montré dans la fig. 5, un disque circulaire 20 de germanium est monté dans un tube catho dique 21, et les électrodes en fil fin 22 et 23, montrées avec, par exemple, des pointes co niques, sont arrangées axialement, faisant contact avec les faces opposées du disque 20. Jusqu'à présent, il a été nécessaire de meuler le disque au centré jusqu'à une épaisseur de 0,025 à 0,050 mm, de façon à ce que l'espace ment nécessairement, très petit entre.les_élec- trodes soit maintenu.
Si cependant, suivant la présente invention, l'électrode émettrice 22 est en or, ou plaqué or, le disque 20 peut avoir une épaisseur jusqu'à 7 mm environ, et ceci ne présentera pas de difficulté particulière.
Il doit être entendu que l'invention s'ap plique également aux transistors employant un semi-conducteur. du. type P. Dans ce cas, l'électrode collectrice contiendra de préfé rence une petite quantité d'une impureté du type accepteur , et la seule modification né cessaire est d'exécuter les deux étapes de for mation en utilisant des voltages de formation de signe opposé à ceux mentionnés ci-dessus.
Les triodes à cristal ayant des électrodes émettrices en or, employées comme amplifi cateurs, donnent un gain de puissance surpas sant 20 décibels. Elles produisent également une amplification de courant surpassant le rapport 2/1, c'est-à-dire que le courant de sorti, à partir de l'électrode collectrice, sera plus" de deux fois le courant d'entrée de l'électrode émettrice.
De plus, dans ce type de triode à cristal, le rétrocouplage positif à partir de l'électrode collectrice vers l'élec trode émettrice qui, comme on le sait, se pro duit dans les triodes à cristal, sera considé rablement réduit, permettant ainsi des. vol tages de fonctionnement stables plus élevés, ainsi que des courants plus intenses dans le circuit de l'électrode collectrice, conduisant. ainsi à une puissance de sortie plus élevée.