Brevet FR2023881A1 — publié le 19700821

Des dispositifs agnéto-électroniques dane lesquels un contrôle des caractéristiques peut être exercé au noyen d'un champ magnétique offrent des ossibilités attravantes dans le domaine des circuits électioniques. En effet, ce ype de dispositif eut particulièrement intéressant pour des circuits intégrés de très haute réquence. Auparavant, les circuits intégrés hyperfréquences étaient formes sur des substrats diélect-riques à iaibles pertes. Toutefois, seuls dei dispositifs réciproques passifs peuvent entre réalisés sur ce tpe de substrat. Or, il serait également souhaitable de pouvoir fabriquer des dispositifs non-réciproques sur de tels substrats. Dans le passé, les dispositifs non-réciproques exigeaient l'utilisation de matières magnétiques séparées, telles que les ferrites. En d'autres termes, les circuits intégrés hyperfréquences exigent actuellement à la fois des dispositifs semiconducteurs et des dispositifs magnétique pour construire des montages complets. On s' accorde à reconnaître qu'il serait extrêmement souhaitable de disposer une matière qui est à la fois semiconductrice et ferromagnétique et qui, en même temps, est suffisamment isolante pour servir de substrat à des montages hyperfréquences du type monolithique. outefois, une telle matière n' existait pas jusqu'à ces temps derniers. Or, récemment, on a découvert une spinelle semiconductrice ayant de bonnes propriétés fenomagnétiqes. Cette matière est un séléniure de chrome et de cadmium (CdCr2Se4). Eien que cette matière ait été préparée sous une forme monocristalline, on n'en connaissait pas renfermant simultanément des régions p et n dans le même corps. En conséquence, l'un des buts de la présente invention est de fournir un procédé perfectionné pour produire un corps de type n ou p d'une matière cui est à la fois ferromagnétique et semiconductrice. Un autre but dé l'invention est d'apporter un dispositif semiconducteur perfectionné, incluant une jonction p-n, dans une matière qui présente au si de bonnes propriétés ferromagnétiques. Un autre but de l'invention est de réaliser un circuit intégré hyperfréquences perfectionné avec un substrat trinitaire dans iequel sont formes à la fois des dispositifs redresseurs ordinaires et des dispositife à commande magnétique, Enfin, l'invention vise à réaliser des circuits intégrés hyperfréquences perfectionnés du type monolithique. 'une des particularités @e l'invention réside dans un procédé perfectionné pour produire du CdCr2Se4 de type n. Un autre aspect de l'invention réside dans un procédé perfectionné po-r- produire du GdCr2Se4 de type p. Un autre aspect de l'invention est 41 apporter un dispositif semi conducteur perfectionné qui comprend une matière semiconductrice ferromagnétique renfermant une jonction p-n. Enfin, un dernier aspect de l'invention réside dans un circuit intégré hyperfréquences perfectionné du type monolithique renfermant à la fois des dispositifs actifs classiaues et des dispositifs à commande magn6tiques fabriqués aur le même substrat, D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'etemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel - la fig.l est une vue en perspective d'un dispositif et d'un montage conformes à l'invention; et - la fig.2 est une coupe suivant la ligne 2-2 de la fig.l. L'un des aspects importants de la présente invention réside en ce que l'on a découvert le moyen de convertir du CdCr2Se4 intrinsèque en une matière semiconductrice de type p. Pour commencer, on fait croître un corps monocristallin de CdCr2 Se4 par un procédé connu, tel que le transport en phase liquide avec un catalyseur à base de-platine, comme décrit, par exemple, par H.von Shilipsborn, dans la revue Journal Applied Physics, volume 38, Pages 955-956, 1967. Cn remplace ensuite une partie du cadmium par un élément monovalent, tel que l'or, l'argent ou le cuivre. Le monocristal de CdCr2Se4 intrinsèque est d'sabord nettoyé et dégraissé avec du chloroétlylène et de l'alcool méthylique. I1 est ensuite rincé à l'eau distillée et un mince revêtement du dopant, dans le cas présent, une couche de 500 à 10 000 # d'argent, est déposé à sa surface par évaporation sous vide.La surface du cristal est maintenue à la température asbiante pendant la formation du dépôt. On place ensuite le cristal ainsi revêtu dans une ampoule de quartz avec un peu de sélénium. On chauffe l'ampoule à 500-600 C, ce qui vaporise le sélénium et provoque la diffusion de l'argent dans le cristal. e processus d diffusion se