Brevet FR2091989A1 — publié le 19720121

20919Ô9 La présente invention concerne les transistors amplificateurs de courant ayant un facteur d'amplification en configuration ■base électrode commune■ ou gain en courant a supérieur ou égal à l'unité. 5 Les transitors classiques utilisés en configuration base électrode commune ont un facteur d'amplification a ou gain en courant inférieur à l'unité. De tels transistors ne peuvent être utilisés pour l'amplification qu'en configuration "émetteur électrode commune" dans, laquelle on tire parti de leur facteur 10 d'amplification g . Malheureusement, les signaux amplifiés sont dans ce cas en opposition de phase avec les signaux d'entrée. L'emploi de transistor ayant un gain en courant a supérieur â l'unité en configuration base électrode commune permet d'obtenir des signaux amplifiés en phase avec les signaux d'entrée. 15 Ceci facilite la conception des circuits amplificateurs à transistors et permet de réaliser de nouveaux circuits. Jusqu'ici, seuls les transistors à pointe avaient un gain en courant a supérieur à l'unité en configuration base électrode counune. Ce type de transistor présente cependant divers inconvé-20 nients parmi lesquels l'impossibilité d'une fabrication en série, des caractéristiques instables, un bruit élevé, etc., qui le rendent peu pratique à utiliser. La présente invention a donc pour objet un transistor amplificateur de courant dont le gain en courant a en configuration 25 base électrode commune est supérieur ou égal à l'unité et qui n'est pas affecté par les défauts mentionnés ci-dessus. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront de la description détaillée qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais nullement limitatif, 30 une forme de réalisation conforme à l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une représentation schématique d'un type de structure d'un transistor à jonctions alliées réalisé selon les principes de 1'invention ; 35 la figure 2 est un graphique de la distribution de la concen tration en impuretés dans le transistor de la figure 1 ; la figure 3 représente une caractéristique du transistor de la figure 1; la figure 4 est une représentation schématique du transistor 40 de 1'invention. 71 11169 2 2091989 Sur la figure 1,. la référence 1 désigne dans son ensemble le transistor à jonctions alliées de la présente invention qui est caractérisé par un gain en courant a supérieur ou égal à l'unité en configuration base électrode commune. Ce transitor comprend 5 par exemple un substrat semi-conducteur 11 de type N qui sert de région base et une zone recristallisée 12 de type P formée dans la face inférieure du substrat 11 et qui sert de région émetteur. Une zone recristallisée 13 est formée dans la face supérieure du substrat 11 et nne zone recristallisée 14 de type N 10 est formée dans la zone 13. Une jonction 15 est ainsi formée entre le substrat 11 et la zone recristallisée 12 et une jonction 16 est formée entre les zones recristallisées 13 et 14. Les références 18 et 19 désignent les impuretés métalliques qui subsistent respectivement sur les zones recristallisées 14 et 15 à la 15 suite du processus de fabrication. Une électrode de base 20 est reliée à la face inférieure du substrat 11 par un contact ohmique et des électrodes 21 et 22 respectivement d'émetteur et de collecteur, sont reliées aux impuretés métalliques 18 et 19. Un tel transistor peut être réalisé par alliage, par exemple 20 de gouttelettes d'indium déposées de part et d'autre d'un substrat semi-conducteur 11 en germanium de type N, puis par alliage d'une gouttelette d'antimoine avec la gouttelette d'indium qui subsiste sur la zone recristallisée formée dans la face supérieure du substrat 11, la seconde opération d'alliage s'effectuant à une 25 température plus basse que la première. Les zones recristallisëes 12 et 13 ont donc une conductivité de type P due â l'indium qu'elles contiennent et la zone recristallisée 14 a une conductivité de type N due à l'antimoine qu'elle contient. Comme le montre la figure 2, la distribution des concentrations 30 en impureté dans le substrat 11 et les zones recristallisées 12, 13 et 14, dans le sens de l'épaisseur du substrat, a la forme d'une courbe en gradins. La zone recristallisée 12 a une concen- 18 18 3 tration en impureté d'environ 1.10 à 3.10 atomes/cm , le substrat semi-conducteur 11 â une concentration en impureté 35 d'environ 5.1014 à 1.1015 atomes/cm3, la zone recristallisée 13 18 18 3 a une concentration en impureté d'environ 1.10 à 3.10 atomes/cm et la zone recristallisée 14 â une concentration en impureté d'environ 4.1018 à 1.10atomes/cm3. 