Brevet FR2080613A1 — publié le 19711119

L'invention concerne un dispositif semiconducteur destiné â être utilisé aux ultras-hautes fréquences et comportant un certain nombre d'unités à diodes ultra-hautes fréquences, branchées en série pour former un empilage qui est fixé entre des parties terminales métalliques 5 appartenant à des connexions du dispositif. L'invention concerne également des procédés permettant la fabrication de ce genre de dispositifs semiconducteurs, ainsi qu'un empilage convenant pour être utilisé dans ceux-ci. Les diodes semiconductrices qui ont une capacité qui est fonction de la tension appliquée à leurs électrodes sont connues sous 10 le nom de "djodes varactor". Les variations de la capacité doivent être attribuées à des porteurs de charge mobiles qui, à partir de la jonction, se déplacent pour former une couche de charge d'espace ou couche de désertion. La longueur de la couche de désertion est déterminée entre autres par la tension de polarisation appliquée aux extrémités de la jonc-15 tion p-n, et c'est pourquoi la capacité peut varier- entre les li-. mites extrêmes qui sont déterminées par l'intensité maximale du courant de passage et par la tension de claquage. Les caractéristiques d'une diode varactor, qui convient pour fonctionner â des fréquences de micro-ondes sont déterminées par le 20 matériau semiconducteur de la diode, la structure- physique de celle-ci, et son enveloppe. Le comportement électrique d'une diode varactor est déterminée par la fréquence de coupure, la variation de la capacité, et la tension de claquage. Par "diode varactor convenant pour fonctionner à des fréquences de micro-ondes", il y a lieu d'entendre ici une diode varactor 25 dont la fréquence de coupure est égale â au moins 100 kMc/s. L'élaboration de la diode dépend de la valeur que l'on s'efforce d'obtenir en ce qui concerne le rapport optimal entre la résistance série et la capacité pour une tension de claquage déterminée, qui est fonction de la résistivité du matériau semiconducteur constituant la diode. 30 Pour certaines applications, par exemple des circuits de multiplication bande X de grande puissance, il est souhaitable d'augmenter la puissance des diodes varactor et de maintenir une fréquence de coupure relativement élevée. Pour obtenir un dispositif ayant une fréquence de coupure 35 élevée, la surface de la jonction p-n et la résistivité spécifique du matériau semiconducteur constituant la diode sont choisies aussi réduites que possible. La puissance du dispositif est fonction d'un facteur thermique et d'un facteur réactif. Le facteur thermique, c'est-à-dire l'aug-40 mentation en °C de la température par Watt, limite la puissance à laquelle 71 05332 2 2080613 le dispositif fonctionne, étant donné qu'il existe line valeur admissible maximale de la température de la surface active de la diode. Pour augmenter la puissance d'un dispositif déterminé, il est souhaitable de réduire le facteur thermique, ce qui est possible par exemple lorsquefde la sur-5 face active du dispositif, on évacue efficacement la chaleur. Le facteur réactif est proportionnel à la capacité et au carré de la tension appliquée. Dans ce cas, la condition restrictive est déterminée par la tension de claquage du dispositif, de sorte que pour augmenter la puissance d'un dispositif déterminé, il est souhaitable 10 d'augmenter la tension de claquage. On y parvient par exemple par l'augmentation de la résistivité du matériau semiconducteur constituant la diode, mais cette façon de faire diminue la fréquence de coupure du dispositif. Un autre procédé permettant la fabrication d'un dispositif nanti d'une tension de claquage plus élevée, est le montage en série d'un cer-15 tain nombre de diodes simples; comparée avec la puissance d'une diode simple, la puissance du dispositif ainsi obtenu augmente'avec le carré du nombre de diodes branchées en série. Lors de la fabrication de redresseurs semiconducteurs, on branche souvent en série plusieurs diodes pour obtenir un dispositif 20 nanti d'une tension de claquage élevée. De tels redresseurs comportent souvent "un certain nombre d'unités â diodes semiconductrices, qui sont branchées en série pour former un empilage qui est fixé entre des parties terminales métalliques appartenant â des connexions du dispositif; chaque unité à diodes est formée par une seuie diode redresseuse et comporte 25 une plaque semiconductrice dont une face principale est munie d'une première partie de contact et dont la face principale opposée est munie d'une deuxième partie de contact. Suivant un mode de réalisation d'un tel redresseur, les parties de contact métallisées appartenant à des unités à diodes empilées voisines sont fixées l'une à l'autre tout en étant l'une 30 en contact avec l'autre; suivant un autre mode de réalisation d'un tel redresseur, les unités à diodes empilées voisines sont raccordées par un corps intermédiaire électriquement conducteur, les parties de contact voisines des unités étant fixées à des faces du corps situées en regard l'une de l'autre. Dans de nombreux cas, les unités à diodes sont mainte-35 nues ensemble sous l'effet d'une pression qui est exercée par au moins un ressort aux extrémités de l'empilage, ou peuvent être reliées entre elles par soudage de parties de contact métallisées voisines. Dans le cas où il s'agit âe diodes semiconductrices fonctionnant à des fréquences de micro-ondes, en particulier des diodes 40 varactor, une surface à petite jonction p-n est désirable toutefois pour à 71 05332 3 2080613 la diode afin de maintenir une valeur 'lev^e de la fr peut être inférieure au cinquantième,£ar exemple.de la surface de ladite 35 face principale opposée et de la première partie de contact dont est munie la première face principale. On a rencontra certaines difficultés lorsque, pour former un empilage mécaniquement stable, on a essayé de brancher en série des unités formées par une seule diode ayant de telles parties