Brevet FR2012013A1 — publié le 19700313

' 2012.013 _ - " s ' v. ; ' = - . : L 'invention est relative à la techr^lcfeie stu-iaonoucteur^- et concerne plus partieuiièreiuent un ^i&poâitif semiconducteur destiné à amplifier leo raiera-ondes et comportant une couche seniconductrice appii^uée épitaxial-aent cur un sucstrat et munie a.'au moins cieai contacts ae c^nne-v-5 ion entr. lesquels 1'étà.Dli«éet.eiit. a.! une* ^eèaicr. continue suffit; am_ont ^lovée -fermet a'-St-t-lir Oa,ns couche une résiotance différentielle négative. : - - • • . ' Je telu uiûpisitif& ~cnt c-^rmus et utiiifaés pour sn^enaer eu amplifier aes si&ï.aux électriques aa fréquence élevée. Le principe ae ces 10 dispositifs repose sur le pnénonène ^ue dans certains ns&tériaux .yemiccnouc-teurs - parmi les^uelt, par exemple 1'arséniure ae ^allium, le teliurure ae cadmium, le phosphure d ' indiiisi et le séléniure- ae, zinc. - il;.se proauit "dans la "bande de conduction, à une intensité ae chanp suffisaient élevée (valeur limite pour l'aroéniure" de Êaiiium environ j,5 kV/cm)> un, passade, ; 15 d'électrons d'un état"caractérisé par une-faible-énergie-et une grande ■ mobilité, vers un état caractérisé par une énergie■plus élevée-et "une' mobilité plus réduite. Sur un trajet de tension déterminé, il- se proauit ae ce fait une résistance différentielle qui est négative et qui peut être utilisée pour amplifier des signaux électriques. L'intensité de champ requis 20 est obtenue par ]. 'application d'une tension continue suffisamment élevée entre deux contacts de connexion disposés sur le corps semiconducteur; â savoir le contact ae cathode et le contact d'anode. Un mode de réalisation connu d'un tel dispositif est décrit dans la publication "Proceedings ISSE", pages 718 et 7"î9s parue en Mai 19t>7° Ce 25 dispositif comporte un substrat en arséniure ae gallium fortement aopé ae type ae conduction a, sur lequel est appliquée une coucne épitaxiaie active très sEince - uueluues .u- constituée par- le même matériau présentant toute— ' fois une résistivité plus élevée que le substrat et une concentration ae 15 3 dopage de ^.îû atomes donrieurs/om . ijes contacts ae com.exion de ce 30 dispositif"sont-"fermés-d'une- part parle substrat ae très faible résistivité et a'autre part par une couche—électrode ohrnique -agencée sur la couche épitaxiale précitéë. Pour 1'établissement a'une résistance aifférentielle négative, on applique entr^. ces contacts de connexion la tension continue requise, alors qu 'également entre ces contacts et par 1'interméaiaire par 35 exemple d'un câble eoaxial, est appliqué un signal alternatif a'entrée qui, à travers iej.it câble, est prélevé comme signal réfléchi amplifié. Outre qu'il dorme lieu à une résistance différentielle négative, ' ledit passade d'électrons dans des dispositifs de ce ^enre-peut donner parfois lieu à la formation ae résions à intensité de champ élevée, appelées 40 domaines qui., aans la couche active, se déplacent du contact de catncae vers 1 SAD ORIGINAL 21989 2012013 le contact d'anode â une vitesse approximativement é^aie à la vitesse ae propagation des électrons. Jntre lesdits contacts se proaui-sent ae ce fait les oscillations hautes fréquence, inaé^irables toutefois' pour les aispositifs au "aéorit ci-aei»sùs auxquels se rapporte l'invention, et devant cionc être évitées. 3n ce ^ui concerne iesaits aispositifs connus, on peut calculer -jue cette formation ae romaines dans la coucue épitaxiale peut être empêchée si le ^r&ouit ae la concentration -n de porteurs ae charge majoritaires aans 1:- couche épitaxiale, et" de la distance 'JL entre les contacte de connexion, est inférieur à une vale^r limite aéterminée. Dans le cas où il n'existe aucune cause extérieure de génération ae porteurs le charge -une telle cause étant paz* exemple une irradiation —' la valeur n correspond - ratiaieir.ent à la concentration caractérisant le iopage". Pour une couche épitaxiale en* arséniure ae gallium ae type de conduction n, c'est-â-dire un matériau semiconducteur utilisé couramment dans ces aispositifs, ladite • 12 —2 • valeur limite de n x L est ae l'ordre de 10 cm , riQ étant exprimée en électrons/cm3, et L_ en cm. (Yoir à ce sujet l'article aè la publication précitée). Dans les dispositifs connus, tant le dopage ae la couche épi'taxiaie active, que la aistance entre là" cathode et 1 "'anode" sont ae ce fait liés à des valeurs sévèrement limitées. L'invention'fournit un dispositif dans lequel les" critères auxquels aoivent réponare les aispositifs décrits connus, deviennent beaucoup moins sévères. L'invention repose sur l'idée que la valeur limite d^dît produit nQL, au—delà de laquelle se proauit une formation de domaines a"intensité le champ élevée, peut être située â'un niveau considérablement plus élevé par 1"emploi a'une région limite â haute rêsistivité avoisinant'la couche épitaxiale, les deux contacts ae connexion se -trouvant â une certaine distance l'un de l'autre dans la direction