71 11169 2091989 La distance W2 qui sépare les jonctions 15 et 16 et la distance qui sépare les jonctions 16 et 17, c'est-à-dire l'épaisseur de la zone recristallisée 13, sont suffisamment faibles comparées aux longueurs de diffusion L2 et L^ des électrons ou 5 des trous qui constituent les porteurs minoritaire^Qu substrat semi-conducteur 11 entre les jonctions 15 et 16 et dans la zone recristallisée 4. Ceci revient à dire que les distances W2 et et les longueurs de diffusion L2 et L3 sont liées par les conditions suivantes : 10 W2 Dams une telle structure la concentration en impureté de la zone recristallisée 14 est supérieure à celle recristallisée 13 et les concentrations des deux zones 13 et 14 sont toutes deux 18 3 supérieures à 10 atomes/cm , de sorte que la jonction 17 entre 15 les zones 13 et 14 a la forme d'une jonction "en crochet". La structure de diode formée par les zones 13 et 14 a la caractéristique de tension inverse voulue pour établir entre les électrodes 20 et 22 une caractéristique de redressement, telle que représentée sur la figure 3, qui est semblable à celle que l'on 20 obtient entre les électrodes de base et de collecteur de transistor PNP ou NPN. En dépit de cette caractéristique, le transistor 1 contient des structures transistor de type PNP et NPN. Ainsi, si une tension de polarisation est appliquée entre les électrodes 21 et 20, la première étant positive par rapport à la seconde, 25 et entre les électrodes 20 et 22, la première étant positive par rapport à la seconde, la jonction 15 reçoit une polarisation directe et la jonction 16 une polarisation inverse, ce qui établit une structure transistor de type PNP dont l'émetteur, la base et le collecteur sont respectivement la zone 12, le substrat 11 30 et la zone 14. De miae, une polarisation inverse est appliquée à la jonction 16 et une polarisation directe est appliquée à la jonction 17, de sorte qu'il existe une structure transistor équivalente de type NPN dont l'émetteur, la base et le collecteur sont respectivement les zones 14 et 13 et le substrat 11. 35 La première structure transistor de type PNP injecte des trous à travers la jonction 15 de la zone recristallisée 12, qui sert d'émetteur, dans le substrat semi-conducteur 11 qui sert de base, la presque totalité de ces trous traversant ensuite la jonction 16 pour être emmagasinée dans la zone recristallisée 13 qui sert 71 11169 2091989 de collecteur. De même, la structure transistor de type NPN injecte des électrons à travers la jonction 17 de la zone recristallisée 14, qui sert d'émetteur, dans la zone recristallisée 13 qui sert de base, la presque totalité des électrons injectés 5 traversant ensuite la jonction 16 pour pénétrer dems le substrat 11,qui sert de collecteur, avant d'arriver à l'électrode 20. Dans ce cas, les électrons provenant de la zone recristallisée 14 de la structure transistor de type NPN augmentent en nombre comme les trous emmagasinés dans la zone 13 de la structure 10 transistor de type PNP. Si l'on désigne par le facteur d'amplification en courant en configuration base électrode commune du transistor PNP et par le facteur d'amplification du transistor NPN, le facteur d'amplification générale 2 15 en impureté de la zone 12 servant de région émetteur dans le transistor PNP est supérieure à celle du substrat 11 servant de région base dans le transistor NPN et la distance entre les jonctions 15 et 16 du substrat 11 est suffisamment petite ooapa-rée à la longueur de diffusion , comme décrit précédemment. 