de contact 40 à surfaces différentes. Les unités empilées ont tendance à basculer et bad original 71 05332 4 2080613 ceci peut conduire â un mauvais contact électrique entre les diodes empilées voisines et à un court-circuitage des diodes. Souvent, lorsqu'on maintient la même surface de la jonction, l'augmentation de la surface de la plus petite partie de contact est indésirable, puisque ceci peut 5 conduire à une capacité indésirable et même à un claquage intempestif par exemple aux extrémités d'une couche isolante passivante d'oxyde de silicium d'une diode varactor planaire. On a préconisé de brancher en série un certain nombre de diodes varactor simples, soit en empilant un certain nombre de diodes 10 varactor complètement enrobées, soit en reliant entre elles, par des fils raccordés entre les parties de 'contact, un certain nombre de diodes varactor simples distinctes dans une seule enveloppe. Toutefois, de tels "1 agencements peuvent conduire .à un déséquilibre thermique,à des enveloppes • non standardisées et/ou â des grands nombres de liaisons par fil dans 15 lesquelles on ne peut pas avoir confiance et pouvant être coûteuses» Le but de l'invention est de fournir une nouvelle structure d'un dispositif semiconducteur pouvant être utilisée aux ultra-hautes fréquences, l'impédance du dispositif, mesurée entre deux contacts de sortie, ainsi que la puissance, pouvant être choisies plus librement in-20 dépendamment de la fréquence de régime, tandis que le refroidissement du dispositif est excellent. Conformément â l'invention, un dispositif semiconducteur du genre mentionné dans le préambule est remarquable en ce que chaque unité à diodes comporte une série de diodes semiconductrices et est formée 25 par une plaque semiconductrice dont la première face principale est munie d'une première partie de contact alors que la deuxième face principale est munie d'une série de deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre, alors que des unités à diodes empilées voisines sont raccordées par une lame intermédiaire électriquement conductrice et que 30 les parties de contact situées l'une en regard de l'autre de deux unités de diodes voisines sont fixées à des faces principales de ladite lame intermédiaire, situées l'une en regard de l'autre. L'élaboration d'unités â diodes ayant une série de deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre est de nature 35 d'une part à faciliter l'empilage de ces unités, alors que la surface de la deuxième partie de contact est considérablement inférieure â celle des faces principales situées l'une en regard de l'autre et appartenant à la plaque que comporte l'unité à diodes, et d'autre part à influencer favorablement l'évacuation de la chaleur des surfaces actives de chaque unité 4P et à réduire ainsi le facteur thermique. L'élaboration d'une plaque I. BAD ORIGINAL 71 05332 5 2080613 semiconductrice commune pour la série de diodes de chaque unité au lieu d'une série de plaques semiconductrices distinctes est de nature à faciliter le procédé de fabrication en ce qui concerne la stabilité mécanique, l'usinage et l'assemblage des unités à diodes, et permet l'obtention de 5 caractéristiques de diode reproductibles. L'invention peut avantageusement être mise à profit pour les dispositifs semiconducteurs fonctionnant à des fréquences de micro-ondes. Le dispositif semiconducteur est par exemple une diode varactor, les diodes étant des diodes varactor; de cette façon, il est possible d'obtenir une diode varactor convenant pour 10 fonctionner à des fréquences de micro-ondes et ayant une fréquence de blocage élevée ainsi qu'une forte puissance. Cette invention n'est toutefois pas limitée à des diodes varactor; le dispositif semiconducteur peut être une autre diode, par exemple une diode redresseuse, une diode de Gunn, une diode à effet d'avalanche, ou une autre diode ultra-hautes 15 fréquences. Dans un dispositif semiconducteur conforme à l'invention, les unités â diodes, dont chacune est formée par une série de diodes semiconductrices ultra—hautes fréquences, sont branchées en série pour former ainsi un empilage fixé entre les parties terminales métalliques, 20 tandis que par contre la série de diodes de chaque unité est branchée en parallèle entre une partie terminale métallique et une lame conductrice, ou entre deux lames conductrices. Lorsque les diodes utilisées sont des diodes redresseuses, ladite série parallèle de diodes de chaque unité peut être traversée par un courant dent l'intensité est plus élevée que 25 celle du courant traversant une desdites diodes de chaque unité. Lorsque les diodes utilisées sont des diodes varactor fonctionnant dans la zone de capacité variable entre les limites extrêmes déterminées par l'intensité maximale du courant de passage et la tension de claquage, pour une tension déterminée, la capacité de chaque unité à diodes formée par une 30 série parallèle de telles diodes varactor, est plus élevée que la capacité d'une seule desdites diodes varactor de la série, tandis que pour une tension déterminée, la capacité d'un empilage série de telles unités est moins élevée que celle d'une seule desdites unités à diode. Suivant le type de dispositif conforme à l'invention, la-35 dite deuxième face principale de chaque plaque semiconductrice peut £tre non plane et comporter des parties semiconductrices saillantes en forme de plateaux sur lesquels se trouvent des électrodes sous forme de couche " métallique pour former les deuxièmes parties de contact saillantes ou, suivant un autre mode de réalisation, ladite deuxième face principale 40 peut être pratiquement plane et être munie d'électrodes réalisées sous à 71 05332 6 2080613 forme de couches métalliques relativement épaisses formant les deuxièmes parties de contact saillantes. La plaque semiconductrice de chaque unité à diodes peut comporter un substrat semiconducteur de premier type de conduction sur 5 lequel on a formé épitaxialement