Brevet FR2023603A1 — publié le 19700821

L'invention concerne une diode à avalanche et à temps de transit pour produire des ondes électromagnétiques de fréquences élevées. Des diodes de ce genre sont connues, et ont est décrites par Mr. G. Winstel dans la revue "Physikallsche Blätter", 23ème année, 1967), pages 244-49 et dans la bibliographìe qui y est indiquée au bas de la page 249, et également traitées dans la revue IEEE Transactions of Electron Devices ED-13, 137 (1966). L'invention a pour but de diminuera plus particulière- ment de supprimer totalement l'influence de la température sur la fréquence des ondes électromagnétiques produites dans la diode. Ce but est atteint par une diode à avalanche et à temps de transit qui est caractérisée par le fait que le profil de dopage dans le voisinage de l'une ou des deux extrémités de la trajectoire des porteurs de charge est choisi localement de telle manière qu'au point d'avalanche de la diode, la dépendance des valeurs de la capacité de la jonction, contrôlée en fonction de ce profil par rapport à la température du corps semi-conducteur lors de l'application d'une tension électrique à la diode, compense la capacité dynamique qui dépend de la température et qui est en fonction de la dérivée du taux d'ionisation par rapport à l'intensité du champ électrique. L'invention procède des considérations et observations suivantes On a constaté que la fréquence d'une onde électromagnétique produite par une diode à avalanche et à temps de transit dépend très fortement de la température du corps semi-conducteur. Cette dépendance est essentielle du point de vue technique car lorsque la diode fonctionne, des charges thermiques importantes apparaissent dans le corps semi-conducteur de la diode, pour des variations instantanées et importantes de la température. Les examens auxquels on a procédé pour expliquer cette dépendance de la température ont montré que la diminution de la fréquence pour des températures croissantes est dûe en grande partie à un accroissement de la capacité dynamique de la diode. L'accroissement de la capacité dynamique peut s'expliquer avec la dépendance par rapport à la température de la dérivée des taux d'ionisation pour les porteurs de charge en fonction du champ électrique. Ainsi que cela a été montré par des études poussées, l'accroissement de la capacité dynamique résultant de la dérivée du taux d'ionisation qui est fonction de la température, n'est pas constante, mais diminue pour des tempéatures Clevées. D'autres études faites au sujet de semi-conducteurs ont Lait apparaître que la capacité d ncion d'une diode à semiconducteurs (polarisée dans le sens du blocage) dépend de la température quand on se trouve au pOult de rupture ou d'avalan che. En choisissant le profil de dopage on peut exercer une influence sur ce mode de fonctionnement. L'invention propose donc de combiner effet observé de la dépendance par rapport à a température de la fréquence de l'onde produite dans une diode à avalanche et à temps de transit par suite de la modification de la capacité dynamique, avec effet connu par ailleurs de la dépendance par rapport à la température de la capacité de jonction d'une diode à son point dtavalanche, dans le but d'obtenir une bonne compensation thermique de cette fréquence. A cet effet, on choisit un profil de dopage correspondant pour le corps semi-conducteur, à l'une ou aux deux extrémités de la trajectoire des porteurs de charge, plus particulièrement des électrons. D'autres caractéristiques de l'objet de l'invention ressortiront de la description donnée ci-dessous d'un exemple et dans laquelle on admettra que la capacité dynamique Cdyn de la diode satisfait, au delà de la fréquence de résonance la relation : Cdyn = Csp (1 - #a2/#2) (1) dans laquelle Csp est la capacité de la jonction, #a la fréquen- ce du circuit résonant et # la fréquence du circuit oscillant. Pour la compensation, conforme à l'invention, de la dépendance de la fréquence d'oscillation de la diode par rapport à la température, il faut satisfaire la relation qui résulte de la relation (1), étant entendu qu'il faut tenir compte du fait qu'au delà du taux d'ionisation et de la vitesse de déplacement, xa2 dépend de la température.Etant donné que la tension de rupture ou d'avalanche d'une diode dépend de la température, on peut, dans la relation (2) remplacer la température par la tension, en sorte que la condition de compensation se lit alors comme suit : dC C 1 da2/a > a2 (3) 2 U î77U 2 a2 Les études, examens et résultats de mesures ontfait apparaître (pour une gamme de températures correspondante) que l'expression mise entre paranthèses dans la relation (3) est inférieure à 0. On reconnait dès lors la possibilité d'une compensation , car dC5p / dU est toujours inférieur à zéro. La substance à utiliser pour une diode à avalanche et à temps de transit selon l'invention, n'est pas seulement le silicium, qui est préférable, mais également des matières telles que l'arséniure de gallium ou le germanium. Il est particulièrement avantageux d'appliquer l'invention à des diodes qui sont fabriquées par dépot de la substance semi-conductrice de la diode sur un substrat, en particulier en silicium. Le profil de dopage à choisir suivant l'invention peut être préparé à l'aide des procédés connus dans la technique des semi-conducteurs. A cet effet, on utilise de préférence des procédés connus pour le dépôt épitactique. Le dessin annexé représente schématiquement une forme d'exécution d'une diode suivant l'invention. Le corps semi-conducteur 1 comporte une partie fortement dopée, par exemple une partie à dopage du type n qui forme en particulier le substrat. La partie 3 est une portion du corps 1, moins dopée que la partie 2, par exemple une partie à dopage du type n. La partie 4 est une partie à dopage élevé inverse, donc dans le cas présent une partie à dopage du type p+. La jonction entre 3 et 4 est de préférence une jonction abrupte. La partie 3 forme le parcours proprement dit des porteurs, dans le cas présent le parcours des électrons. Ce parcours, c'est-àdire l'épaisseur de la partie 3 est de l'ordre de quelquesum. En raison du temps de transit demandé, cette dimension dépend de la fréquence. Les parties 5 et 6 représentent des couches conductrices, servant à établir les contacts. REVENDICATIONS 1.- Diode à avalanche et à temps de transit pour produire des ondes électromagnétiques de fréquences élevées, caractérisée par le fait que le profil de dopage dans le voisinage de l'une ou des deux extrémités de la trajectoire des porteurs de charge est choisi localement de telle manière qu'au point d'avalanche de la diode, la dépendance de valeur de la capacité de la jonction,contrôlée en fonction de ce profil, par rapport à la température du corps semi-conducteur, lors de l'application d'une tension électrique à la diode, compense la capacité dynamique qui dépend de la température et qui est en fonction de la dérivée du taux d'ionisation par rapport à l'intensité du champ électrique. 2.- Diode à avalanche et à temps de transit suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que le corps de la diode est formé essentiellement de silicium. 3.- Diode à avalanche et à temps de transit suivant la revendication 1 ou 2, caractérisée par le fait que le profil de dopage est réalisé suivant un procédé de dépôt épitactique sur un substrat qui est de préférence le silicium.