poursuit de 2C minutes à 15 heu res selon la profondur de génétration désirée. Quand ls di@@@@sion est @chevée, on retire le eristal de anpoule et on le refroidit@@ la température a@tiaste. L'argent r6siduel est enstite enlevé de la surface du cristal soit à l'acide fitrique, soit par un fin poli@age, tne jonction redresse@se à contact ponctuel peut être établie avec la surface du crlstal p traité, com e il vient d'être décrit en utilisant une pointe de tungstène plaquée d'or. Un autre aspect important de l'invention r6side en ce que l'on vient de trouver le moyen de convertir soit du CdCr2Se4 intrinsèque, soit de tspe p, en type n. Ceci peut être réalisé en déposant une pellicule de quelques centaines d'angstroms (par exemple, 500 # ) d' indium - la surface du cristal par évaporation sous vide. On lain- tient le urface au cristal à la température ambiante pendant la formation du dépôt. Le cristal revêtu est ensuite placé dans un four sous une atmosphère d'argon ou d'un autre Saz et est clauffé à 100 C penôant environ 10 secondes. Ceci produit une jonction ahrugte quand le procédé est utilisé Tour convertir une partie d'une région p.Pour empêcher l'indiun de s'agglomérer en gouttelettes pendant la diffusion, on peut vaporiser une mince pellicule @@ nic e ou Je platine au-dessus de celui-ci. Dans une variante du procéd pour produire une région n, on chauffe le cristal à 400 C sous vide et on dépose une couche d'indium d'anviron 500 # épaisseur sur le cristal caauffé, Cn obtient ainsi une jonotion p-n ra melle quand le procédé est utilisé pour convertir une partie d'une région p en région n. Un bon contact ohmique, adapté à la fixation de conexion, peut êtr@ obtenu en refroidiscant le cristal à l, température ambiante, puis en déposant une coucne d'or sur la région n. Un contact o@@@ique evec la r6gion p peut être étatli on d'posant une pellicule @@@@@rome de 20000 # d'épaisseur sur @@@ surface d' un eristal @@@@@@@@@@@@350 C. tis au-dessus de selle-ci une couche d' or @@@ @@@@@@@@@@@@@@@@@@ e@licule d'or facilite ls liaison par ultrasons @@@ file d'er, Un contact o@@@@@@@@@ vaec la région a peut être évall en dépoand de la soudure d'indium à 160 C. Pour éviter que l'agent de dopage se dépose sur des parties non désirées de la surface du oristal, on peut utiliser un @asque métallique. Après que la jonction p-n @ été feru'e, dlle qeut être ettoyée der un dérap@@e @@@s une @@2lution de RCH et de K3FeCN6 Une jonction p-n peut aussi être prod@ite en partant d'une région n, comme décrit ci-dessus, et en dopant une partie de celle-ci avec une i@@@@@@@@@@ Ceci peut être fait en dékposant d'obord un @oist @@@@@@@@@@@@@évaporation sous vide, sur la surface d'un cristal propre à une tenpérature d'environ 50 à 400 C et en couvrant ce point d'une couche d'or Après avoir fixé des cenducteure, une impulsion électrique de polarisation en sens direct est appliquée en utilisant un potentiel d'environ 200 volts avec une rési tance en série de 500 à 10 000 # Il se forme ainsi une jonctfon p-n avec une couche p très mince. Un astre aspect de l'invention réside en ce qu'il est mainte @ant devenu p'ssitle de fasriquer les circaits intégrés hyperfréquences monolitniques comprenant a la fois des dispositifs semiconducteurs jonction classique et des dispositifs à commande magnétique sur le même schstrst. Un sircuit typique de ce genre est représenté sur le dessin. Le @@rsuit peut comprendre un monocristal 2 de CdCr2Se4 intrinsèque @@@@ sert de sulstrat. Dane c@ sutstrat, est formée une diode 4 @@@ pesée d'une région p 6, d'une régiion n 8 séparées par une jonction 10. La diode peu être faite Un di@@usant d'abord de l'argent provenant d'un mince revêtement d'argent déposé sur toute l'aire de la diode. Un revêtement d'indium est ensuite déposé sur 11 aire 8 dési gnée comme étant du type n sur le dessin.L'indium est diffusé dans une partie de le région p du cristal par chauffage, comme décrit plus Le circuit peut aussi comporter une ligne de bande 12 dont l'une des extrémités est consectée à la région p 6 de la diode 4 et dont 1' autre est relièe à un circulatuer à commande magnétique 14. Ce circu lateu@@ se compose d'une partie métallique cd@culaire autour de la péri@@@6ri@@@@@@ lsquelle tont disposés des comlcoteurs pelliculaires 16 et 18. Une bobine de choc H-F 20 est égaiement com ecté @ la région p 6. La ligne de bande 12, le circulateur 14, les conducteurs 16 et 18 et la bobine de choc 20 peuvent être produits simultanément comme suit: en utilisant des mastues d orme appropriée, on