une couche semiconductrice plus mince dont la majeure partie est d'un premier type de conduction et a une ré-sistivité plus élevée que le substrat, alors que la surface de celui-ci, située à l'opposé de ladite couche semiconductrice, est la première face principale de la plaque, les surfaces actives de la série de diodes semi-10 conductrices se trouvant dans ladite couche près de la surface de couche semiconductrice située à l'opposé du substrat et formant la deuxième face principale de la plaque. De cette façon, on maintient certains paramètres, par exemple la tension de claquage, associés au niveau de dopage du matériau à résistivité plus élevée, et puisque le substrat a une ré-15 sistivité moins élevée, il diminue la résistance de matériau des diodes de l'unité. Par une construction appropriée des diodes, il est ainsi possible de réduire la résistance série par exemple de diodesvaractor fonctionnant à des fréquences de micro-ondes. Une série de .régions de la couche semiconductrice de deuxi-20 . ème type de conduction peut former une série de jonctions p-n avec le resté de la couche semiconductrice, et être limitrophe de la surface de couche semiconductrice, située à l'opposé du substrat, et former ainsiune série de diodes p-n. Toutefois,les diodes de doivent pas nécessairement comporter des jonctions p-n, mais peuvent être des diodes â'un autre genre, par 25 exemple des diodes â jonction de Schottky, dans lesquelles chaque deuxième partie de contact est une électrode sous forme de couche métallique qui forme une jonction de Schottky à une face principale de la plaque semiconductrice. Lorsque les diodes sont des diodes de Gunn, chaque deuxième partie de contact est une électrode sous forme de couche métallique, 30 qui forme un contact ohmique avec une face principale de la plaque semi-conductrice. Lorsque les diodes utilisées pour chaque unité sont des diodes à jonction p-n, la jonction p-n de chaque diode peut se terminer à une partie saillante dénudée en forme de plateau appartenant à ladite 35 deuxième face principale de la plaque semiconductrice; une telle structure est obtenue par exemple par une diffusion dans la surface dé la plaque semiconductrice, cette diffusion étant suivie d'un décapage sélectif de la surface jusqu'à une profondeur plus grande atteinte par la diffusion, pour former ainsi une série de plateaux saillants seiaiconduc-40 teurs à la surface de ladite plaque semiconductrice. Suivant un autre 71 05332 7 2080613 mode de réalisation toutefois, on forme une structure dite planaire, dans laquelle les jonctions p-n entre la partie principale de la couche semiconductrice de premier type de conduction d'une part et les régions semiconductrices de l'autre type de conduction d'autre part se terminent 5 â ladite deuxième face principale pratiquement plane de la plaque et sous une couche passivante isolante élaborée sur cette face principale. La plaque semiconductrice de chaque unité â diodes est formée par du matériau semiconducteur ayant les propriétés requises pour la forme désirée déterminée de l'unité à diodes. Pour construire des 10 diodes varactor, on peut.utiliser tout aussi bien du silicium, de l'ar-séniure de gallium ou d'autres matériaux semiconducteurs; le silicium a la résistance thermique la plus faible et la tension de claquage la plus élevée, et peut être utilisé pour des applications de fonctionnement aux fréquences de micro-ondes inférieures à 17 GHz par exemple, tandis que 15 par contre, l'arséniure de gallium a l'avantage d'un meilleur rendement et permet le fonctionnement à des fréquences plus élevées. Les première et deuxième parties de contact de chaque unité à diodes sont par exemple des électrodes métallisées élaborées sur la surface de la plaque semiconductrice des diodes. Dans certains cas toute-20 fois, au moins la première partie de contact de'la première face principale de la plaque peut être une partie de surface semiconductrice qui est fixée à une couche métallique et contactée par celle-ci, cette couche métallique étant précipitée sur ladite partie de surface ou alliée avec celle-ci, alors que la lame intermédiaire électriquement conductrice peut 25 être formée par une électrode-couche métallique similaire précipitée ou alliée, fixée ainsi â ladite partie de surface semiconductrice. Suivant un mode de réalisation-utilisé de préférence dans de nombreuses applications, la première partie de contact â la première face principale de la plaque de chaque unité à diodes est une électrode métallisée commune 30 simple de la série de diodes et couvre quasi entièrement la première face principale de la plaque. Lorsque les unités à diodes comportent une couche semi-conductrice dont la majeure partie est du premier type de conduction et forme des jonctions p-n avec une série de parties de surface semiconduc-35 trices du deuxième type de conduction qui se terminent sous une couche isolante passivante formée sur la couche semiconductrice, chacune des deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre et appartenant à chaque unité peut être une électrode-couche métallique d'^ne diode, contacter avec une seule des régions semiconductrices dudit 40 deuxième type de conduction à travers une ouverture ménagée dans la ê 71 05332 8 2080613 couche isolante passivante formée sur ladite face principale de la plaque, et constituer une saillie par ïajjpGit à la surface libre de cette couche isolante passivante, la région semiconductrice de deuxième type de conduction constituant un blindage entre la totalité de l'électrode-couche méta 1-5 lique et le reste de la couche semiconductrice de premier type de conduction. L'effet de blindage de ladite région semiconductrice empêche que la tension de régime soit appliquée directement aux extrémités de la couche isolante passivante entre ladite électrode-couche métallique et la majeure partie de la couche semiconductrice; la lame ou la partie 10 terminale métallique â laquelle ladite