Brevet FR2038238A1 — publié le 19710108

i 2038238 La présente invention a trait aux dispositifs semi-conducteurs isolés à effet de champ. On entend par les termes serai-conducteur isolé à effet de champ et à portes, un dispositif comprenant une électrode de source 5 une électrode d'utilisation ou de "drain" et au moins une électrode porte, les deux premières étant séparées l'une de l'autre par un matériau semi-conducteur, tandis que la ou les électrodes-portes sont séparées du matériau semi-conducteur par une couche isolante, le dispositif étant aménagé de manière à être capable» lorsqu'il 10 reçoit un potentiel approprié, d'affecter la conductivité du matériau semi-conducteur entre les électrodes de source et d'utilisation. Suivant un type de dispositif de ce genre, les diverses électrodes et les couches du semi-conducteur et de matériau isolant 15 sont formés au moyen de techniques éprouvées de dépôt de films minces sur un substrat isolant. Dans un autre genre de dispositif^ semi conducteurs à effet de champ le semi-conducteur est à oxyde métallique à effet de champ, dans lequel une matière semi-conductrice d' une première conductivité comporte des zones d'une seconde conducti 20 vité constituant les électrodes de source et d'utilisation, tandis que 1'électrode-porte est formée d'une substance métallique. La pré sente invention est applicable aux dispositifs semi-conducteurs à effet de champ de ces deux genres. Selon la présente invention, on a pré.vu un dispositif semi-25 conducteur isolé à effet de champ .et à portes, caractérisé par le fait que la ou chaque électrode-porte présente une forme pointue dont la pointe est dirigée vers la zone du matériau semi-conducteur qui se trouve entre l'électrode de source et l'électrode d'utilisation. 30 L'avantage du dispositif semi-conducteur selon l'invention con siste en ce que l'application du potentiel de l'électrode-porte pro duit un effet plus important sur la conductivité du matériau semiconducteur entre les électrodes de source et d'utilisation que dans le cas de semi-conducteurs à effet de champ dont ltélectrode-porte 35 ne possède pas cette forme pointue. On a représenté aux dessins ci-annexés, quelques formes d'exécution de l'objet de l'invention. Dans ces dessins: Figure 1 est une vue en plan d'un dispositif semi-conducteur à effet de champ et à porte selon l'invention, considéré avec tin cir-40 cuit électrique qui comporte ce dispositif; 1 70 11381 2 2038238 Figure 2 est une vue analogue d.'une secon.de. forme de réalisation d'un tel dispositif avec le circuit correspondant; Figure 3 représente un circuit mélangeur de fréquences compre-• nant le dispositif semi-conducteur selon l'invention; 5 Figure 4 représente un circuit OU comprenant le dispositif de l'invention; Figure 5 représente un circuit ET comprenant le dispositif de l'invention. Si l'on se réfère à la Fig. 1, on voit un dispositif semi-con-10 ducteur isolé à effet de champ et à porte sous forme de film mince du type coplanaire constitué par un support isolant 5 en verre par exemple, sur -lequel on forme des électrodes de source 6 et d'utilisation 7-, par dépôt électrolytique d'or sur du tantale déposé sous vide, ainsi que des électrodes-portes pointues en tantale 9 et 10. 15 les quatre électrodes pointues constituent les électrodes de sour- î. ce et d'utilisation ainsi que les électrodes-portes suivant une première forme d'exécution du dispositif selon l'invention. Les é-lectrodes-portes pointues en tantale 9 et 10 sont déposées par traitement anodique de manière à former des couches isolantes 13 20 en oxyde de tantale, couch.es déposées sur lesdites électrodes-portes pointues 9 et- 10. Un matériau semi-.conducteur 12, par exemple du séléniure de cadmium, est évaporé sur les électrodes 6 et 7 et au-dessus des couches isolantes en oxyde de tantale 13. Ce matériau semi-conducteur 12 est en contact électrique avec les électrodes 25 pointues d'or 6 et 7, mais en contact isolant avec les électrodes-portes pointues 9 et 10. Le dispositif semi-conducteur .à effet-de champ est utilisé dans un circuit représenté en Fig. 1. Une source de courant continu 17 et une impédance de charge 20 sont connectées en série entre 30 les électrodes-portes 9 et 10 et l'électrode de source-6. Un potentiel .positif de commande venant..d'une source de. tension-porte 19 est produit dans le matériau- semi-conducteur, 12 entre les électrodes 9- et 10. ét l'électrode de source 6 . Une ..voie très conductrice est ainsi formée entre l'électrode de source 6, et L'.