Brevet FR2039318A1 — publié le 19710115

i 2039318 La présente invention se rapporte à un montage à transistor à effet de champ, notamment pour son application comme nëmoire, dont le corps semiconducteur pourvu d'au moins deux électrodes conductrices de courant, est isolé par rapport à une 5 électrode de commande influençant le courant de ces électrodes au moyen d'un diélectrique composé d'au moins deux cottehes partielles s'étendant parallèlement à la surface dudit corps semiconducteur et faites avec des matières différentes. Des dispositifs connus de ce genre ont la structure 10 représentée sur la figure 1. Dans une pastille d'un cristal semd-œnducteur 1, d'un certain type de conductivité, sont fermées deux aones 2 et 3, en forme de cuvette, et présentant le type de conductivité opposé au précédent. Des électrodes 4 et 5 sont reliées respectivement, sans présenter de résistance de passage, avec les 15 zones 2 et 3. En fonctionnement, les deux électrodes sont reliées à une source de tension, par exemple à une source de tension continue. Entre les deux zones 2 et 3, se trouve une électrode de commande 6 qui est séparée du corps semiconducteur 1 par une couche jsolante 7. Le montage représenté sur la figure 1 comporte deux 20 jonctions p-n. Toutefois, des montages comportant un nombre plus ou moins grand de jonctions p-n sont également réalisables. Dans certains cas particuliers, par exemple, lors de l'utilisation de corps semiconducteurs très minces et pour une conformation correspondante de l'électrode de commande, on peut entièrement 25 renoncer à la présence d'une jonction p-n. Lorsque la couche isolante 7 interposée entre l'électrode de commande et le corps semiconducteur du transistor à effet de champ se compose essentiellement de deux couches partielles 8, 9, parallèles a la surface du corps semiconducteur et si ces deux 30 couches partielles sont adaptées l'une par rapport à l'autre pour que lors de l'application d'impulsions ayant une certaine amplitude, la couche la plus éloignée du corps semiconducteur% c'est-à-dire, en l'occurence, la couche 9, soit le siège d'un percement réversible (phénomène d'avalanche), tandis que la couche isolante 35 8 proche du semiconducteur reste isolante, le montage considéré peut aussi être utilisé en application à des mémoires« De telles impulsions engendrent, en effet, des charges électriques à la couche limite entre les deux isolants, charges qui, selon le pouvoir d'isolement des deux couches diélec-40 triques, peuvent y subsister très longtemps. Or, la présence de 70 13782 2 2039318 ces charges modifie considérablement la tension de seuil du transistor. L'utilisation d'impulsions déterminées définit également la charge qui se forme entre les deUx couches diélectriques. En outre, il est également possible de supprimer la charge emmaga-5 sinée en utilisant des impulsions de polarité contraire et d'amplitude convenable ou encore, des impulsions de plus grande amplitude provoquant un percement réversible de la couche isolante inférieure. De tels dispositifs sont décrits dans le "Journal of 10 Electrochemical Soc. ; Solide State Science" volume 115, n° 3, mars 1968 - pages 318-322". On y décrit aussi la possibilité d'utiliser de tels montages dans une mémoire d'informations. Dans ces montages, la couche isolante 8 est constituée par du bioxyde de silicium produit par voie thermique à la surface du corps 15 semiconducteur qui est en silicium, tandis que la couche isolante 9 est constituée par du nitrure de silicium déposé par voie pyrolytique. Le dépôt de cette couche 9 était réalisé de façon que sa teneur en silicium soit supérieure à la proportion stoe-chiométrique du composé Si^N^. Ceci a pour effet de diminuer sen-20 siblement l'intensité du champ nécessaire pour produire l'effet d'avalanche recherché, par rapport à celle nécessaire pour l'oxyde de silicium obtenu par croissance thermique. L'épaisseur de la couche de SiÛ2 8 par rapport à celle de la couche de nitrure de silicium 9 et l'amplitude des impulsions de commande sont choisies 25 de façon que même après le claquage de la couche isolante 9, la première reste isolante, c'est-à-dire que sa charge disruptive ne soit pas encore atteinte. L'invention s'est fixé pour but de perfectionner ce dispositif. Il est à noter qu'en général, les intensités du champ 30 iêcessaire pour provoquer le claquage des matières inorganiques qui entrent en ligne de compte pour les couches isolantes 8 et 9 ib sont pas très différentes entre elles, de sorte que l'intensité des impulsions nécessaire pour le claquage de l'une des couches isolantes a aussi, à la longue, une action nuisible sur le compor-35 tement de l'autre couche. Par ailleurs, la relation entre la conductivité résiduelle, sous un champ faible, d'une couche de-SigN^ enrichie en silicium, et la conductivité sous un champ élevé, est si défavorable du point de vue fonctionnel,, qu'il en résulte un certain rapport qui ne doit pas être.dépassé, ce qui 40 sb traduit par une certaine limite imposée au rapport entre le 70 13782 3 2039318 temps de commutation et le temps de conservation d'un tel élément de mémoire. En conséquence, l'invention se propose de faire en sorte que l'on puisse atteindre le but visé avec des impulsions ayant