électrode est fixée, peut être séparée de la couche isolante passivante, étant donné que sur la surface libre de celle-ci l'électrode constitue une saillie . On réduit «j ainsi la probabilité d'un claquage intempestif et les effets de capacité indésirables aux extrémités de ladite couche isolante passivante» 15 Chaque unité à diodes peut être formée par trois diodes et comporter trois deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre. On obtient ainsi une structure stable surtout du point de vue mécanique,, basée sur le principe des trois pattes d'appui, lorsque les trois deuxièmes parties de contact d'une unité â diodes sont fixées 20 à une face principale d'une lame électriquement conductrice. Toutefois, les unités à diodes équipant des dispositifs çonfofmes à l'invention peuvent comporter une série appropriée formée par deux, quatre, ou un plus grand nombre de deuxièmes parties de contact saillantes séparées 1 l'une de 1•autre, dans le cas où une structure tellement différente est 25 exigée pour certaines applications, sous réserve que de telles unités â diodes conviennent pour être montées en série en vue de former un dispositif conforme à l'invention. Comme il a été déjà mentionné ci-dessus, ladite lame intermédiaire conductrice est par exemple une électrode sous forme de couche 30 métallique, précipitée sur la première face principale d'une-plaque appartenant à l'unité à diodes. Suivant un autre mode de réalisation, ladite lame est une plaque métallique. La surface de chaque face principale, et l'épaisseur d'une telle plaque peuvent être supérieures aux valeurs correspondantes des plaques dont sont munies les unités à diodes 35 et fixées â une telle plaque; ainsi, pendant la fabrication, une telle plaque peut servir d'appui pour une seule des unités à diodes, alors que pendant le fonctionnement, ladite plaque peut servir à l'évacuation de la chaleur des unités voisines. Lorsque les surfaces actives des diodes de chaque imité dans le voisinage des-deuxièmes parties de contact se trou-40 vent à ladite deuxième face principale de la plaque et que ces parties 71 05332 9 2080613 sont raccordées à la face principale d'une telle plaque, la chaleur qui est formée dans ces surfaces actives peut être évacuée de manière efficace de chaque partie de contact d'une telle série de parties de contact séparées l'une de l'autre. 5 Les parties terminales métalliques ainsi que la (les) lame (lames) conductrice(s) est (sont) par exemple des plaques métalliques quasi identiques; s'il en est ainsi, les unités à diodes empilées, fixées entre les parties terminales métalliques, peuvent être assemblées à partir d'ensembles préformés éprouvés, montés sur une plaque métallique. 10 De plus, de telles plaques établissent autour des plaques semiconductrices un système symétrique qui nivelle des tensions causées par la différence en dilatation thermique du matériau semiconducteur et du métal, ce qui contribue ainsi à empêcher que des fissures se produisent tant pendant la fabrication que pendant le fonctionnement du dispositif. 15 Pour certain» :types de dispositifs, il est possible, voir même désirable* que les parties de contact de chaque unité à diodes, qui sont en contact de pression avec la lame ou partie terminale métallique voisine conductrice, soient fixées sous l'effet de la pression exercée par au moins un ressort établi aux extrémités de l'empilage, et dans ce 20 cas, au moins une desdites parties terminales métalliques peut appartenir à une enveloppe contenant l'empilage. Suivant un mode de réalisation que l'on préfère pour certaines applications, par exemple des applications des micro-ondes, les parties de contact de chaque unité à diodes sont raccordées solidement 25 à la lame ou partie terminale métallique conductrice. On peut établir ainsi des connexions fiables peu ohmiques entre les unités constituant l'empilage. Un ensemble d'empilage d'unités à diodes, fixé entre les parties terminales métalliques, peut être formé et mis à l'essai pendant la fabrication. Un tel ensemble peut sous cette forme être mis sur le 30 marché ou ensuite être placé par exemple dans une enveloppe standardisée. L'empilage fixé entre les parties terminales métalliques peut être placé dans une enveloppe comportant une partie électriquement isolante, située entre deux bornes, une des parties terminales étant montée sur une des bornes et fixée â cellei-ci, alors que par un fil, l'autre partie termi-35 nale est raccordée à l'autre borne. Pour la mise en oeuvre d'un procédé permettant la fabrication d'un corps semiconducteur conforme à l'invention, on peut effectuer ' les opérations suivantes. Lors de la fabrication de chaque unité à diodes, une série 40 de régions de surface semiconductrices de type de conduction opposé â 71 05332 10 2080613 celui des autres parties de la"plaque, peuvent être formées simultanément par diffusion sélective d'un élément de dopage du deuxième type de conduction, cette diffusion étant effectuée à travers des ouvertures ménagées dans la couche isolante passivante formée sur ladite deuxième face principale 5 de la plaque, cette couche isolante masquant sélectivement contre diffusion cette deuxième face principale. Un tel procédé permet la formation de diodes planaires à jonction p-n. Conformément à l'invention, lors de la fabrication de chaque unité à diodes, des électrodes, eh forme de couche métalliques, qui 10 forment les deuxièmes parties de contact saillantes de chaque unité, séparées l'une de l'autre, peuvent être formées simultanément par dépôt électrolytique de parties dans des ouvertures ménagées dans une couche isolante passivante qui existe à ladite deuxième face principale de la plaque, le dépôt étant continué jusqu'à ce que la majeure partie des 15 électrodes_couches métalliques ainsi formées fasse saillie au-dessus de la surface libre de ladite couche isolante passivante. Pour former l'empilage que l'on fixe ensuite entre les parties terminales métalliques, il est possible d'utiliser des ensembles préfabriqués dont chacun comporte une unité à diodes, montée sur une 20 plaque métallique, alors que soit la première, soit la deuxième partie de contact de l'unité est raccordée à la première face principale de la plaque métallique. . On obtient des ensembles empilés lorsque les parties de contact des unités à diodes, sont raccordées â des plaques métalliques 25 quasi identiques qui forment les parties terminales métalliques ainsi que la (les) lame(s) conductrice(s), l'ensemble étant ensuite soumis â épreuve et puis placé dans une enveloppe,1les plaques métalliques terminales de l'ensemble empilé étant connectées à des bornes du dispositif de l'enveloppe pour former ainsi un dispositif ayant la polarité désirée. 