de celle—ci. Conformément à l'invention, un dispositif semiconducteur du t_enre mentionné dans le préambule est aonc remarquable en ce quë la couche épitaxiale avoisine une région limite présentant une résistivité plus élevée rue la ccucne épitaxiale, les contacts ae connexion étant disposés à une certaine aistance l'un ^e 1'autre1 aans la airection ae celle-ci, l'ensemble étant aispusé ae telle façon qu'une formation ae aomaines a'in— t--n,„ité ae champ élevée scit exclue aans laaite couche épitaxiale. Les contacts ae connexion peuvent être aisposés soit sur une même face, soit sûr aes faces opposées de la couche épitaxiale. De préférence, la région limite est formée par au moins une partie au substrat. Le dispositif conforme à l'invention présente,entre autres, BAD ORIGINAL 69 21989 3 2012013 1'avantage important que le produit ae la concentration nQ de porteurs de charges majoritaires dans la couche épitaxiale, et de la distance L entre les contacts de connexion, peut être considérablement supérieur à celui deo dispositifs connus aécrits, sans que pour cela il y ait formation de 5 domaines d'intensité de champ élevée. Ceci peut se comprendre comme suit. Si, entre le contact de cathode et le contact d'anode, il se produit un écart local dans la densité d'électrons et que, par conséquent, il se forme une région de charge spatiale, par exemple par suite d'un signal d'entrée appliqué entre l'anode et la cathode, cette région se déplace 10 de la cathode vers l'anode et s'accroît par suite de la résistance différentielle négative engendrée par la différence ae tension entre la cathode et l'anode aans la couche semiconductrice épitaxiale. L'accroissement de cette région de charge spatiale doit être limité: en effet, si cet accroissement devait devenir trop grand, il pourrait en résulter la 15 formation de domaines déjà mentionnée. Dans le dispositif connu où la couche épitaxiale est créée sur un substrat fortement dopé, les lignes d'intensité de champ électrique qui résultent de cette charge spatiale, sont pratiquement toutes parallèles au champ électrique appliqué entre l'anode et la cathode, et contribuent audit accroissement de la chàrge 20 spatiale. Dans le dispositif connu, la distance L entre l'anode et la cathode est pour cette raison limitée â quelques microns, tandis qu'en outre la concentration nQ, caractérisant le dopage de la couche, ne peut pas être trop élevée. Par contre, dans le dispositif conforme â l'invention, une partie 25 relativement importante des lignes de champ dues â la charge spatiale, S * entendent à travers la région limite fortement ohmique, ce qui fait que la composante d'intensité de champ dans la direction de la couche (l'intensité de champ longitudinal)»composante qui détermine ledit accroissement de la région de charge spatiale, est diminuée considérable— 30 ment, ce qui permet d'augmenter considérablement la aistance L entre les contaets de connexion et/ou la concentration nQ caractérisant le dopage de la couche épitaxiale active. On facilite ainsi considérablement entre autres la fabrication du dispositif conforme â l'invention. En obligeant, dans la mesure du possible, les li6nes ae champ à 35 s'étendre perpendiculairement â la face limite entre la couche active et la région limite, du fait que 1'on met efficacement à profit les constantes diélectriques de cette couche active et de cette région, on peut encore améliorer considérablement les conditions dans lesquelles on oblige la région limite à absorber une grande partie desdites lignes ae champ, 40 absorption qui est une des bases de la présente invention et aont il BAD ORIGINAL 69 21989 4 2012013 résulte une réduction de l'intensité de champ longitudinal dans la couche* On utilise à cet effet avantageusement une région limite dont la constante diélectrique relative est au moins égale â celle de la couche épitaxiale active et, de préférence, est au moins égale au double de cette dernière 5 constante, de sorte -que les lignes de champ sont déviées dans une direction perpendiculaire â ladite faèe limite entre la couche épitaxiale et la i*égion limite. La couche épitaxiale peut être par exemple en arséniure de gallium de type de conduction n, la région limite comportant du dioxyde de titane, ou du titanate de baryum ou de strontium. 10 Lorsque l'épaisseur de la couche épitaxiale active devient grande par rapport â la dimension de la région de charge spatiale dans la direction de la couche, une partie relativement importante des lignes de champ Vont de la cathode vers l'anode dans la couche. Pour contrarier dans la mesure du possible la formation de domaines, il est donc désirable que 15 l'épaisseur de la couche épitaxiale active soit considérablement plus petite de préférence au moins deux fois - que la longueur d'un domaine qui, dans la direction-"cathode vers anode", pourrait se former si l'épaisseur de coucîhe était illimitée. Cette longueur de domaine dépend de plusieurs fâcteurs. On peut démontrer - (voir la revue "Bell System Technical Journal" 20 volume 46, No. 10, page 2257» parue en Décembre 1967) - que ladite longueur de domaine est pratiquement égale à V 2.T.