Brevet FR2019016A1 — publié le 19700626

La présente invention se rapporte à un circuit d'emmaga sinage comprenant au moins deux dispositifs à semiconducteurs connectés en parallèle, et une cathode et une anode connectées à chaque dispositif afin d'appliquer aux bornes de chaque dispositif une tension de polarisaticn qui dépasse la tension d'entretien de de- maine mais qui est inférieure à la tension d'entretien d'oscilla- tion du dispositif. Lorsqu'une tension ereissante est appliquèe aux extrémités opposées d'un semiconducteur dopé de façon uniforme, par exem- ple de l'arséniure de gallium de type n, le courant moyen dans l'échantillon croit à peu près linéairement avec la tension jusqu'à ce qu'unie valeur critique soit atteinte, pour laquelle la nucléation d'un domaine à champ élevé au voisinage de la cathode ré duit brusquement le courant du dispositif jusqu'à une valeur qui reste sensiblement constante pendant toute la période de propagation du domaine entre la cathode et l'anode La tension critique à laquelle a lieu la nucléation dun domaine est appelée tension de seuil VT. Après la nucléation d'un domaine, la tension appliquée peut être réduite en deçà de la valeur de seuil sans étouffer le domaine aussi longtemps qu'elle est maintenue auOdessus dYune valeur minimale appelée tension d'entretien de domaine VDS. Si la tension appliquée entre anode et cathode est inférieure à une valeur dite tension d'entretien d'oscillation VOS' l'arrivée du domaine à l'anode remet le dispositif dans un état ohmique On a constaté que, outre qu'il est possible d'engendrer la nucléation d'un domaine en appliquant entre anode et cathode une tension superieure à la valeur de seuil, il est également pos- sible de produire un domaine en appliquant un potentiel positif approprié à une troisième électrode du dispositif, située sur le corps de semiconducteur entre l'anode et la cathode, à condition que la polarisation anode-cathode soit maintenue au-dessus de la tension d'entretien VDS. Cette troisième électrode peut êtré un simple contact crique dans lequel un métal est lié physiquement à la structure de semiconducteur, ou un contact capacitif dans lequel le métal est isolé du semiconducteur par une couche isolante.De ce dernier type de contact, les signaux appliqués à la troisième électrode sont couplés capacitivement au dispositif à semiconducteur. I1 a été constaté que, quel que soit le type de contact utilisé pour la troisième électrode, des tensions relativement faibles sont requises à une telle électrode pour engendrer la nucléation d'un domaine La raison apparente de ce phénomène est qu'une ben- sion appliquée à a troisième électrode ne doit accroltre de champ dlestrique au delà du seuil que fans la région comprise entre tette électrode et la cathode En raison des vitesses extrèmement élevées qui sont asse ciées à l'aifet de masse dans l'arséniure de gallium Je type n il est fortement souhaitable d'expleiter de phénomène atin de réali ser des circuits de commutation à vitesse tres élevée. Parmi des circuits se trouve entre autres le registre à décalage et certaines tentatives ont dès lors déjà été faites dans ce sens. Dans un registre à décalage, des dispositifs bipolaires sont planés dans des réseaux de polarisation résistifs, la cathode d-un dispositif étant connectée à anode du dispositif suivant par 1 intermédiaire d'une capacité et d'une diode, Une impulsion appliquée au premier dispositif engendre dans celui-ci un domaine Ce champ élevé mobile, lequel domaine, lorsqu'il est absorbé par l'anode, remet ie dispositif dans l'état ohmique, -engendrant subséquemment un domaine dans le dispositif suivant. De cette façon, l'impulsion initiale circule d'un dispositif à l'autre dans le réseau. d'une façon plus spécifi que, la cathode d'un premier dispositif de ce circuit connu est con- nectée à l'anode d'un dispositif suivant par une capacité et une dlode.Lorsque le domaine de champ élevé est annihilé à l'anode du premier dispositif, la tension croît brusquement sur la cathode de ce dispositif. Cet accroissement de tension est alors transmis à l'anode d'un dispositif suivant par l'intermédiaire de la capacité et de la diode, et il y provoque la nucléation dun domaine de champ élevé.Théoriquement, ce processus se répète de tellefaçon quune seule impulsion excite séquentiellement des. domaines dans les dispositifs de la chaîne. La dipode dans le aircuit d'interconnexion est destinée à isoler la cathode d'un premier dispositif des varia tions de tension émanant de l'anode d'un dispositif suivant. En pratique cependant, la diode du circuit série qui relie la cathode d'un dispositif à l'anode d'un autre dispositif se trouve associée à une capacitance de jonction.Dans la piupart des cas, cette aps- eitance est suffisamment grande pour que. lorsque la tension sur l'anode du dispositif à semicondusteurs diminue au mement où un demaine se trouve annihilé, cotte diminution de tession est renvoyée à la cathode du dispositif précédent à travers la capacitance de la diode.