Brevet FR2038141A1 — publié le 19710108

La présente invention concerne des circuits intégrés. Elle se rapport plus particulièrement à des circuits intégrés qui utilisent des transistors à effet de champ et à grille isolée dans lesquels sont inclus des dispositifs à canal P et à canal ÏT. 5 II est connu de connecter en parallèle, pour des fonctions de commutation, des transistors à effet de champ à grille isolée, du type à enrichississemeht,~ayant des conductivités mutuellement opposées. le circuit à commander est relié en série avec les transistors et un circuit de commande est relié aux grilles 10 des transistors. Pour transmettre un signal on applique des tensions d'enrichississement aux grilles des deux dispositifs, de telle sorte que chacun des dispositifs devient conducteur. La traversée capacitive des signaux de commande tènd à être supprimée même si les signaux transmis par les transistors ont 15 subi une distorsion. Le présent dispositif'à transistors a effet de champ et à grille isolée comporte deux transistors qui sont réalisés de façon à avoir des transconductances égales. Des moyens sont prévus pour égaliser leurs capacitésrespectiv€s grille-drain. 20 D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre : I&ns les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple - la figure 1 représente le schéma d'un nouveau circuit de commutation utilisant des transistors à effet d"e champ 25 et à grille isolée complémentaires ; - la figure 2 est une vue en plan du dispositif selon l'invention ; - - la figure 3 est une coupe selon la ligne 3 3 de la figure 2. ' ! ■ v 30 Le dispositif selon l'invention, désigné d'une façon générale par le chiffre de référence 10 à la figure 2t est prévu en particulier pour être utilisé dans un circuit de commutation tel que le circuit 12 représenté à la figure 1. Les circuits antérieurs comprenaient les" composants représentés 35 dans l'aire délimitée par des traits en pointillés à la figure 1, c'est-à-dire un transistor à effet de champ et à grille isolée de type P, 14, et un transistor à effet de champ du type ÎT, 16, 70 04812 2038141 reliés en parallèle. Les sources des transistors 14 et 16 sont reliées ensemble et sont reliées à une borne 18 et les drains des transistors sont reliés ensemble et sont reliés à une "borne 20. le circuit à commander, non. représenté, est relié aux "bornes 5 18 et 20. Le transistor de type ET, 16, a une grille 22 qui est reliée, au moyen d'un conducteur 24, à une "borne 26 prévue pour être reliée à une source de tension relativement élevée, supérieure à la tension de seuil du transistor 16 et à une source de tension 10 relativement basse, inférieure à la tension de seuil du transistor 16. Le transistor de type P, 14>a une grille 28 qui est reliée, grâce à un conducteur 30, à une borne 32 prévue pour être reliée aux sources de tension précitées ayant des tensions respectivement supérieure et inférieure à la tension de seuil du transistor 15 14- En pratique des tensions de grille de même valeur mais de polarités opposées sont appliquées simultanément aux transistors 14 et 16 pour les amener à conduction ou à l'état bloqué. Chacun dés transistors 14 et 16 présente. une capacitance effective entre sa grille et son drain, comme représenté dans le 20 circuit 12 en pointillés en 40 et 42. Ces capacitances couplent les signaux transitoires associés aux signaux de déclenchement directement des grilles respectives des transistors à la borne de sortie 20. Dans le cas où, comme ici, les signaux de déclenchement ont des polarités opposées, les signaux transitoires 25 couplés -capacitivement tendent à être éliminés. Les circuits antérieurs réalisés selon le mode de réalisation représenté dans l'aire en pointillés- 13 de la figure 1 ne donnent pas entièrement satisfaction car le signal transmis subit une distorsion lorsqu'il passe dans le circuit. 