£o« fcr e.% expression dans laquelle: 25 V = la chute de tension en Volts aux bornes da domaine, - £ = la,constante diélectrique relative de la couche, nQ = la cpncentration — par m3 — des porteurs "de charge majoritaires dans la couche, e_ = la charge de l'électron exprimée en Coulombs, 30 £ =. la constante diélectrique "du vide, exprimée en Farad/m. La longueur minimale du domaine se produit donc à l'intensité de champ minimale critique E , susceptible de donner lieu' â la formation d'un c domaine dans le matériau en question. En'pratique, on constaté que l'expression-suivante est approximativement valable: EL q 35 V = p , expression dans laquelle Ij désigne la distance (minimale) entre c. K ' les contacts de connexion. La longueur minimale du domaine est donc approximativement égale â EQ.L.£o£r - . Suivant un mode de réalisation important préféré, un dis- en o 40 positif conforme â l'invention est donc"remarquable en ce que l'épaisseur 69 21989 5 20;12013 -\ de la • couob'-s épitaxiale est au maximum é&ale à L €Q£ . —1__ expx-ession dans laquelle: o . = l'intensité de champ critique, exprimée en. Volt/m,- au-aelà ae 5 laqael-e lr. formation ae doîsaines .aans le corps semiuonaucteur ae ia coiuche est possible, .... ... . L = la aistance minimale en m entre les..contacts ae connexion, £ .= la cunstante aiélectrique relative ae la couche, e_ = la charge ae l'électron, exprimée en Coulombs, 10 n = la concentration - par m3 - aes. porteurs ae charge majoritaires dans a c o la couche, £0 = la - constante-diélectrique, ou vide, exprimée, en Farad/m. - On obtient ainsi une valeur limite-, supérieure pour le rapport entre l'épaisseur^ ae'couche et la aistance entre les contacts, limite- au-dessous 15 .de laquelle-" la formation ae aomaines est freinée Kl très .grande partie# Suivant un autre.moae ae réalisation préféré très important, la couche épitaxiale est en arséniure ae È"alliam de type ae -aonauction n, formée sur un substrat en arséniure ae gallium semiconducteur à x'ésisti-20 vite d'au moins 10QJ Ohm.cm. Ce matériau approprié â former le substrat et caractérisé par cette résistivité très élevée, peut être obtenu en matériau compensé suivant un procédé relativement simple. De préférence, la résistivité de la couune épitaxiale est comprise entre environ 0,1 et 10 Ohm.cm, les procédés connus de croissance épitaxiale permettant, sans grande 25 difficultés la reprodactibilité de telles couches. A remarquer que la publication "Engineering", Volume 200, page 244, éditée le 2J Août IJ05, aécrit aéjà un dispositif comportant un substrat en arséniure de gallium semiconaucteur muni d'une couche épitaxiale en arséniure de gallium ae tjpe ae conduction n, présentant une épaisseur 30 de 15yU et portant deux contacts ae connexion. Ce dispositif est un oscillateur à effet Gunn, la couche épitaxiale étant le siège d'une formation ae domaines d'intensité ae champ élevée, ae soi"te que des oscillations électriques haute fréquence sont en^enarées entre lesaits contacts, ne tels aispositifs, avec formation §.e aomaines, k'entrent toutefois pas aans le 35 caare ae 1^ présente invention, étant aonné que 1 'invention concerne seulement aes aispositifs aans lesquels on raet uniquement a .profit la résistance différentieile négative dans 1a couche épitaxiale, sans qu'il puisse se pi'oduire pour autant une formation ae domaines aonnant lieu â une oseiiJLation inaésix-able, les dispositifs ne. fonctionnant - que dans la I ^ ^ 40 région de' résistance aifférentieile ne^ative. ' bad original 69 21989 ° 2012013 3n ce qui concerne la condition limitative precitee quant a l'épaisseur .de la couche, celle—ci eut choisie avantageusement au maximum étale à 5 «I et ae créférence au maximum é^ale à 1 u, de aorte que pour les valeurs normalement utilisées ae la tension, ae la distance entre les 5 contacts et du .aopab-e, 1- formation de aoçjaines est exclue aans uea épaisseurs de couche qui, : d'autre part, peuvent être réalisées suivant un procédé technologique simple.. - ■La région limite n'est pas nécessairement, foi-mée par., une partie de substrat ou le substrat entier; en effet,, ladite région peut être formée 10- avantageusement par une couche semiconductrice appliquée sur la face de la couche épitaxiale située ,du côté opposé au substrat. Une telle couche permet l'obtenir le même effet ae i-éauction ae la composante lon&itudinale de l'intensité de. champ dans la couche. Cet effet peut encore, être accentué par l'emploi tant d'une première région limite appartenant au substrat que d'une 1^ - deuxième région limite disposée sur la face ae couche épitaxiale située â l'opposé du substrat. - ' Suivant un quatrième mode de réalisation, la distance minimale entre les contacts de connexion est é6ale à au -moins 100yU. Contrairement aux