une amplitude plus faible et de proposer, en outre, un 5 montage admettant un ou plusieurs autres paramètres. Le dispositif à transistor à effet de champ selon l'invention, et qui est du type rappelé ci-dessus, est caractérisé par le fait que l'une au moins des deux couchés isolantes séparant le corps semiconducteur du transistor de l'électrode de commande, 10 et, de préférence, la couche isolante extérieure, est photo- conductrice, le dispositif étant, en outre, associé à un dispositif •d'éclairage qui, lorsqu'il fonctionne, diminue sensiblement la résistance électrique de cette couche isolante, tandis qu'une autre de ces couches isolantes, de préférence celle adjacente au corps 15 semiconducteur, ne présente pas de propriété de photoconduction, et possède une résistance au claquage supérieure à celle des autres couches. La partie photoconductrice de la couche diélectrique située entre l'électrode de commande et le corps semiconducteur 20 peut, par exemple, être constituée par un semiconducteur ayant une grande résistance ohmique dans l'obscurité. Comme exemple, de substances ayant de telles propriétés, on peut mentionner notamment, des couches de sulfure de cadmium, des couches de sélénium pur, des couches de silicium ou de germanium polycristallin 25 intrinsèque extrêmement pur ou encore, les verres photoconducteurs. Mais il est également possible de doper une substance inorganique hautement isolante, par exemple, du nitrure de silicium avec des impuretés améliorant la photoconductibilité. Une autre possibilité consiste à réaliser le corps lumineux devant être associé au tran-30 sistor à effet de champ selon l'invention de manière qu'un effet ihotoélectrique interne appréciable se produise dans la matière isolante par suite de l'émission de rayonnements de très haute fréquence (par exemple, lumière OV, rayons X). La figure 2 montre un dispositif à transistor conforme 35 à l'invention. Sur cette figure, le corps semiconducteur 21, par exemple, en silicium monocristallin, est pourvu des deux zones 22 et 23 ayant des types de conductivités opposés. Ce corps peut, par exemple, être fabriqué en utilisant les techniques planar et de nasquage connues. La couche de Si02 produite à la surface du corps 40 de silicium 21 par oxydation thermique et utilisée pour la 70 13782 4 2039318 technique des masques couvre celui-ci, de préférence, complètement, à l'exception des points de contact pour les zones 22 et 23. Cette couche isolante est désignée par 24. Aux points de contact mentionnés, des électrodes 25 et 26 sont reliées, sans résistance de 5 contact, au corps semiconducteur. Ces électrodes sont, par exenple, en aluminium dans le cas où les zones 22 et 23 sont du type n, lequel aluminium peut également être déposé sans faire apparaître une résistance de contact. Dans tous les cas, on laisse subsister entre les deux électrodes 25 et 26 une partie de la couche iso-10 lante 24. Sur cette couche isolante, on dépose une seconde couche faite d'une matière de grande résistance électrique sais qui, lorsqu'elle est convenablement éclairée, devient photoconductrice, A cet effet on peut utiliser une couche de CdSou de sélénium de haute pjreté déposée par ëvaporation ou encore,..une couche de silicium 15 ou de germanium intrinsèque et de haute pureté. Cette couche est désignée par 27. Elle est, de son côté, couverte par une couche métallique faisant fonction d'électrode de commande. Cette couche métallique peut, comme connu, être transparente, afin de permettre à une grande partie de la lumière émise par une source lumineuse 20 29 prévue par l'invention»commandée par des impulsions et susceptible d'être mise hors service, de parvenir à la couche photoélectrique de forte résistance 27. Toutefois, dans le mode de réalisation représenté sur la figure 2, on n'utilise pas d'électrode transparente, mais un grand nombre de petites électrodes 28 25 réparties sur la surface de la couche résistante 27, reliées électriquement entre elles et qui laissent découverte une partie suffisante de la surface de la couche 27 pour que celle-ci puisse être activée par la source lumineuse 29. De plus, ces petites électrodes de commande sont distribuées sur la couche isolante 27 de 30 manière à pouvoir pleinement agir sur le courant circulant à travers le corps semiconducteur entre les électrodes 25 et 26. Le dispositif représenté dans la figure 2 est complété par un montage. A cet effet, les électrodes 25 et 26 sont alimentées par une source de tension continue 30 à travers une résistance de charge 35 3L. La commande est assurée par un générateur d'impulsions 32. Selon un développement de la présente invention, on peut avantageusement réunir plusieurs transistors à effet de champ de ce genre sur une même plaquette semiconductrice les disposant suivant un système à deux coordonnées de façon à'former une matrice 40 qii peut ensuite être agencée en une mémoire permanente, telle que 70 13782 5 2039318 décrite par exemple, dans "Journal of Electrochemical Soc. ; Solide State Science", volume 115, n° 3, mars 1968, pages 318-322. Ce dispositif est soumis à l'action d'une source lumineuse qui l'éclairé à l'apparition de certaines impulsions. L'allumage 5 de cette source lumineuse est alors avantageusement couplé