30 Suivant un autre aspect de l'invention, un ensemble empilé, convenant pour être utilisé dans les dispositifs semiconducteurs conformes â l'invention, comporte un empilage série d'unités â diodes dont chacune comporte une série de diodes semiconductrices et est formée par une plaque semiconductrice dont une première face principale est munie 35 d'une première partie de contact et dont l'autrfe face principale est munie d'une série de deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre, des unités empilées voisines étant branchées en série par une plaque métallique intermédiaire, alors que les parties de contact qui appartiennent à des imités voisines et qui sont situées en regard 40 l'une de l'autre , sont raccordées aux faces principales de la plaque # 71 05332 11 2080613 métallique intermédiaire, situées l'une en regard de l'autre, alors qu'une autre plaque métallique est raccordée aux parties de contact situées à chaque extrémité de l'empilage d'unités à diodes. Avantageusement, un ensemble destiné â un dispositif semi-5 conducteur conforme â l'invention comporte une unité à diodes varactor, qui est montée sur une plaque métallique et qui comporte une série de diodes semiconductrices varactor ainsi qu'une plaque semiconductrice dont une première face principale est munie d'une première partie de contact et dont la deuxième face principale est munie d'une série de 10 deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre, alors que soit la première partie de contact, soit les deuxièmes parties de contact est (sont) raccordée(s) à une même face principale de la plaque métallique. La description suivante, en regard des dessins ennexés, 15 le tout donné à titre d'exemple, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La fig. 1 est une coupe d'une dispositif semiconducteur conforme à l'invention. La fig. 2 est une vue de profil d'un ensemble empilé 20 d'unités à diodes, destiné au dispositif représenté sur la fig. 1. La fig. 3 est une vue en plan d'un ensemble d'une unité à diodes, monté sur une plaque et destiné au dispositif représenté sur la fig. 1. La fig. 4 est une coupe transversale suivant le plan IV-IV 25 sur la fig. 3. Les figures 5» 6, 7 et 8 illustrent quatre stades durant la fabrication de l'unité à diodes illustrée sur les figures 3 et 4. Le dispositif représenté sur la fig. 1 est une diode varactor de forte puissance, fonctionnant â des fréquences de micro-ondes, 30 et nantie d'une fréquence de coupure élevée et d'une forte tension de claquage en sens inverse. Le dispositif comporte une enveloppe de type connu A dans laquelle se trouve un ensemble B formé par l'empilage de deux unités à diodes varactor C, branchées en série. L'enveloppe A comporte une partie céramique isolante annulaire 1, qui se trouve entre 35 deux parties terminales métalliques de connexion 2 et 3.- Une de ces parties affecte la forme d'une fiche 2 dont une extrémité métallisée est reliée à la partie céramique annulaire; l'autre partie de connexion affecte la forme d'une coiffe terminale métallique 3 soudée à un flasque métallique annulaire 4, relié à d'autres extrémités métallisées de la 40 partie céramique 1.- A>>. w- V BAD ORIGINAL 71 05332 12 2080613 Chaque unité à diodes C de l'empilage B est formée par une série de trois diodes varactor en silicium, à jonction p-n, et comporte une plaque de silicium 10 formée par une couche de silicium épitaxiale 11 élaborée sur un substrat 12 de type de conduction n.(Voir les figures 2, 5 3 et 4)«La surface des faces principales de la plaque 10, situées l'une de l'autre, mesure environ 600 microns x 600 microns. L* épaisseur du substrat 12 de type de conduction n est de 75 microns environ, la résistivité du substrat étant de 0,015 ohm.cm, tandis que par contre, l'épaisseur de la couche de silicium 11 est égale 10 â 6 microns. La majeure partie de cette couche 11 est du type de conduction n et a une Bésisitivité de 10 ohms.cm. La face du substrat 12, située à l'opposé de la couche de silicium 11, est la première face principale de la plaque 10; sur cette face, on a précipité une mince couche d'or 13 qui avec cette face principale forme un alliage eutectique 15 or-silicium. La couche d'or 15 couvre toute la face principale de la plaque 10 et forme une seule anode commune pour les trois diodes de la plaque 10, qui, du fait qu'elles sont des'diodes varactor, fonctionnent sous l'effet d'une tension de polarisation inverse. Une série de trois régions 14 de type de conduction p, sé-20 parées l'une de l'autre et appartenant à la couche de silicium 11 constitue une série de trois jonctions p-n 15 avec la partie principale de type de conduction n de la couche de silicium 11. Lesdites régions 14 se situent près de la face de la couche de silicium 11, située à l'opposé du substrat, cette face étant pratiquement plane et constituant la face 25 principale opposée de la plaque 10. Les jonctions p-n 15 se terminent à cette face principale de la plaque 10 sous une couche isolante passivante 16 en bioxyde de silicium, élaborée sur ladite face. Chaque région 14 de type de conduction p-n est contactée dans une ouverture circulaire pratiquée dans la couche de bioxyde