dis-pasitifs connus, une telle distance est réalisable sans inconvénient 20 dans le dispositif conforme à l'invention, aes cohtacts ae connexion, séparés par une telle distance, pouvant être fabriqués très facilement de -façon reproductible» Cette aistance relativement yranae entre les contacts permet en outre de placer entre ceux—ci une électrode de commande, par exemple identique à l'électrode de porte d'un transistor métal-ojxyde-semi-25 conducteur (transistor EOS), par la mise en place a'une couche métallique sur une couote isolante agencée sur ia couche épitaxiale, Jusqu'à présent} une telle conception était impossible dans le dispositif de..ce ^enre, par suite de la faible distance entre les contacts. - Suivant un cinquième raoae ae réalisation très important- du dispo-30 sitif conforme à l'invention dans lequel le couplage du -signal d'entrée et le - aécouplage du siènal de sortie peuvent être-optimalisés-'ae façon simple, un contact d'entrée est placé entre le contact ae cathoae et -le contact a'anode, un signal alternatif â amplifier étant fourni entre ledit contact •d'entrée, et le premier- contact ae connexion. Dans un dispositif ainsi conçu 35 où existe donc un contact d'entrée spécial, il est possible a-'obtenir un couplage a'entrée optimal.inaépenaaEKaent de la distance entre lés contacts de connexion.. i3n effet, on peut calculer que le couplage d'entrée est le .-•lus favorable possible si - n«. expression dans laquelle désigne la distance en cm entre le contact d'entrée et_le premier contact de connexion, 40 v la vitesse de propagation en cm/s aes porteurs ae charge majoritaires aans BAD ORIGINAL 69 21989 7 2012013 la couche épitaxiale, £ la fréquence de la tension alternative à amplifier, et n un nombre entier. Pour L, c'est-à-dire la distance entre la cathode et l'anode, on peut, indépendamment des exigences à poser au couplage d'entrée, choisir une valeur des plus favorables possibles â l'égard des propriétés ^ électriques et de l'épaisseur de la couche épitaxiale. Dans un dispositif où existent seulement les deux contacts de connexion que sépare une distance L, celle-ci doit - notamment pour une amplification maximale - être L— n.V expression dans laquelle les symboles n, t et f désignent les paramètres précités (Voir à ce sujet la publication "Transactions IEEE1/, Volume 13, 10 pages 4 à 21, en particulier la page 16 et la fig. 9, publiée en Janvier I966J1JII existe encore un mode de réalisation plus favorable si, outre un contact d'entrée, un contact de sortie est placé entre les contacts de connexion. Dans ce cas, on peut, indépondamment a'autres facteurs, obtenir aussi un couplage de sortie optimal, au sudet duquel des calculs démontrent que la distance entre le contact de sortie et le deuxième contact de connexion doit être pratiquement égale à (m + -g-) . expression dans laquelle les symboles t et f désignent les paramètres déjà mentionnés, alors que jn est un nombre entier. En ce qui concerne les dispositifs cités en dernier lieu, il y a 20 lieu de remarquer que la revue "IEEE Transactions Electron Devices", ED 14, pages 612 â 615, parue en Septembre 19^7 » décrit un dispositif semiconducteur comportant un corps semiconducteur en arséniure de gallium fortement ohmique de type de conduction-n, muni de deux contacts de connexion pour l'établissement d'une résistance différentielle négative, ainsi que d'un 25 contact d'entrée et d'un contact de sortie. Comme lè dispositif cité en dernier lieu, ce dispositif connu est du type à ende pxogres— sive qui amplifie dans la région de résistance différentielle négatives sans formation de domaines. Toutefois, contrairement â l'invention, le corps semiconducteur est alors en arséniure de gallium homogène à résistivité 30 élevée (7.100 ohm.cm) dont le procédé de fabrication est très difficilement reproductible; l'emploi de ce matéi'iau est nécessaire du fait que, contrairement au dispositif-conforme à l'invention, ce dispositif connu ainsi que ceux déjà discutés précédemment, doivent être caractérisés par un produit 12 -2 nQ.L dans l'ordre de grandeur de 10 cm , de sorte qu'également ici, la distance maximale, admissible entre les contacts et fonction de la concentration caractérisant le dopage, est relativement petite. Par contre, dans le dispositif conforme à l'invention, la distance entre les contacts, en particulier celle entre le contact d'entrée et le contact de sortie, peut être relativement grande, de préférence d*aV BoiïlS 40 200 ai, de sorte qu'entre ces contacts peut être placée éventuellement une 69 21989 2012013 électrode de commande — par exemple identique à l'électrode de porte d'un transistor i-'iOS - f ornée par une couche métallique sur une couche d'oxyde agencée sur la couche épitaxiale, La description qui va suivre en regard du dessin annexé, 5 donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réaliçée. La figure 1 est une vue en perspective d'un dispositif semiconducteur conforme à