- Il en résulte donc un danger-sensible qu'un domaine soit non seulement engendré dans un dispositif suivant mais qu'un domaine soit également engendré dans le. dispositif précédent par suite de la capacité parasite de la diode. Ce problème s'accentue considé rablement lorsque la vitesse du registre augmente et il présente des difficultés à l'ingénieur de circuit dans les cas où l'on dé sire obtenir la vitesse de fonctionnement maximum. La présente invention a donc pour but d'éliminer les pro- blêmes évoqués ci-dessus. Il a été constaté que l'on peut tirer parti des possibili tés de fonctionnement à vitesse élevée des dispositifs à semicon ducteurs en utilisant des dispositifs quadripolaires comportant une anode et une cathode ainsi qu'un contact ohmique à proximité de l'anode et un contact ohmique ou capacitif au voisinage de la ca thode. Le circuit selon l'invention se caractérise en ce que cha que dispositif à semiconducteur comprend deux électrodes supplé- mentaires couplées électriquement à des zones du corps semiconduc- teur entre la cathode et l'anode, une source d'impulsions pour ap- pliquer une impulsion à une première électrode supplémentaire dgun dispositif afin d'exciter un domaine, et un circuit pour connecter la seconde électrode supplémentaire de chaque dispositif à lapremière électrode supplémentaire du dispositif suivant en sorte que l'annihilation d'un domaine dans un dispositif applique une impulsion à la seconde électrode supplémentaire afin de provoquer la génération d'un domaine dans le dispositif suivant.Une impul sion de déclenchement appliquée au contact ohmique voisin de la cathode du premier dispositif engendre un domaine dans ce disposi tif. Lorsque ce domaine passe entre le contact ohmique voisin de l'anode et l'anode elle-même, une impulsion d'allure négative est observée au contact supplémentaire. Cette impulsion est couplée ca pacitivement au contact ohmique voisin de la cathode du dispositif suivant. La valeur de la capacité est choisie de telle sorte que l'impulsion négative se trouve différentiée. La pointe positive dé rivée du flanc arrière de cette impulsion sert alors à engendrer un domaine dans le dispositif suivant. De cette manière, l'impulsion initiale se propage d'un dispositif au suivant. Une source de nu cléation de domaines se présentant sous la forme d'une région for tement dopée ou dune réduction de la surface de la section trans versale, se trouve placée directement sous le contact ohmique voi sin de la cathode de chaque dispositif de telle sorte que le domai- ne totalement développé ne passe jamais sous ce contact. L2annihiw lation d'un domaine dans un dispositif donné ne sert donc qu'à déclencher le dispositif suivant puisque la faible variation de tension renvoyée au dispositif précédent est insuffisante pour provoquer la nucléation parasite dun domaine dans ce dispositif. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le dispositif est muni dVum contact capacitif au voisinage de sa cathode. Le contact ohmique situé près de l'anode de chaque dispositif est alors connecté directement au contact capacitif du dispo- tio suivant de Ra chaîne. L'invention sera décrite à l'aide des dessins Joints dans lesquels: - la figure i est un schéma d9un registre à décalage. asynchrone incorporant l'invention ; - la figure 2 est un schéma d'un deuxième registre à décalage asynchrone incorporant l'invention. Le registre à décalage illustré sur la figure i comprend plusieurs dispositifs à semiconducteurs 10A à 10N, connectés en pa parallèle entre eux et avec une source de polarisation 11. Chaque dispositif consiste en une plaquette d'un matériau semiconducteur à deux vallées,- sensiblement homogène, contenue entre une cathode (12A,...12N) et une anode (13A,...13N). De plus, chacun des dispositifs 10A à 10N est quadripolaire et comporte donc encore un con- tact ohmique (14A,...14N) au voisinage de la cathode et un contact ohmique (15A,...15N) au voisinage de l'anode. La quatrième électrode (15A,...15N) de chaque dispositif est connectée à la troisième électrode du dispositif suivant par l'intermédiaire d'une capacité (16A,...16N). La troisième électrode du premier dispositif 10A, cependant, est connectée directement à une source 18 d'impulsions positives. La source de tension 11 est choisie en sorte d'appliquer aux bornes de chaque dispositif une tension de polarisation supé-. rieure au potentiel d'entretien des domaines mais inférieure toutefois au potentiel d'entretien des oscillations. Lorsqu'une