de silicium 16, ce contact étant établi 30 par une cathode 17. sous forme de couche métallique,- dont la majeure partie est en or et forme une saillie à la surfacè libre de la couche en bioxyde de silicium 16. L'épaisseur de cette couche 16 est égale â0,5 micron, alors que les ouvertures circulaires dans cette couche 16 ont un diamètre de 50 microns et sont séparées par une distance de 35 300 microns, l'épaisseur des cathodes 17 étant égale à 15 microns. A ladite face principale opposée de la plaque, les cathodes 17 en forme de couche métallique forment ainsi une série de parties de contact saillantes appartenant aux diodes» Chaque cathode 17 est entièrement blindée de la partie principale, de type de conduction n, de la couche de silicium 11, 40 par la région 14 de type de conduction p, contactée par cette cathode 17. BAD ORIGINAL 71 05332 13 2080613 Chaque unité à diodes, formée par une série de trois diodes varactor â fonction p-n qui ont une région commune de type de conduction n et une anode commune 13, équivaut donc une seule diode varactor qui a une série de régions 14 de type de conduction p ainsi qu'une série de 5 cathodes 17. Dans l'empilage B placé dans l'enveloppe A, les cathodes 17 et les anodes 13 des unités à diodes C sont reliées aux faces principales desplaques en molybdène 20, recouvertes d'une couche d'or. Ces plaques 20 sont circulaires et ont une épaisseur de 140 microns et un 10 diamètre de 1000 microns. Comme le montre la fig. 2, une des plaques 20 se trouve entre deux unités â diodes C qu'elle relie en série pour former un empilage, tandis que les deux autres plaques 20 se trouvent aux deux extrémités opposées de l'empilage. La plaque terminale 20 qui à l'une des extrfeités de l'empilage est fixée ât la série d'anodes, constitue une 15 liaison entre les anodes du dispositif, tandis que la plaque terminale 20 qui à l'autre extrémité de l'empilage est fixée aux cathodes, constitue une liaison entre les cathodes du dispositif. La plaque terminale 20 appartenant à la cathode est montée sur la fiche terminale métallique 2 de l'enveloppe A et fixée à cette 20 fiche par l'intermédiaire d'une mince plaquette .intermédiaire d'un alliage eutectique d'or et de germanium. Ladite fiche 2 constitue ainsi la connexion de cathode du dispositif. La plaque terminale 20 appartenant à l'anode est reliée â la coiffe terminale métallique 3 de l'enveloppe A à travers un fil d'or 5 25 et le flasque métallique annulaire 4. Le fil 5 se situe entre d'une part la face principale de ladite plaque terminale 20 à l'extrémité de l'empilage, et d'autre part le flasque métallique annulaire 4, comme le montre la fig. 1; comme mentionné ci-dessus, la coiffe métallique 3 est soudée au flasque 4, et forme ainsi la connexion d'anode du dispositif. 30 Une diode varactor en silicium, réalisée en pratique et identique au dispositif illustré sur la fig. 1, a une puissance de sortie typique égale â 1 Watt dans la bande X dans un circuit assurant une multiplication par quatre et ayant un rendement de 25;^. Le fait de brancher en série les unités à diodes varactor par empilage de ces unités augmente 35 la tension de claquage du dispositif et, par conséquent, sa puissance. La fabrication du dispositif illustré sur' la fig. 1 a lieu comme suit » . Pour la fabrication des unités â diodes C, on part d'une plaque de silicium de type de conduction n, munie d'une couche de silicium 40 obtenue par voie d'épitaxie et ayant une épaisseur de 6 microns et une bad original 71 05332 14 2080613 résistivité de 10 ohms.cm, cette couche se trouvant sur un substrat ayant une épaisseur de 200 microns et une résistivité inférieure à 0,015 ohm.cm. Généralement, à partir d'une seule plaque, on fabrique plusieurs unités à diodes du fait que simultanément, on forme sur la plaque un certain 5 nombre de séries de diodes, la plaque étant ensuite subdivisée pour former les morceaux distincts pour chaque unité à diodes. Les diverses opérations décrites ci-après en référence aux figures 5 et 8 du dessin auront toutefois rapport à la partie de plaque semiconductrice pour une seule unité à diodes, et non à la plaque entière. Il va de soi que là où 10 il sera question de techniques de décapage et de photolithographie, de diffusion, d'oxydation, de dépôt et de précipitation par voie électro-'■.Jjrtique, il s'agit d'opérations effectuées simultanément soit sur un certain nombre d'endroits de la plaque soit sur la plaque entière, de sorte que l'on forme un certain nombre de séries de diodes qui au cours 15 d'un stade ultérieur de la fabrication, seront séparées l'une de l'autre par subdivision de la plaque., La partie de plaque -illustrée sur les fi-figures à 8 est la partie destinée à une seule unité à diodes. La plaque de silicium 10 subit une oxydation du fait que la plaque est soumise à la vapeur d'eau sous une pression de 1 atmosphère 20 et â une température de 1000°C, pour former ainsi une couche de bioxyde de silicium 16, ayant une épaisseur d'environ 0,5 microns et se trouvant à la face de la couche de silicium 11, située à l'opposé du substrat 12. Par un procédé habituel de décapage et de photolithographie, on forme ensuite dans ladite couche 16 les trois ouvertures circulaires séparées 25 l'une de l'autre, de sorte que l'on a dénudé ainsi trois parties de surface distinctes 25 de la couche 11. La fig. 5 montre la structure ainsi obtenue. Ensuite, la plaque 10 est placée dans un four de diffusion, ce qui permet de former simultanément, par diffusion sélective de bore, 30 la série de Régions de surface semiconductrices 14 de type de conduction p â travers les parties de surface dénudées 25 dans les ouvertures de la couche 16 en bioxyde de silicium. La source fournissant le bore est du trioxyde de bore. La couche 16 assure le masquage sélectif de la couche de silicium contre la diffusion. La température à laquelle a lieu là diffu-35 sion de bore et la durée de cette diffusion sont telles que les jonctions p-n 15, formées avec }.a partie de type de conduction n de la couche de silicium 11, aient les caractéristiques, requises pour l'obtention de la fréquence de coupure et de la tension de claquage que l'on désxre réaliser pour les diodes. Pendant ladite diffusion de bore, une mince couche de 40 verre au silicate de bore se forme dans les parties de surface dénudées 25, BAD ORIGINAL 71 05332 15 2080613 en silicium. Cette mince couche est enlevée avant de continuer la fabrication, la plaque 10 étant à cet effet plongée pendant quelques secondes dans une solution d'acide fluorhydrique de faible concentration. La fig.6 montre la structure ainsi obtenue. 