Brevet FR2026335A1 — publié le 19700918

i 2026335 On sait que l'on peut utiliser la capacité de diodes à semi-conducteurs polarisées en sens inverse, c'est-à-dire dans le sens de non-conduction, dans des circuits, par exemple pour l'accord de circuits oscillants, ainsi que cela a été décrit 5 dans la revue !!»V':ireless ^.'orld", Avril 1962, pages 153-156. Four augmenter la dépendance en fonction de la tension de la capacité d'une telle jonction du type pn, on peut utiliser des diodes ayant une structure du type p n n ou n p p. Avantageusement de telles diodes sont fabriquées en incorporant par diffusion, sur 10 un côté du cristal semi-conducteur en forme de disque et du type de conductibilité n ou p, d'abord un activeur qui produit le même type de conductivité, et de procéder ensuite à la diffusion au même endroit, d'un activeur produisant par rapport à la substance de base un type de conductivité inverse. On réalise 15 ainsi dans la zone médiane une répartition de dopage qui est telle que la concentration N(x) de la substance de dopage qui détermine la conductibilité de la zone moyenne, décroît avec la distance x par rapport à la jonction de type pn de la diode, pour avoir, dans la zone à faible dopage et de même type de 20 conductivité, une valeur constante. La présente invention se rapporte à une diode à semiconducteur destinée à être utilisée comme capacité variable en fonction de la tension, du type à structure p+n+n ou n+p+p, dans laquelle la concentration du dopage qui détermine le type de + + 25 conductivité de la zone médiane n ou de la zone médiane p décroît, au moins dans une partie de cette zone suivant une fonction monotone pour des distances croissantes de la jonction du type pn, la zone extérieure p+ ou n+ étant fortement dopée pour que la zone de charge spatiale de la jonction de type pn s'éten-30 de, au moins pour une partie importante, dans les zones n+n ou p p (zone médiane n ou zone médiane p ). Si l'on dispose une diode à capacité dans un circuit oscillant, à l'intérieur d'une voie de transmission d'un signal, par exemple dans un amplificateur HF, la courbure de la courbe 35 caractéristique de la capacité en fonction de la tension .influence la qualité dè la voie de transmission. Des propriétés particulièrement mauvaises sont rencontrées lorsque le signe de la courbure de la caractéristique change. Pour des caractéristiques sans changement de signe pour la courbure, celle-ci est par exemple 40 toujours positive et diminue de façon continue quand on se déplace BAD OR1G1N, 69 43169 2 2026335 sur la courbe caractéristique. Dans le cas ci-dessus dans lequel intervient un changement de signe de la courbure, la courbure est, par exemple, d'abord positive quand on se déplace sur la courbe caractéristique, pour être ensuite négative et finalement 5 pour être â nouveau positive à 1"extrémité de la courbe caractéristique. Au point q© passage de la courbure positive S la courbure négative, qui est le point dit de reforoussement, la pente ds la courbe caractéristique de la capacité en fonction de la tension appliquée est inverse quand on se déplace sur la courbe. Si la 10 courbure est par exemple d'abord continuellement diminuée, elle augmente après le premier point de rebroussement pour diminuer à nouveau après passage du point de rebroussement suivant. Ce comportement non uniforme de la pente exerce une influence directe sur la transmission de signaux faibles, étant 15 donné que celle-ci est déterminée par la pente. Une courbure de la courbe caractéristique conduit toujours à des distorsions du signal, la distorsion dépendant également de l'importance du signal HF. Aux points de la courbe caractéristique en lesquels la courbure change de signes, la distorsion du signal est parti-20 culièrement importante. C'est la raison pour laquelle il est avantageux d'éviter des courbes caractéristiques présentant des points de rebroussement. Si l'on réalise un amplificateur HF sélectif et à fréquence variable en combinant de façon connue, à l'aide de 25 deux capacités variables un circuit HF susceptible d'être accordé avec un oscillateur susceptible d'être accordé, pour que la moyenne fréquence (fréquence intermédiaire) soit constante et qu'une transposition en fréquence du signal HF en fréquence intermédiaire s'institue, alors le synchronisme est important, c'est-à-dire que 30 la fréquence .intermédiaire doit être constante dans toute la zone d'accord. Si l'on réalise un tel amplificateur HF à l'aide de deux diodes à capacité, il en résulte, en raison des effets rappelés ci-dessus, aux points de rebroussement une synchronisation particulièrement mauvaise, c'est-à-dire un écart particulièrement 35 important de la fréquence intermédiaire par rapport à la valeur nominale ou la valeur de consigne. Dans ce cas, l'amplificateur de la fréquence du signal doit être un amplificateur à bande large ce qui ne permet pas d'avoir une bonne sélection. Il ressort des exemples qui viennent d'être donnés qu'il 40 est avantageux de réaliser des diodes à capacité dont les courbes 69 43169 3 2026335 caractéristiques de la capacité en fonction de la tension ne