30 Le dispositif 10 représenté aux figures 2 et 3 assure un montage pour1les transistors 14 et-16"qui est capable de'transmettre un signal sensiblement sans distorsion. Le dispositif 10 est représenté sous'forme d'un circuit intégré monolithique bien que l'invention puisse être appliquée également à un ensemble 35 conventionnel de transistorsdistincts. Le-dispositif 10 est formé dans un corps 44 d'un matériau semi-conducteur mono cristallin tel* que du ' silicium-. Le corps 44 70 04812 3 2038141 est d'un type unique de conductivité, par exemple du type P. Le transistor '16 apparaît du côté gauche des figures 2 . et 3 et il - comporte une paire d'électrodes espacées l'une de l'autre, une source et un drain 46 et 47 respectivement qui sont des régions 5 diffusées de conductivité de type H + dans le corps, au voisinage de sa surface 45- Des couches déposées métalliques 48 et 49 sont en contact ohmique avec la source et le drain 46 et 47 respectiveement et ont pour fonction de relier ces électrodes à d'autres éléments du circuit. 10 La surface 45 du corps 44 est recouverte d'une couche protectrice d'un isolant 50 qui peut être, de façon classique, du dioxyde de silicium poussé thermiquement sur la surface 45 du corps 44. L'isolant de.grille du transistor 16 peut être une partie 52 du revêtement isolant 50. Dans les régions voisines de 15 la source et du drain 46 et 47 l'isolant est plus épais comme il est indiqué par les couches relativement plus épaisses 53- Une grille 54 est disposée sur l'isolant. .. de grille 52 et, en raison . du fait qu'il.n'est pas pratique d'essayer de rendre la grille coextensive à l'isolant .de grille, ladite grille 54 chevauche à 20 la fois .la source 46 et le drain. 47 respectivement. Dans ce mode de réalisation la grille 54 comporte un prolongement•55 qui s'étend, de façon substantielle . , sur le drain 47. Le transistor 14 est formé dans un puits 56 du type H du corps 44. Il y a une région de source 58 et une région de drain 59 25. espacéesl'une de l'autre et définissant entre elles un canal. Dans l'espace entre les électrodes 58 et 59 se trouve un isolant de grille 60 qui peut être une partie du revêtement isolant 50- Une grille 62 recouvre l'isolant 60 et, comme représenté,.. chevauche les régions de source et de drain 58 et 59- Des couches métalliques 30 de contact 63 et 64 sont en contact avec les régions de source et de drain 58 et 59 respectivement.. La couche métallique de. contact 63 est reliée à la couche métallique de contact 49 du transistor 16 par un conducteur 65 et la couche métallique de contact 64 est reliée à la couche métallique de contact 48 par m conducteur 66 35 de façon à relier les deux transistors en parallèle. Des conducteurs d'entrée et de sortie 67 et 68 sont reliés aux conducteurs 65 et 66 respectivement. 70 04812 4 2038141 10 Pour transmettre des .signaux sans distorsion, les transcon-ductances des transistors 14 et 16 doivent, être égales. La trans-conductance d'un transistor à effet de champ à grille isolée est fonction -de la mobilité des porteurs de charges dans le canal du dispositif, de la capacitance grille—canal, de la tension de grille appliquée, de la longueur du canal mesurée dans la direction d'écoulement du courant entre la source et le drain et de la largeur du canal mesurée transversalement à la direction d'écoulement du courant. En supposant que la tension de drain est plus importante que la tension de grille, g^ est défini par l'expression suivante : ti , vC V w gm = g sa ou P)-go g 1 équation dans laquelle ^(n ou p) est. la mobilité des électrons 15 ou des trous du.matériau du dispositif, C^c est la capacitance grille-canal,. Y et la tension de. grille, ¥ est la largeur du g * canal et L est la longueur du canal. Les électrons sont plus mobiles que les trous dans les matériaux semi-conducteurs classiques tels que le silicium. Dans" 20 le si.licium. par exemple n est de 1350 cm /V seconde et ^ est de 480 -cm ./V seconde. En conséquence lorsque le semi-conducteur est du silicium, le canal 'du transistor de type P peut être environ, trois fois plus large que celui du transistor de type ET ou avoir une longueur égale au tiers de la longueur du canal 25 clu transistor de type ET pour obtenir des valeurs égales de g pour les deux dispositifs. En raison du fait que la longueur du canal est généralement aussi petite que possible, ceci pour un fonctionnement rapide,on fait varier la largeur plutôt que la longueur pour régler g^. 