électrode d'u-35 tilisation. 7.. Unvcourant continu dont-l'amplitude varie,:.avec le . dispositif 19, s'écoule entre l'électrode de source .6 et l'élec-■ „ trode.de. drain 7 lorsque une .tension positive existe sur les électrodes-portes:- 9 et- 10,. par rapport à 1* électr.ode. de sour ce 6. , v.: La Fig. .S représente une seconde forme de. réalisation d|un 40.semi-conducteurà effet .de/Champ à film; minae _selon la présente - COPY ' 70 11381 3 : ' 2038238 invention.. Sur un support isolant-31,■ en verre -par exemple, on dépose sous'vide des électrodes-de-source 32 et dTutilisation 34, - puis on traite électrolytiquement' avec de l'or. La distance entre les pointes de ces électrodes 32 et 34 est d'environ 3 microns. 5 Un matériau semi-conducteur 36 est en contact électrique avec les électrodes 32 et 34, ce matériau étant par exemple du séléniure de cadmium. Une couciie isolante 37 en monoxydé de silicium est déposée sous vide sur le matériau serai-conducteur 36. Deux électrodes pointues en-aluminium 38 et 40 "sont -déposées sous vide sur la cou-"10 cite isolante 37. Un fil 42-de la source "est relié à l'électrode de source 32 et un fil 44 à l'électrode d'utilisation 34, par exemple au moyen d'une peinturé conductrice en argent. Le dispositif semi-conducteur à effet de champ de Fig. 2 peut être appliqué .au circuit de cette figure. Une vanné de potentiel 15 alternatif 46 est prévue entre l'électrode-porte 38 et l'électrode-porte 40. Une source de potentiel continu 48 et une résistance de charge 51 sont placés entre l'électrode de source 32 et l'électrode d'utilisation 34. Par suite de la forme pointue des électrodes 38 et 40, un potentiel de commande venant de la vanne 46 se trouve 20 fortement concentré dans le matériau semi-conducteur 36 entre les électrodes-portes. La vanne de tension alternative 46 place sur 1* électrode-porte 38 soit un potentiel'positif par rapport à l'électrode-porte 40 soit un potentiel positif sur 1'électrode-porte 40 par rapport à l'électrode-porte 38. Si cette dernière est à un po-25 tentiel positif par rapport à l'électrode-porte 40, une zone 60 du semi-conducteur 36 (adjacente à l'électrode 38) se trouve être conductrice. Le courant passe alors entre l'électrode de source 32 et l'électrode d'utilisation 24, à travers la zone 60V Si l'électrode-- - porte 40 est à un potentiel positif par rapport à l'électrode 38, 30 'la zone 62 du semi-conducteur 36 (adjacente à l'électrode 40) est rendue conductrice. Le courant passe entre-1'électrode de source 32 et 'l'électrode d'utilisation 34 par-1'intermédiaire du semi-conducteur 36. Ainsi un courant continu passe continuellement entre ' * les électrodes 32 et '34. - - -- •'35 Un- dispositif-semi-conducteur du genre en'question peut être 'appliqué dans un circuit mélangeur de- fréquences, comme celui qui • - est représenté en Fig. 3. Une -'vanne de tension 50: d'une première 'radio-fréquence est placée entre l'électrode-porte 38 et l'élec-■ 0 'trocLë de source 32 .' Une vanne-de tension 52' ayant une autre radio---'"-'40 --fréquence -légèrement plus élevée' e"st': placée-entre • 1*électrode-porte copy 70 11381 2038236 &9 et l'élsctrode fis -33. La vanne SO -v.vrii? la Goaduo-:.v";:::-.? de la couche en matériau sei\i-oonduets>.u 36 dsns la zone 60 et xa iranne 52 notule la sondue-bi-s-ité de la ù'ù&ùhe semi"conducfcri cw Si dans la zone 62. Il an résulté un courant continu variable sntr-j 5 l'électrode de source 33. a« l3«s électrodes d;utilisation 34, suite du mixage le la ■a&s.âiva. a la vann» 50 fci» c- ille à la va^c -u dans le seai-ooE.due'6-air 36 « Ce courant contiuv, valable repris^'-s la différence de fréquencs eati'e les deux vannes 50 et 52, à -■vers la résistance ZI* 10 Un dispositif e-i-sai-ooniu3à©«.r à efx*fc de uL-usp et à fil":- si.tace-.ssloa invention peut Itrr- utilisé dans un 'divait logique 1ï- : ;:jc ;:C-U'";- ycase rogr-issnsë -as. Vit* — si 1vîi plt-c;- nae première icu: v^-as tcnsipa coatiaus 7-i ûâïifc im sir cuit m. série avec 13 éleotrofe-ports 88 par rapport; a 1•* électrode de source 33, au moyen d^un p^-j-15 saier Gomaïutateiir- 71 ou si l'on place une seeonda source de tensi.oa vsoatîim® 72 dans «a eir-euio sa série, avec 1 ' électrode-porte 4C psa? rapport à l'électrode 4$ source 32 au moyen d'un