im- pulsion positive est appliquée à l'électrode 14A du premier dispo sitif 10A dans ces conditions, un domaine à champ élevé est produit sous l'électrode par une source de nucléation. Lorsque le domaine passe sous le contact i5A, la tension sur cette électrode tombe à une valeur plus faible qui subsiste jusqu'à ce que le domaine ait atteint l'anode. Lorsque le domaine se trouve alors annihilé à celle-ci, la tension sur l'électrode 15A croît.C'est cette varia tion de tension dans le sens positif qui, appliquée au contact 14B par l'intermédiaire de la capacité 16B, sert à engendrer un domaine ne dans le dispositif 10B. D'une maniere similaire, la dissolution dcun domaine dans le dispositif lOB sert à engendrer un domaine dans le dispositif 10C. Ce processus se répète ainsi à mesure qu'une impulsion se propage à travers la chaîne Le circuit selon la figure 1 se comporte donc comme un registre à décalage asynchro- ne.De plus, si la borne de sortie 21N du dispositif 10N est con- nectée à l'électrode 14A du dispositif 10A par l'intermédiaire d'un commutateur 20 et de la capacité 16A, le circuit devient celui dVun compteur en anneau et il peut être utilisé pour emmagasiner un train d'impulsions indéfiniment. La sortie de ce circuit peut etre dérivée en parallèle ou en série. Si l'on désire extraire les signaux en parallèle, un dispositif d'extraction peut être connecté aux bornes 21A à 21N de la manière connue, et, à un moment déter miné, les signaux emmagasines dans la chaîne 10A à 10N peuvent etre extraits en parallèle et introduits dans le dispositif d'uti- lisation.Si l'on désire extraire les signaux en série, il suffit de connecter le dispositif d'utilisation, tel que la charge 19, à la borne 21 au moyen d'un commutateur 25: les signaux sont alors extraits en série. La figure 2 illustre une deuxième forme de réalisation. Ce registre est équivalent à celui de la figure 1 sauf que des contacts capacitifs 30A à 30N remplacent les contacts ohmiques 14A à 14N et les capacités 16A à 16N du circuit précédent. La capacité associée à chaque contact 30A...30N exécute, en combinaison avec la résistance ohmique du dispositif, la fonction de différentiation de l'impulsion négative produite'à anode de chaque disposi tif lorsqu'un domaine est formé. A tous autres égards le fonction nement du circuit de la figure 2 est identique à celui du circuit de la figure i. REVENDICATIONS. 1.- Circuit d'emmagasinage comprenant au moins deux dis positifs à semicondUcteurs connectés en parallèle, et une cathode et une anode connectées à chaque dispositif afin d'appliquer aux bornes de chaque dispositif une tension de polarisation qui dépasse la tension d'entretien du-domaine mais qui est inférieure à la tension d'entretien d'oscillation du dispositif, caractérisé en ce que chaque dispositif à semiconducteur comprend deux électrodes supplé- mentaires (14A, 15A, 14B, 15B) couplées électriquement à des zones du corps semiconducteur entre la cathode (12A, 12B) et 1Panode (13A, 13B), une source d'impulsions (18) pour appliquer une impulsion à une première électrode supplémentaire (14A) d'un dispositif (10A) afin dpy exciter un domaine, et un circuit (16B) pour connecter la seconde électrode supplémentaire (15A) de chaque dispositif à la première électrode supplémentaire (14B) du dispositif suivant (10B) en sorte que l'annihilation d'un domaine dans un dispositif applique une impulsion à la seconde électrode supplémentaire afin de pro- voquer la génération d'un domaine dans le dispositif suivant. 2.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux électrodes supplémentaires sont du type ohmique et en ce que ledit circuit pour connecter la seconde électrode supplémentaire de chaque dispositif à la première électrode supplémentaire du dispositif suivant comprend un condensateur (16B). 3.- Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première électrode supplémentaire (30A, 30B) est du type capacitif et la seconde électrode supplémentaire (31A, 31B) est du type ohmique, et en ce que ledit circuit pour connecter la seonde électrode supplémentaire de chaque dispositif à la première électrode supplémentaire du dispositif suivant consiste en une connexion directe. 4,- Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'une source de nucléation de domaines est située directement sous la première électrode supplémentaire (14A, 14B) voisine de la cathode. 5.- Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant plusieurs dispositifs à semiconducteurs connectés en série (10A-10N), caractérisé en ce que la seconde électrode supplémentaire (15N) du dernier dispositif (iON) est connectée (par l'intermédiaire de 21N) à la première électrode supplémentaire (14A) du premier dispositif (10A) afin de former un compteur en anneau.