présentent pas de point de rebroussement. Conformément à l'invention, ce but est atteint en ajus-tant de telle façon le dopage des zones n n ou p p que leur 5 concentration N(x), qui est constamment à compter de façon positive, en fonction de la distance x, à compter également toujours positivement, par rapport à la jonction pn de la diode, satisfasse, partout, à la relation 10 Dans ce cas, la fonction qui lie la capacité à la tension appliquée à la diode ne présente aucun point de rebroussement. Il résulte de ce qui précède que ce qui est important dans la fabrication d'une diode à capacité selon l'invention, ce sont les mesures de dopage utilisées pour réaliser les zones 15 médianes p+ ou n+, mais aussi le choix de la hauteur du dopage dans la zone du type p ou n afin de satisfaire les conditions souhaitées. A cet effet, on dispose de deux moyens qui sont, d'une part, le dépôt de la substance semi-conductrice des zones médianes à partir d'un gaz réactionnel contenant des quantités variables 20 et ajustées de substance de dopage, ët d'autre part la diffusion de la substance de dopage par exemple à partir de la phase gazeuse. Dans le premier cas on est libre d'obtenir toute fonction de de concentration désirée. Toutefois, à l'opposé des procédés de diffusion, une telle méthode est très onéreuse, en sorte que 25 dans la pratique on utilise généralement la diffusion à partir de la phase gazeuse. Suivant les conditions initiales on distingue dans le cas d'une diffusion simple les deux possibilités suivantes: 1) Si l'on maintient constante la concentration Nq à la surface du semi-conducteur, le profil de la diffusion est représen- 30 té par la relation N = N erfc £ O h Nq est la concentration à la surface du cristal semiconducteur, x la distance à partir de la surface et L la longueur de la diffusion qui s'exprime en fonction de la durée t de la 35 diffusion et du coefficient D de la diffusion par la relation L = 2V5t7 erfc représentant le complément de l'intégrale d'erreur de gauss. 2) Si la concentration N à la surface n'est maintenue o que dans le premier instant du processus de diffusion et qu'aucune 40 substance de dopage n'est plus ensuite fournie, on a pour la 69 43169 4 2026335 concentration N a un point x la distribution dite selon la courbe de gauss donnée par l'expression N(x) = Nq exp (-x /4 Dt), exp désignant la fonction exponentielle naturelle. Dans ce qui suit, on explicitera l'invention à l'aide 5 d'exemples d'exécution du type p+n+n. Une bonne approximation pour les deux fonctions est donnée par une répartition exponentielle N = Njexp (-Bx) + Ng dans laquelle Nj est la concentration de la zone n+ à la jonction du type pn, donc à la limite de la zone p+ et de la zone 10 n+, Ng la concentration de la zone n. On supposera que x est la distance à partir de la jonction pn etp une constante à choisir de façon appropriée. L'allure de cette fonction tient compte du profil de la diffusion, de même que du dopage constant de la zone n dans laquelle est diffusée la substance de dopage donnant 15 le même type de conductivité, pour réaliser la zone médiane. Dans ce cas le rapport N,, à N. doit être réglé pour être supé-1 -3 "3 rieur à 6,11 x 10 , afin d'éviter l'apparition d'un point de rebroussement. Cette approximation est utilisable tant pour le cas 20 d'une distribution pure suivant gauss que pour la distribution ou la répartition du complément de l'intégrale d'erreur, avec une très bonne approximation. Dans le cas du complément de l'intégrale d'erreur, on peut faire des calculs quantitatifs reposant sur la relation N = N erfc r + N~. Ici x = est, o L B o ' 25 en opposition avec l'exemple précédent, la valeur de x associée . à la surface du semi-conducteur et x^ la distance séparant la jonction pn de la surface du semi-conducteur. Dans ce cas, on obtient la relation analogue: Nb 2 2 30 N~ 3 yp C " ~ xj^ exp ^2~ ^ ~ erfc j~ âans laquelle a = —| *\f 2 L2 + j x J2 69 43169 5 2026335 REVENDICATIONS 1.- Diode à semi-conducteur servant de capacité variable en fonction de 3a tension, à structure p n n ou n p p, dans laquelle la concentration du dopape déterminant le type de conduc- • * "T 5 tivitê de la zone moyenne n ou p , décroît, au moins dans une partie de cette zone, suivant une fonction monotone pour des distances croissantes à partir de la jonction du type pn, et dans laquelle la zone extérieure p ou n est dopée si fortement que la zone de charge d'espace de la jonction du type pn s'étend, 10 au moins pour une partie importante, dans les zones n+n ou p+p, caractérisée par le fait que le dopage des zones n*n ou p+p est ajusté de telle manière que leur concentration N(x), en fonction de la distance x à la jonction du type pn de la diode, satisfasse la relation N(x}>- J 15 2.- Diode suivant la revendication 1, caractérisée par le fait que la jonction de type pn est réalisée par diffusion de deux substances de dopage à action inverse dans un cristal de base d'un type de conductivité, et que la concentration de la zone médiane à la jonction de type pn et la concentration Ng 20 du cristal de base satisfasse à la relation Nt. , ^->6,11 . 10"-5