20 De plus, la concentration en impureté de la zone recristallisée 14 servant de région émetteur pour le transistor NPN est supérieure à celle de la zone recristallisée 13 servant de région base et l'épaisseur de la zone recristallisée 13 est suffisamment petite devant L^. Il existe donc une relation + eu, > 1 25 qui assure au transistor 1 un gain en courant a supérieur a l'unité. De plus, la distribution en gradins de la concentration en impureté dems le transistor 1 a certains effets avantageux. Ainsi, la distribution de la concentration dans la zone recristallisée 30 12 étant en gradin, la concentration est élevée dans la région émetteur qui est adjacente à la jonction émetteur-base du transistor PNP. Ceci accroît l'efficacité de l'émetteur et améliore le gain en courant a^. Le transistor 1 a ainsi un gain en courant a supérieur à l'unité. Par ailleurs, le gain en courant 35 o2 du transistor NPN augmentant lorsque diminue l'épaisseur de la zone recristallisée 13 servant de région base, le gain en courant a du transistor 1 augmente corrélativement. La concentration en impureté de la zone recristallisée 13 servant de région base dans le transistor NPN est également en gradin et la 71 11169 5 2091989 concentration est suffisamment élevée de façon que, même si la zone 13 est mince, le courant inverse qui traverse la jonction 16 entre le substrat 11 et la zone recristallisée 13 servant respectivement de collecteur et de base au transistor NPN, soit suffi-5 samment faible pour lui assurer une résistance de collecteur élevée. La résistance de sortie du transistor 1 entre les électrodes 20 et 22 est donc relativement importante, ce qui est avantageux dams la pratique. De plus, le transistor 1 diffère des transistors classiques 10 en ce que la jonction 17 formée entre les zones 13 et 14 présente une caractéristique inverse permettant de l'utiliser comme une diode redresseuse connectée entre les électrodes 20 et 22. Bien que la présente description n'ait jusqu'ici mentionné qu'un transistor à jonctions alliées, le transistor amplificateur 15 de courant de l'invention peut être réalisé par un procédé de ,d ' ions diffusion à chaud ou par injection/. Dans tous les cas, les transistors obtenus ont une structure à quatre régions, comme le montre la figure 4 sur laquelle les régions U^, U2, et correspondent respectivement à la zone 12, au substrat 11, à la 20 zone 13 et à la zone 14, pour former un ensemble PNPN ou NPNP. Une électrode d'émetteur Te, une électrode de base Tb et une électrode de collecteur Te sont respectivement reliées aux zones U1' U2 et U4* De P^us' ^es concentrations en impureté D1# D^, et D^ des zones respectives Uj, U2, U3 et U4, les largeurs W2 et 25 des zones U2 et et les longueurs de diffusion L2 et L^ des porteurs minoritaires dans les zones U2 et U3 s'ont choisies de façon que D1>>D2 y D4>>D3, W2«L2, W,«L3 et D3,D4>1018 atomes/cm3. Il va de soi que l'invention n'a été décrite qu'à titre 30 d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter toute équivalence technique dams ses éléments constitutifs sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, qui est défini dans les revendications amnexées. 71 11169 6 2091989 REVENDICATIONS 1. Transistor amplificateur de courant ayant en configuration base électrode commune un facteur d'amplification a supérieur ou égal à l'unité, ledit transistor étant caractérisé en ce qu'il 5 comprend une première région d'un premier type de conductivité, une seconde région d'un second type de conductivité formée dans la première région à partir de l'un de ses côtés, une troisième région du second type de conductivité formée dans la première région à partir de son autre côté, une quatrième région du premier 10 type de conductivité formée dans la troisième région du côté opposé à la seconde région, la concentration en impureté de la seconde région étant suffisamment plus grande que celle de la première, la concentration en impureté de la quatrième région étant suffisamment plus grande que celle de la troisième, la concen- 15 tration en impureté de la troisième région étant supérieure à 18 3 10 atomes/cm , les largeurs des première et troisième régions étant suffisamment petites devant les longueurs de diffusion des porteurs minoritaires dans ces mêmes zones, et enfin des électrodes de base, d'émetteur et de collecteur étant respectivement reliées 20 à la première, à la seconde et à la quatrième régions. 2. Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première région est un substrat semi-conducteur, les seconde et troisième régions étant formées par un premier traitement d'alliage à partir du substrat semi-conducteur et la quatrième 25 région étant une zone recristallisée formée par un second traitement d'alliage dans la zone recristallisée qui constitue la troisième région. 3. Transistor selon la revendication 1, caractérisé par une distribution en gradins de la concentration des impuretés au 30 moins dans les seconde et troisième régions.