5 Puis, la plaque 10 est placée dans un appareil de dépôt 3eus vide. En premier lieu, on précipite du titane, et ensuite de l'or, pour former ainsi une couche de titane ayant une épaisseur de 0,1 micron sur la couche 16 en bioxyde de silicium et les parties de surfaces dénudées 25 en silicium, et pour former une couche d'or ayant une épaisseur 10 de 0,2 micron sur ladite couche de titane. L'épaisseur de la couche d'or dans les ouvertures pratiquées dans la couche 16 en bioxyde de silicium est rendue plus forte par le dépôt électrolytique visant à former les cathodes 17 sous forme de couche métallique. Comme le montre la fig. 7, sur l'ensemble 26 formé par les 15 couches de titane on établit une configuration d'un phétorésist 27 afin de dénuder par précipitation électrolytique les parties de l'ensemble 26 que l'on veut rendre plus épaisses, et afin de masquer les autres parties de l'ensemble contre cette précipitation. La plaque 10 est ensuite plongée dans un bain galvanique, alors que par utilisation comme cathode dans 20 le bain l'ensemble 26 formé par les couches de titane et d'or, on augmente jusque 15 microns environ l'épaisseur des parties d'or dénudées dans l'ouverture pratiquée dans la couche 16 en bioxyde de silicium, pour former ainsi leB cathodes-couches métalliques des diodes. Les cathodes 17 sont ainsi formées simultanément. et la majeure partie de la 25 couche métallique ainsi formée fait saillie par rapport à la surface libre de la couche 16 en bioxyde de silicium. La couche de photorésist 27 est maintenant dissoute dans un solvant approprié, après quoi on enlève par décapage les parties non découvertes de l'ensemble 26 formé par les couches de titane et d'or. 30 L'épaisseur de la plaque 10 est ensuite réduite jusque 80 microns environ par enlèvement d'une partie du matériau de la face principale du substrat 12, située à l'opposé de la couche de silicium 11. Cet enlèvement de matériau a lieu par des procédés connus de polissage mécanique. La fig. 8 illustre la structure ainsi obtenue. 35 La plaque 10, réduite en épaisseur, est ensuite placée dans un appareil de dépôt sous vide. On évapore de l'or que l'on précipite sur la face principale du substrat 12 devenu»plus mince du côté opposé " & la couche de silicium 11, pour former ainsi une mince couche d'anode 13, en or. Puis, la plaque est subdivisée du fait que comme d'habitude, 40 on l'entaille et la rompt en morceaux pour obtenir ainsi les parties de bad original 71 05332 16 2080613 plaque distinctes pour les unités à diodes, ces unités comportant chacune trois diodes. L'unité à diodes G ainsi formée est montée sur une plaque de molybdène 20 munie d'une couche d'or, alors que la couche d'anode 13 5 en or est alliée;sur la première face principale de la plaque 20 pour former ainsi la configuration illustrée sur les figures 3 et 4- La plaque 20 sert d'appui à l'unité C pendant la fabrication et est, dans le dispositif prêt à l'emploi, retenue comme une des plaques 20, L'ensemble formé par l'unité â diodes C et monté sur la plaque 20 est inspecté, 10 sousmis à l'essai, et constitue la base de l'empilage B du dispositif illustré sur la fig. 't. L'empilage B est fabriqué à partir de deux des ensembles illustrés sur les figures 3 et 4, les cathodes 17, sous forme de couche métallique, de la première unité à diodes C étant connectées à la plaque 15 de base 20 de l'autre unité à diodes C, alors qu'une autre plaque de molybdène 20 munie d'une couche d'or est raccordée aux cathodes 17 de ladite autre unité. Cette liaison est établie par la mise en oeuvre de À: procédés de compression thermique. L'empilage obtenu est illustré sur la fig. 2. Il va de soi que des empilages en plus grand nombre, dont chacun 20 est formé par une unité & diodes C et est monté sur une plaque 20, peuvent être réunis pour former l'empilage B illustré sur la fig. 2, pour former ainsi de façon simple un empilage comportant un nombre d'unités à diodes supérieur à deux. La fiche terminale métallique 2, la partie céramique annu-25 laire 1 et le flasque métallique annulaire 4 de l'enveloppe A sont réunies de manière habituelle. La plaque en alliage or-germanium est placée sur la fiche 2, l'empilage B est monté sur cette fiche, la plaque métallique terminale 20 appartenant à la cathode de l'empilage B étant en contact avec cette cathode. On conçoit aisément que du fait que les par-30 ties terminales de l'empilage B sont pratiquement identiques, il est facile de former, â partir de l'empilage B, un dispositif de polarité opposée si l'on prend soin d'inverser la position de l'empilage B par rapport à la fiche 2. L'empilage B est fixé à la fiche 2 par un alliage effectué à une température d'environ 420°C. 35 Pour une liaison établie par thermocompression, le fil d'or 5 est fixé entre le flasque métallique annulaire 4 de l'enveloppe A et la plaque terminale métallique 20 appaïtenant à l'anode de l'empilage B. Par soudage sous pression, la coiffe terminale métallique 3 de l'enveloppe A est ensuite fixée au flasque annulaire 4- La fig. 1 représente 40 le dispositif ainsi obtenu. BAD ORIGINAL 71 05332 17 2080613 ïl va de soi que la présente invention n'est, pas limitée â l'exemple de réalisation décrit ci-dessus. ïïn effet, tout en restant dans le cadre de lfinvention, le technicien peut