50 Comme représenté à la figure 2 la largeur du transistor 16, c'est-à-dire la longueur des surfaces adjacentes se faisant face déréglons 46 et 47, est représentée comme étant environ un tiers de celle du transistor 14. Comme il a été indiqué plus haut, dans la fabrication 55 classique des dispositifs à grille isolée, il n'est pas pratique économiquement, de rendre les électrodes coextensives aux canaux des dispositifs et par conséquent il y a toujours un chevauchement 70 04812 5 2038141 entre la grille et le drain du dispositif. Habituellement ce chevauchement est maintenu aussi faible que possible et il y a une distance de chevauchement pratique minimale "d", comme représenté pour le transistor 14 de la figure 5 2. Ce chevauchement contribue grandement à la- capacitance grille-drain du dispositif. Pour supprimer les signaux transitoires couplés ■ 4 capaci-tivement dans les signaux d'entrée, la capacitance effective grille-drain du transistor 16 doit être égale à celle du transis-10 tor 14. On obtient de préférence l'égalité dans le dispositif selon l'invention en prévoyant 7 le : pr olongëment. 55 de la grille 54 du transistor 16. Ainsi la grille du transistor 16 chevauche le drain 47 de ce transistor sur une distance plus importante "P" qu la distance de chevauchement "d" du transistor 15 14- L'importance de la distance de chevauchement "D" compense la plus grande largeur du transistor 14. On peut également relier un condensateur séparé 70 (figure 1) entre la grille-et le drain du transistor 16. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes 20 de réalisations décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 25 70 04812 2038141 REVENDICATIONS 1 . - Circuit électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un premier transistor à effet de champ et à grille isolée comportant un canal de type P de largeur et de longueur prédéterminées et un second'transistor à effet de champ et à grille isolée, 5 relié électriquement au premier transistor, ledit second tran-sitor ayant un canal de type N de largeur proportionnellement moindre que celle du premier transistor, de telle sorte que ledit second transistor a une transconductance sensiblement égale à celle du premier transistor et des moyens pour adapter la capaci-10 tance grille-drain du second transistor à celle du premier transistor. 2. - Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens d'adaptation de capacitance précités sont constitués par un prolongement de la grille du second transistor 15 qui chevauche le drain dudit transistor. 3. - Circuit électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sources des transistors précités sont reliées l'une à l'autre et en ce que les drains desdits transistors sont également reliés l'un à l'autre» 20 4. _ Circuit électrique selon la revendication 3, caractérisé ~~ t an ce que les moyens d'adaptation d'impédance précités comportent un condensateur séparé monté entre la grille et le drain du second transistor. 5» - Circuit électrique selon la revendication 1 , carae-25 térisé en ce qu'il est réalisé sous forme d'un circuit intégré comprenant un corps d'un matériau semi-conducteur, des moyens formant un transistor à effet de champ et à grille Isolée du type P disposé dans ledit corps au voisinage de sa surface et constitué par une source et un drain définissant un canal con-30 ducteur de longueur et de largeur prédéterminées, une couche de matériau isolant sur la surface dudit canal et une grille sur ladite couche de matériau isolant, ladite grille chevauchant ledit drain, des moyens formant un transistor- à effet de champ à grille Isolée du type ÏT disposé dans ledit corps au voisinage 35 de sa surface et constitué par une source et un drain définissant 70 04812 2038141 un canal conducteur ayant la même longueur que celle du transistor de type P et une largeur proportionnellement moindre que celle du transistor de type P, une couche d'un matériau isolant disposé sur ledit canal et une grille disposée sur ladite couche isolante, ladite grille chevauchant ledit drain d'une façon plus importante que le chevauchement de la grille du transistor de. type P sur son drain.