second commutateur 73, un courant aouree-ycîlisatios passe entre 'V- électrode de source SS et l'électrode dsutilisation 34. Le circuit logique "OU" de la »0 Jrig. 5 répond à la fexasture du commutateur 71 seul» ou à la fermeture du commutateur 73 seul, ou enfin à la fermeture des deux commutateurs 71 ©t 73. Un dispositif semi-conducteur à effet de champ selon l'invention peut aussi être utilisé dans un circuit logique "ET" selon la 25 Fig. 5. La seconde source de tension 72 de la Fig. 4 est éliminée dans la Fig. 5 et aucune connexion n'existe entre l'électrode de source 32 et les électrodes-portes 38 et 40. Un courant source-utilisation s'écoule alors si seuls les deux commutateurs 71 et 73 sont fermés, ce qui augmente la conductivité du semi-conducteur 36 30 dans la zone 60. 11 y a lieu de noter que bien que les formes de réalisation décrites soieofcdes s>ami-conducteurs à film mince, il va de soi que l'invention est également applicable à des dispositifs semi-conducteurs à oxydes métalliques. -JS Enfin, il faut souligner que si les réalisations décrites men tionnent deux électrodes-portes, l'invention est aussi applicable aux dispositifs n'-sn eoaportant qu'une seule, par exemple dans le cas où l'électrode 10 fte la Fig. 1 est omise. bad original 70 11381 s 2038238 KETEHDICATIOHS 1. Dispositif semi-conducteur isolé à effet de champ et à porte, caractérisé par le fait que l'électrode-porte ou chaque électrode-porte (9,10) possède une forme pointue, la pointe étant diri- 5 gée vers la zone d'un matériau semi-conducteur (12) placé entre l5 électrode de source (6) et l'électrode d'utilisation (7), 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes de source (6), d'utilisation (7) et de portes (9,10) sont sous forme de zones électro-conductrices déposées 10 sur un substrat (5), un matériau isolant (13) étant déposé sur 1' électrode ou chaque électrode, tandis que le matériau semi-conducteur (12) est sous forme d'une couche déposée au-dessus de la pointe de chaque électrode-porte et de la zone comprise entre les électrodes de souree et d'utilisation. 15 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les électrodes de source (32) et d'utilisation (34) sont sous forme de zones éleetro-conductrices déposées sur un substrat isolant (31), que le matériau semi-conducteur (56) du dispositif est sous forme d'une couche déposée au-dessus de la zone comprise 20 entre les électrodes de sources (32) et d'utilisation (34) et que les électrodes-portes (38,40) sont sous forme de zone électro-conductrice déposée au-dessus du matériau semi-conducteur; chaque électrode-porte (38,40) étant séparée du matériau semi-conducteur par une couche isolante. 25 4. Dispositif selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé par le fait que l'électrode de source (6) et l'électrode d'utilisation (7) ont une forme pointue dont les pointes sont dirigées l'une vers l'autre. ..... 5. uircuit mélangeur de fréquences comprenant un dispositif 50 semi-conducteur à effet de champ selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le dispositif semi-conducteur comporte une première (38) et une seconde (40) électrode-porte (Fig. 3) et qu'une source de courant alternatif (50) est connectée entre l'électrode de source (32) et la première électrode-porte (38) 35 tandis qu'une source de tension alternative (52) est placée entre l'électrode de source (32) et la seconde électrode-porte (40). 6. Circuit logique "GUW comprenant un dispositif semi-conduc-teur à effet de champ selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le dispositif semi-conducteur comporte une 40 première (38) et une seconde (40) électrodès-porte (Fig. 4) et dans 70 11381 6 2038238 lequel une première source de potentiel (70) et un premier commutateur (71) sont connectés en série entre l'électrode de souree et la première électrode-porte (38), tandis qu'une seconde source de potentiel (72) et un second commutateur (73) sont disposés entre 5 l'électrode de source et la seconde électrode-porte (40). 7 . Circuit logique "ET" comprenant un dispositif semi-conducteur à effet de champ selon les revendications 1, 2, 3 et 4, caractérisé par le fait que le dispositif semi-conducteur comporte deux électrodes-portes (38,40) - Fig. 5 - et un circuit série composé 10 de deux commutateurs (71,73) et d'une source de potentiel (70) connectée entre les deux électrodes-portes (38,40) .