l'invention, La figure 2 est un diagramme qui, pour un corps en arséniure 10 de gallium de type de conduction n, montre la relation entre d'une part l'intensité de champ E et d'autre part la valeur i-, le symbole J dési- o gnant la densité de courant dans la direction de l'intensité de champ, e"t g" la conductivité spécifique pour des faibles intensités de champ. ^5 La figure 3 est une vue en perspective d'un autre dispositif conforme à l'invention. La figure 4 est une vue en perspective d'un troisième dispositif confoime à l'invention. Par souci de clarté, les figures 1, 3 et 4 sont schématiques, 20 et les dimensions des élénerits sur ces figures n'ont pas été représentées à la même échelle, particulièrement en ce qui concerne les épaisseurs, • les éléments correspondants de ces figures étant en outre indiqués par les mêmes repères. Le dispositif suivant la figure 1 comporte un substrat serai— 25 conducteur (1) en arséniure de gallium à résistivité de 104 Ohm.cm, dont l'épaisseur est de 75 }', la longueur de 200 F- et la largeur de 100 Fî sur '-e substrat (1), on a formé une couche épitaxiale .(2) de type de conduction n dont la résistivité est de 1 Ohm.cm et l'épaisseur de 1 H. Sur la face supérieure de cette couche (2), on a placé deux contacts de connexion, 30 à savoir le contact de cathode (3) et le contact d'anode (4), sous forme de bandes parallèles d'étain allié avec le matériau de la couche (2). Suivant ce mode de réalisation, la couche (2) avoisine une région limite formé,e par la totalité du substrat (1). Toutefois, il se peut que ce substrat soit une couche de base (5) fortement dopée sur 35 laquelle est appliquée une région limite constituée par une couche (6) avoi— sinant la couche (2) et ^réalisée en arséniure de gallium semiconducteur à résistivité de 104 Ohn-cm.et d'épaisseur d'environ 10 H- par exemple, les deux parties de substrat (5) et (6) étant séparées par les traits mixtes (7) sur la figure 1. bad original 69 21989 2012013 La aistance L entre les contacts (3) et (4) est égale â 120 -u. / Une tension continue suffisamment élevée étant appliquée entre ces contacts (3} et (4;, une résistance différentielle négative peut être établie aans la couche"(2). Ceci peut être constaté sur la fis'. 2 dans laquelle, pour 5 1'arséniure ae aallium de type de conduction n, est montrée la relation entre i 'intensité de champ H régnant aans ie matériau et la aensité de courant _J "se produisant par suite ae l'intensité ae champ aans la direction de celle-ci. Cette aensité _J varie en outre linéairement avec la conauc— tivité ® ^ - j 10 ordonnée du diagramme - fieure 2, on a représenté les valeurs — . Sur ce V J ° diagramme, tant la valeur que la valeur B sont indiquées en kilovoits o (kV) par cm. L'allure de.la courbe montre-qu'au—aelà a'une intensité de champ critique S d'environ 3,5 kV/'cm, il existe une région de résistance 15 différentielle négative. Dans le dispositif aécri-t ici, la dif 1 érence critique de tension entre la cathode et l'anqae atteint donc 0,012.^5^0 = 42 Volts. La dimension minimale d'un domaine dans le sens mesuré de la cathode vers l'anode est - comme cela a dé„à été mentionné — donnée approxi-20 mativement par la formule E . L r £ m £ ° o ± Lorsque la couche utilisée (2) est telle que en o spécifiée ci-dessus, en ce qui concerne son matériau, sa conduction et son épaisseur, on peut écrire: 25 3c = 3,5 106 V m"1 L~ = 1,2.10~4 m £o = 6,854.ia~12 Fm~1 iZ =13,5 — -19 e_ = 1,6.10 ,„21 -3 30 nQ = 10 m . On obtient ainsi un domaine de longueur minimale 5s6yu» Dans cet exemple, la couche (2) a aonc une épaisseur qui. est inférieure à la moitié de cette longueur, ae sorte que la formation de domaines est- contrariée dans une mesure considérable. De ce fait, on peut disposspla cathode et 35 l'anode de façon qu'elles soient séparées par- une aistance relativement grande égaie à 120 u, 0anb au'il j- ait risque ae.formation ae domaines, ' 13 —2 Le produit -ié0à mentionné n^.L atteint ici 1,2.10 cm , cet-ordre de grandeur dépassant environ a'un ran& celui aaraissiole a&ns les aispositifs connus du geni-e en question. 40 Le dispositif fonctionne comme suit. (Voir la fi^. 1). En série avec une inductance,- une tension continue de 54 bi bap original 69 21989 2012013 Volts est appliquée entre les contacts de connexion (3) et (4)» Dans la couche (2), il se produit de ce fait une intensité de champ ae 4,5 kV/cm entre la cathode et 1'anoae, le fonctionnement du dispositif (voir la fi^'. 