pose d'abord une pellicule de chrome directiement sur le subst par évaporation. Cette pellicule de cbrome peut avoir une épaisseur de 300 à 500 # et est dépcsée pendant que le s@@strat est clauffé à une température de 200-300 C. On couvre ensuite cette pelioule de chrome par vaporisasion avec une couche d'or ou de cuivre.Cette dernière couche peut avoir une épaisseur d'environ 5 à 10 microns. a pellicule de chrome a simplement pour but d'assurer une meilleure adhérence avec le substrat. La face inférieure du substrat 2 est également pourvue d'une couche métallique 22 qui peut être formée en déposant d'abord-une pellicule de chrome, puis une couche plus épaisse de cuivre ou d'or. La région n 8 de la diode 4 est connectée à la couche métalli- que intérieure 22 en perçant un trou 24 à travers le substrat 2, le long du bord de la région n. On remplit ensuite ce trou avec une par te conductrice de l'électricité 26, telle qu'une résine argent-épo- xyde. La diode pourrait entre connectée à la couche métallique inférieure 22 par d'autres procédés.Cest ainsi, par exemple, qu'une pellicule de métal pourrait être déposée au-dessus de la face supérieure et autour de l'un des tords du substrat 2 pour rétablir la connexion nécessaire. Les avantages d'un circuit tel que celui décrit ci-dessus sont évidents. Le meme petit substrat renferme une diode semiconductrice classique et un dispositif à commande magnétique, tandis que les lignes de bande et autres composants, tels que la bobine de choc H-F, sont déposés directement sur le substrat sans interposition d'une couche isolante. Le circulateur 14 est commandé en appliquant un champ magnétique figuré par la flèche Hc, perpendiculairement au plan de la face supérieure de l'élément 14.Quand ce champ est polarisé dans une certaine direction, iui courant circule dans la ligne de sortie 16, tandis que quand il est polarisé dans la direction oppo- sée. la courant circule dans la ligne de sortie 18.Ceci est dû au renverser--ent de la direction de circulation du courant qui accompagne l'inversion du champ magn6tique de polarisation. Le circulateur oeut aussi être commandé en appliquant un chanp magnétique d'inten- sité différente sans changer le signe de la polarisation. Lorsque 1' intensité du champ est au-dessus de la résonance, la direction de circulation du courant se fait dans une certaine direction, tandis que, lorsque cette intensité est inférieure à la résonance, la direction de ci@culation du courant se fait dans le sens oppsoé, REVENDICATIONS 1.- Un dispositif schiconducteur Qui comprend un corps caractérisé en ce que celui-ci posstde à la fois des propriés semiconductrices et ferromagnétiques et renferme une jonction p-n. 2.- Dispositif senlconducteur selon 1 revendication 1 dans lequel ledit corps se compose d'une subetanse pratiquement intrinsèque et renferme un dispositif semiconductur avec une jon p-n produite dans ledit corps de façon à en faire pertie intégrante, 3.- Dispositif semiconducteur selon la revcndlcation 1 dans lequel ledit corps comporte une région n dans une première partie dudit corps, une région p drns une seconde partie dudit corps, une jonction p-n séparant lesdites régions, et des contacts ohmiques avec chacune desdites régions. 4. - Dispositif semiconducteur selon la revendication 1 dans lequel ledit corps est constitué per un cristal semiconducteur de CdCr2Se4 dans lequel une partie du cadmium a été replacée par un élément monovalent de sorte que le corps est du type p et des contacts électriques aboutissant - ce corps. 5. Dispositif selon ls revendication 4 incluant une électrode redresseuse comprenant un élément de contact ponctuel s'appliquant contre ledit corps. 6.- dispositif selon la revendication 4 incluant un contact ohmique comprenant des pellicules successives de chrome et d'or. 7.- Dispositif selon la revendicftion 4 dane lequel ledit l- ment monovalent est l'or, le cuivre ou l'argent. 8.- Dispositif semiconducteur comprenant un seul corps cristallin de CdCr2Se4 semiconducteur ayant une partie n et une partie p séparées par une jonction p-n 9, - Circuit intégré hyperfréquences copprenant un corps mono- cristallin d'une matière qui est F:. la fois semiconductrice et ferromagnétique, ledit corps étant pratiquement intrinsèque, un dispositif incluant une région p et une région n séparées par une jonction p-n étant formé dans une partie dudit corps, un dispositif à comman @agnétique étant formé dans une sutre partie dudit corps, de sconnexions métalliques reliant lesdits dlspositifs.