avec l'apparition de certaines impulsions électriques appliquées à la mémoire. Ces impulsions servent ainsi à l'inscription d'informations dans la mémoire. Ces impulsions provoquent la charge de surface décrite 10 ci-dessus entre lés deux couches isolantes des différents transistors de la matrice. Le fonctionnement d'une telle mémoire permanente correspond essentiellement à ce qui est indiqué dans la publication précitée. L'inscription des informations s'effectue par l'irradiation de toute la surface du dispositif, tandis que 15 la lecture a lieu dans l'obscurité avec des impulsions plus bibles,, Afin de pouvoir inscrire sélectivement des informations chns ce montage de mémoire, malgré l'éclairement de toute sa sirface, il faut que les charges mémorisées ne puissent pas s'é- œuler simplement par l'action de la lumière, sans application 20 c?une tension externe. Cette condition est remplie lorsque le nontage est dans l'obscurité. En l'absence d'un champ électrique externe, il est parfaitement possible d'abréger le temps de 3 4 décharge sous éclairage, d'un facteur de 10 à 10 , en ne procédant à l'irradiation que brièvement pendant le changement du 25 contenu de la mémoire. Le temps d'inscription en régime d'avalanche devrait également pouvoir être réduit dans les mêmes proportions par photomultiplication, permettant ainsi de combiner des temps d'inscription de quelques microsecondes avec des durées de mémorisation de plusieurs années. Comparativement à des 30 montages dont la couche isolante ne réagit pas à l'irradiation, 3e rapport de ces deux temps devrait pouvoir être amélioré par le nontage selon l'invention, approximativement d'un facteur égal au quotient des temps de stockage ou de fonctionnement total d'une némoire par la somme des durées d'inscription. 35 Pour éviter que la lumière pénètre dans la couche isolante voisine du semiconducteur, c'est-à-dire, jusqu'à 1'emplacement des charges, on peut prévoir entre la première et la seconde couche isolante, une électrode de commande flottante supplémentaire, située sous l'électrode de commande réelle. Dans ce 40 cas, le dispositif peut être déchargé soit en utilisant une 13782 6 2039318 intensité lumineuse renforcée, soit sélectivement, sous éclairage, en utilisant des impulsions judicieusement dosées de tension de polarité contraire. 70 13782 7 2Q39318 REVENDICATIONS 1. Dispositif à transistor à effet de champ, notamment pour son application comme mémoire, dont le corps semiconducteur pourvu d'au moins deux électrodes conductrices de courant est isolé, par rapport à une éLectrode de commande influençant le 5 courant de ces électrodes, au moyen d'un diélectrique composé d'au moins deux couches partielles parallèles à la surface du corps semiconducteur et faites avec des matières différentes, caractérisé en ce que l'une, au moins, des deux couches isolantes séparant le corps semiconducteur du transistor de l'électrode de 10 commande et, de préférence, la couche isolante extérieure, est photoconductrice, et en ce que le dispositif à transistor est combiné à un dispositif d'éclairage qui diminue sensiblement lors de son fonctionnement la résistance électrique de cette couche isolante, tandis qu'une autre de ces couches isolantes, de pré-15 férence celle adjacente au corps semiconducteur, ne présente pas de propriété de photoconduction et a Une résistance au claquage supérieure à celle des autres couches. 2. Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le degré de la photoconduction est réglé de façon qu'une modification 20 appréciable de la charge ne se produit qu'au voisinage de la charge disruptive. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2 dans lequel la couche isolante adjacente au corps semiconducteur est faite avec du bioxyde de silicium, et notamment, du bioxyde de 25 silicium produit par oxydation thermique d'un corps semiconducteur en silicium. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendicaticns 1, 2, 3 dans lequel la couche photoconductrice isolante est constituée par un semiconducteur de grande résistance ohmique, 30 notamment par du sulfure de cadmium. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1, 2, 3 et 4 dans lequel la partie photoconductrice de la couche isolante est constituée par un verre photoconducteur. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-35 tions 1, 2, 3, 4 et 5 dans lequel la couche isolante photoconductrice est constituée par un isolant imprégné. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendicà- 70 13782 8 2039318 tions 1, 2, 3, 4f 5 et 6 dans lequel la couche isolante photo-conductrice est recouverte d'une électrode de commande transparente au rayonnement. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-5 tions 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 dans lequel une métallisation (servant d'électrode "flottante") et collectant les charges des surfaces limitrophes, est interposée entre la couche isolante extérieure photoconductrice et la couche isolante intérieure dépourvue de photoconductibilité. L0 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendica tions 1, 2, 3, 4, 5, 6 et 7 dans lequel le transistor à effet de champ et la source de rayonnement forment un montage optoélectronique monolithique.