2) correspondant donc au point A et une résistance différentielle né6ative 5 étant établie entre la cathode et l'anode. Par l'intermédiaire d'un câble coaxial à conducteur (6) et gaine (^) (voir la fig. 1 ) et a'un condensateur de découplage, on applique entre les contacts (3') et (4) une tension 9 —1 s . alternative d'entrée, ae fréquence vj,b G liz (^0,6.10 s )et dont 1'amplituds est suffisamment faible pour que l'intensité de champ résultante 10 reste toujours dans la région de variations à^résistanos négative0 Voir à ce su^et le diagramme-figure 2 qui, à titre explicatif, montre la variation d'intensité de champ autour du point A entre les valeurs A| et Ag. Sur la fig. 1, la gaine (9) du câble et la cathode (3) sont à la masse. Par suite de la résistance différentielle négative, le signal 15 d'entrée sera amplifié dans la couche (2) et prélevé comme signal réfléchi amplifié à travers le câble coaxial (b,9)« En outre, étant donné qu'à la tension continue appliquée, la vitesse de propagation v des électrons dans le sens de la cathode vers l'anode atteint environ 10 cm/s, et que la distance L entre la cathode et l'anode est de 0,012 cm, il résulte de ce 20 q.di précède que la fréquence du signal d'entrée est pratiquement égale à V de sorte qu'on a atteint une amplification maximale. Le dispositif de la fig. 1 peut être réalisé comme suit. On part d'une plaque en arséniure de gallium semiconducteur à résistivité de 1G4 Oh®.cm, dont on polit une surface, convenablement décapée par la suite poux 25 éviter, dans la mesure du possible, l'existence de défauts cristallins. Sur la face ainsi traitée, on forma, par évaporation, une couche épitaxiale (2) en arséniure de gallium de type de conauction n. Cette opération a lieu à une température a'environ 750°C &râce à une réaction entre les éléments gallium et arsenic, le 6ailium étant obtenu par dissociation ae rnono-30 chlorure de gallium, alors que l'arsenic est obtenu à partir ae trichlorure d'arsenic réduit à l'aide d'hydrogène. Simultanément â la croissance épitaxiale de l'aï'sécdisre de 6allium, on précipite un donneur - par exemple du silicium, du tellure de l'étain ou du sélénium - en une quantité telle que t;oit formée une couche épitaxiale (2) présentant une concentra- *] v 3 35 tion uniforme de aonneurs d'environ 10 atomès/cm , ce qui correspond à une résistivité d'environ Ohm.cm. La croissance est poursuivie jusqu'à l'obtention, une -couche d'épaisseur êgaî h 1 Sur la. surface ae la couche (2), on applique ensuite, par alliage à une température de b50°C dans une atmosphère d'hydrogène, des bandes 40 d'étain (3} et (4), larges de 2^ /U. On obtient ainsi les contacts ohmiques *""1 BAD ORIGINAL 69 21989 11 2012013 sur la couche (2). Sur lesdits contacts (3) et (4), on fixe ensuite les conducteurs de connexion, l'ensemble étant alors placé dans une enveloppe appropriée. Sur la fig. 3» le substrat (1) et la couche épitaxiale (2) sont ^ constitués par les mêmes matériaux utilisés dans le dispositif de la fig. 1, les épaisseurs et les concentrations de dopage étant égales aussi. Toutefois, contrairement au dispositif de la fi6. 1, le dispositif de la fig. 3 est remarquable en ce qu'entre le contact de cathode (3) et le contact d'anode (4) est placé un contact d'entrée (11) et un contact de 10 sortie (12), également sous forme de bandes d'étain allié, larges de 15yU. La distance L^ entre les contacts (3) et (11) (voir la fig. 3), la distance a entre les contacts (11) et (12), et la distance L^ entre les contacts (12) et (4) sont respectivement égales à 100, 250 et 150yU. Lors du fonctionnement du dispositif de la fig. 3, on applique 15 entre les contacts (3) et (4) - que sépare donc une distance égale â 100 + 250 + 150 + 2.15 = 530yu - une tension continue de 240 Volts pour engendrer, comme dans l'exemple suivant la fig. 1, une intensité de champ d'environ 4,5 kV/cm dans la couche (2) pour le réglage d'un point de fonctionnement dans la région de résistance différentielle négative. 20 A travers un condensateur de découplage, une tension alternative d'entrée (voir la fig. 3) est appliquée entre les contacts (3) et (11)5 l'onde de charge spatiale qui en résulte se propage à travers la couche (2) dans le sens dirigé de la cathode vers 1'anode et est amplifiée par suite de la variation de résistance négative, de sorte qu'entre les contacts 25 (12) et (4) peut être prélevé un signal de sortie amplifié U„ de même fréquence. La fréquence des signaux et est égale à 1 G Hz (10 s ). Etant donné que la vitesse de propagation v des électrons dans la couche n (2) est égale à 10 cm/s pour l'intensité de champ appliquée, la fréquence £_ des signaux et est pratiquement égale â: ~ v 3 v 30 f " L1 " 2 L2' de sorte que 1'on a obtenu un des couplages les plus favorables possibles des signaux d'entrée et de sortie. Le dispositif de la fig. 3 peut être réalisé de manière parfaite-35 ment identique à celle du dispositif de la fiej.1 % toutefois» il y a liea de veiller à ce que les contacts d'étain (11) et (12) ne pénètrent pas trop profondément par alliage dans la couche.