en réaliser de nombreuses variantes. Au lieu de diodes varactor, les diodes peuvent être des 5 diodes de Gunn, des diodes à effet d'avalanche, ou d'autres diodes à ultra hautes fréquences. Au besoin, certaines ou toutes les unités à diodes peuvent être montées tête-bêche; dans ce cas, au moins une des lames intermédiaires conductrices aux deux faces n'est contactée que par des deuxièmes parties de contact saillantes. Il est en outre oossible 10 d'utiliser d'eutres matériaux, en particulier d* autres matériaux semiconducteurs . BAD ORIGINAL 71rSm3% 1 2080613 • 'Msf-S'Sitif _ seBiG^É^iae.'fee'iar èes'tiaé â être utilisé aux tiïtra hautes fréquences et e ©sortant tta eertàin nombre 'd'unités à diodes ■ultra. fegiutes fr^q&eâces, branchées eh série pour former un empilage qui 5 est fixé entjre des parties: terminales métalliques appartenant à des connexions du dispositif, caractérisé en ce que chaque unité à diodes comporte une série de diodes semiconductrices et est formée par une plaque -seKiicoiiduetri-ce dont la .première face principale est munie d'une première partie de contact alors que la deuxième face principale est munie d'une 10 série de deuxièmes parties de ©o-ntact saillantes séparées l'une de l'autre, alors que des unités à diodes empilées voisines sont raccordées par une lame intermédiaire électriquement conductrice et que les parties de contact situées l'une en regard de l'autre de deux unités de diodes voisines sont fixées à des faces principales de ladite lame intermédiaire, situées 15 l'une en regard de l'autre. 2. Dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif est une diode varactor, les diodes étant des diodes varactor. 3. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 20 1 ou 2, caractérisé en ce que la plaque semiconductrice de chaque unité à. diodes comporte un substrat semiconducteur de premier type de conduction sur lequel on a formé épitaxialeraent une couche semiconductrice plus mince dont la majeure partie est d'un premier type de conduction et a une résistivité plus élevée que le substrat, alors que la surface de 25 celui-ci, située â l'opposé de ladite couche semiconductrice, est la première face principale de la plaque, fes surfaces actives de la série de diodes semiconductrices se trouvant dans ladite couche près de la surface de couche semiconductrice située à l'opposé du substrat et formant la deuxième face principale de la plaque. 30 4» Disposirtxl-sSemiconducteur selon la revendication 3» carac térisé en ce qu'une série de régions de la couche semiconductrice de deuxième type de conduction forme une série de fonctions P-n avec le reste de la couche semiconductrice et est limitrophe de la face de couche semi-conductrice située â l'opposé du substrat. 35 5- Dispositif semiconducteur selon la revendication 4, carac térisé en ce que les jonctions p—n entre le reste de la couche semiconductrice de premier type de conduction dlune part et les résgions semi-conductrices de deuxième type de'%£ïiductlon d'autre part se terminent à ladite deuxième face principale pratiquement plane de la plaque et sons 40 une couche passivante. isolante-élaborée sur cette face principale. W: BAD ORIGINAL 71 05332 19 2080613 6. Dispositif semiconducteur celon l'une des revendications 1 à 5» caractérisé en ce que les première et deuxième parties de contact de chaque unité S, diodes sont des électrodes métallisées élaborées sur la surface de la plaque semiconductrice des diodes. 5 7. Dispositif semiconducteur selon 16. revendication 5, carac térisé en ce que chacune des deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre et appartenant à chaque unité à diodes est une électrode-couche métallique d'une diode, contacte une seule des Régions semiconductrices dudit deuxième type de conduction â travers une ouver-10 ture ménagée dans la couche isolantèvpassivante foràée sur ladite deuxième face principale de la plaque, et constitue une saillie à la surface libre de cette couche iëolante passivante, la région semiconductrice de deuxième type de conduction constituant un blindage entre la totalité de l'électrode-couche métallique et le reste dè la couche semicon-15 ductrice de premier type de conduction. 8. Dispositif semiconducteur selon l'une des^revendications 1 à 7» caractérisé en ce que chaque unité à diodes est formée par trois diodes et comporte trois deuxièmes parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre. 20 9» Procédé permettant la fabrication d'un dispositif semi conducteur selon la Revendication 1, caractérisé en ce que lors de la fabrication de chaque unité à diodes, des électrodes, en forme de couches métalliques, qui forment les deuxièmes parties de contact saillantes de chaque unité, séparées l'une de l'autre, sont formées simultanément par 25 dépôt électrolytique de métal dans des ouvertures ménagées dans une couche isolante passivante qui existe â ladite deuxième face principale de la plaque, le dépÔt-étant continué jusqu'à ce que 'la majeure partie des électrodes-couches métalliques ainsi formées fasse saillie au-dessus de ladite couche isolante passivante. 30 10. Empilage convenant pour être utilisé dans un dispositif semiconducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'empilage comporte des unités â diodes empilées en série et comportant chacune une série de diodes semiconductrices dans une plaque semiconductrice dont la première face principale est munie d'une première partie de contact et 35 dont la deuxième face principale est munie d'une série parties de contact saillantes séparées l'une de l'autre, les unités à diodes voisines étant branchées en série par une lame intermédiaire, alors que les parties de contact situées l'une en regard de l'autre et appartenant à des unités voisines sont fixées à des faces principales de lame intermédiaire situ- 40 ées l'une en regard de l'autre, et qu'une plaque métallique est reliée aux parties de contact à chaque extrémité de l'empilage. BAD ORIGINAL