(2). Sur la fig. 4, le dispositif comporte un substrat (21) en arséniure de gallium semiconducteur à résistivité d'environ 104 Ohm.cm, sur 40 lequel est formée une couche épitaxiale (22) en arséniur^ de gallium de p&D ORIGINAL 69 21989 12 2012013 type de conduction n.,dont 1» résistivité estde 1 Ohacm et épaisseur de y*. .Sur cette couche (22) on a placé le contact de cathode (3) et le contact d'anode (4)} réalisés sous forme de bandes d'étain allié au matériau de la couche (22), 5 Sur la couche (22) et les contacts (3) et (4), on a disposé une couche (23) en résine époxy comportant en volume environ 40$ d-e titanate de baryum. Cette substance présente une constante diélectrique relative qui est considérablement supérieure â celle de 1'arséniure de gallium, ce qui porte la constante diélectrique relative de la couche (23) à une valeur 10 considérablement supérieure, et au moins égale au quintuple de la constante de la couche (22). Dana» ce dispositif, la couche (22) est donc limitée par une première région limite formée par le substrat (21), ainsi, que par une deuxième région limite formée par la couche (23). De ce fait, l'effet de réduction de la composante d'intensité de champ de la charge spatiale dans 15 la direction de la couche est amplifié considérablement par rapport au dispositif par exemple de la fig. 1. Pour obtenir dans la couche (22) une répartition de champ homogène, il est désirable, comme le montre la fig. 4, que la couche (23) en titanate de baryum s'étende au moins jusqu'aux contacts (3) et (4). Comme 20 dans ce dernier dispositif, la distance L entre les contacts (3) et (4) est de 120yu, alors qu'également les longueurs et les largeurs de la couche (22) sont égales â celles de la couche (2) de la fig. 1. Le dispositif se connecte et fonctionne de la même façon que le dispositif de la fig. 1. La fabrication du dispositif de H fig. 4 peut être effectuée 25 comme suit. On part d'une plaque d'arséniure de gallium semiconducteur mesurant 200 x 200yU, sur laquelle on forme par croissance épitaxiale une couche d'arséniure de gallium de type de conduction n, ayant une épaisseur de 1yU et une résistivité de 1 Ohm.cm, cette opération ayant lieu de la façon décrite pour l'exemple suivant la fig. 1. Ensuite, la mise en oeuvre 30 d'un procédé de photoréservation généralement utilisé dans la technique des semiconducteurs permet d'enlever partiellement la couche (22), le décapant utilisé étant une solution à 60° contenant en volume trois parties d'acide sulfurique concentré, une partie de peroxyde d'hydrogène 30/o, et une partie d'eau. Il subsiste ainsi une couche (22) de longueur 35 200/U et de largeur 100 ai. / / Sur la couche (22) et le substrat (21), on place ensuite les bandes d'étain (3) et (4); dans une atmosphère d'hydrogène, &. une température de 650°C maintenue pendant quelques minutes, cet étain s 'allie avec le matériau de cette couche et de ce substrat. 40 Sur la surface entière de la couche (22) et sur une partie de la BAD ORIGINAL. 69 21989 13 2012013 surface du substrat, on applique ensuite une suspension constituée par une résine épo.cy dissoute dans de 1'acétate d'éthyle, contenant en volume 40)ô de pouare de titanate de baryum. Le solvant a'étant évapoi'é et la résine époxy s'étant durcie, il en résulte une coucne (23) d'une épaisseur comprise 5 entre 2 et 3 u. On a obténu ainsi la.structure illustrée sur la fi^. 4, les contacts (3} et (i,.) saillant partiellement- hors ae la couche (23) et pouvant être équipés ae leurs conducteurs de connexion. Puis, l'ensemble est placé dans une enveloppe appropriée. Bien que l'invention soit décrite â l'aide-de formes de réalisa-10 tion et d'application déterminées, le technicien pourra en réaliser de nombreuses variantes sana sortir du cadre de l'invention. L'arséniure ae gallium semiconducteur peut par exemple être remplacé par d'autres matériaux ou par une partie faiblement ohmique sur laquelle est appliquée une couche fortement ohmique. Il se peut également jue le substrat fort ohmique ferme 15 une jonction p-n avec la couche épitaxiale active. Le matériau constituant celle-ci n'est pas nécessairement de l'arséniure de gallium de type de conduction n; en effet, le tellurure de cadmium, le phosphure d'indium, le séléniure de zinc ou un autre matériau présentant une caractéristique courant-tension identique à celle du diagramme-figure 2, conviennent égale-20 ment. La forme géométrique des contacts du dispositif n'est pas nécessairement celle décrite dans le présent exposé mais peut en différer grandement, les contacts en forme de bande étant remplacés par exemple par des contacts concentriques, alors que des électrodes de commande peuvent être placées en plusieurs endroits aur la couche épitaxiale active. £AD ORIGINAL 69 21989 2012013 flBVBTDICATIOKSi 1 . Dispositif semiconducteur destiné à amplifier des micro-ondes et comportant une couche semiconductrice appliquée épitaxialenent sur un substrat et munie .l'au moins deu.-. contacta do -connexion entre lesquels ^ j. 'établissement i*une tension coiAinue suffisamment élevée pernet a'établir dans la ooucne une résistance aifi érentieile négative, caractérisé en ce que la couche épitaxiale avoisine une région limite présentant une résistivité plus élevée que la couche épitaxiale, les contacts de connexion étant disposés à une certaine distance l'un ae l'autre dans la direction de ; C celle-ci, l'ensemble étant disposé ae telle façon qu'une formation de domaines d'intensité de .champ élevée soit exclue aans ladite couche épitaxiale. 2. dispositif semiconducteur suivant 1, caractérisé en ce que la région limite est formée par au moins une partie du substrat. 15 3. Dispositif semiconducteur suivant 1 ou 2, caractérisé en ce que 1'épaisseur de la couche épitaxiale est au maximum égale à \/É TLTÉ £ r, \J c O r , E en . o expression dans laquelle: - 20 = l'intensité de champ critique, exprimée en Volt/m, au—delà de laquelle la formation de domaines dans le corps semiconducteur de la couche est possible, L = la distance minimale en m entre les contacts de connexion, £ = la constante diélectrique relative de la couche, 25 e. = la charge de l'électron, exprimée en Coulombs, nQ = la concentration - par m3 - des porteurs de charge majoritaires- dans la coucne, £ = la constante diélectrique du vide, exprimée en Farad/m. 4» Dispositif semiconducteur suivant au moins une des revendications 30 précitées,, caractérisé en ce que la: constante o.iélectx,i-iue relative de la région limite est au moins ég^le à la constante diélectrique ae la couche épitaxiale, 0. Dispositif «semiconducteur .suivant au moins une ' de s revendications précitées, caractérisé en ce que la couche épitaxiale est en arséniure ae 35 ae P& .^x3, cun-cxaction j-^rmee .jux* un suootrat en de gallium aerniconcaicteur à ré^iotivité d'au aoins UOO Ghm.cm. 6. Dispositif semiconducteur suivant au moins une des revenaications précitées, caractérisé en ce que la couche épitaxiale est en arséniure de gallium de type de conduction n, à résistivité comprise entre environ 0,1 4.O et 10 Gbn. en. ■"H b^D OR/G/MAL 69 21989 15 2012013 7. Dispositif semiconducteur suivant au moins une aes revendications précitées, caractérisé en ce que l'épaisseur de la couche épitaxiale est au maximum égale â 5 / 8. Dispositif semiconducteur suivant 7» caractérisé en ce que ^ l'épaisseur de la couche épitaxiale est au maximum égale à 1 ,u. 9. Dispositif semiconducteur suivant au moins une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la constante diélectrique relative de la région limite est au moins égale au double de celle de la couche. 10. Dispositif semiconducteur suivant caractérisé en ce que la 10 couche est en arséniure de gallium de type de conduction n, et que la région limite contient du dioxyde de titane ou du titanate de baryum ou de strontium. 11. ■ Dispositif semiconducteur suivant au moins une des revendications précitées, caractérisé en ce que la région limite est formée par une 15 couche qui est appliquée sur la face de la couche épitaxiale située â l'opposé du substrat. 12. Dispositif semiconducteur suivant au moins une des reveadica— tiens précitées* caractérisé en ce que la distaace entre 1*6 contacts de «•anexien est au soins éyal à 1W fc* 20 13. Dispositif semiconducteur suivant au moins une des revendications précitées, caractérisé en ce qu'on a placé un contact d'entrée et/ou un contact de sortie entre lesdits contacts de connexion. 14. Dispositif semiconducteur suivant 13, caractérisé en ce qu'on a placé un contact d'entrée et un contact de sortie, séparés par une distance 25 d'au moins 200yu. 15. Montage comportant un dispositif semiconducteur suivant au moins une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce qu'entre les contacts de connexion est appliquée une tension continue par laquelle une résistance différentielle négative est établie entre les contacts, et qu'entre ceux- 30 ci est appliquée aussi une tension alternative d'entrée devant être amplifiée et présentant une fréquence pratiquement égale â n*V, expression ij dans laquelle L désigne la distance en cm entre les contacts de connexion, v la vitesse de propagation en cm/s des porteurs de charge majoritaires dans la couche à la tension continue appliquée, et n un nombre entier. 35 16. Montage comportant un dispositif semiconducteur suivant les revendications 13 ou 14, caractérisé en ce qu'entre les contacts de connexion, est appliquée une tension continue par laquelle uriê~ résistance différentielle négative est établie entre les contacts, et qu'entre, le contact d'entrée et le premier contact de connexion est appliquée une 40 tension alternative d'entrée devant être amplifiée et présentant une BAD ORIGINAL 69 21989 2012013 fréquence pratiquement égale à , expression dans laquelle L. désigne L1 la distance en cm entre le contact d'entrée et le premier contact de connexion, v la vitesse de propagation en cm/s des porteurs de charge majoritaires dans la couche à la tension continue appliquée, et il un 5 nombre entier. 17. Montage suivant 16, caractérisé en ce que la distance en cm entre le contact de sortie et le deuxième contact de connexion est pratiquement égale à (m + |r) . expression dans laquelle JT désigne la fréquence de la tension alternative d'entrée- et m un nombre entier» B&n ORIGINAL