Brevet FR2092073A1 — publié le 19720121

, 2092073 La présente invention concerne des dispositifs à semiconducteur. On s'est intéressé de plus en plus dans les années récentes aux dispositifs à semiconducteur mettant en oeuvre des effets 5 d'électrons transférés dans des champs électriaues élevés. Ces effets provoquent le transfert par diffusion d'électrons dans les creux des bandes de conduction avec des énergies supérieures à celles des creux occupés principalement lors de l'établissement de champs plus faibles. Lorsque les creux d'énergie supérieure ont une 10 densité d'énergie d'états supérieure à celle des creux inférieurs, il peut arriver que la vitesse de déplacement des électrons avec le champ électrique se trouve bien au-dessus de la plage de champs pour laquelle se produit un transfert. En conséquence, les électrons ont une conductivité différentielle négative qu'on peut utiliser avan-15 tageusement dans divers dispositifs, notamment pour les oscillateurs à hyperfréquences. L'arséniure de gallium est un exemple de matière qui présente un tel effet ; la conductivité différentielle négative commence pour un champ d'environ 3 kV par cm. On utilise largement l'arsé-20 niure de gallium de conductivité de type n pour les oscillateurs à hyperfréauencegfoettant en oeuvre cette conductivité différentielle négative. On considère en général qu'il s'agit de la matière optimale. Pour de nombreux oscillateurs, une région de champ électrique intense, appelée un domaine, se déplace périodiquement dans 25 l'arséniure de gallium de la cathode (électrode négative) à l'anode (electrode positive) à une vitesse voisine de 10 cm par seconde. Les caractéristiques de l'oscillateur dépendent de l'existence de ce domaine. De façon caractéristique, l'arséniure de gallium a fortement tendance à former de tels domaines. En conséquence, il est 30 difficile, bien que possible, d'obtenir le fonctionnement avec suppression totale ou partielle de formation de domaine . Cette difficulté est souvent un inconvénient, car le rendement de l'oscillateur dans les modes de fonctionnement avec des domaines, est habituellement faible. 35 On sait depuis longtemps que la structure de bandes du semi conducteur et les procédés de diffusion agissant sur les électrons déterminent le comportement fondamental des électrons et ainsi les bad original 71 14234 2 2092073 modes de fonctionnement des dispositifs, leur rendement et leurs limites en fréquence. Il est très souhaitable de choisir pour des dispositifs à électrons transférés,vin semiconducteur dont les paramètres fondamentaux donnent les plus avantageuses propriétés possi-5 bles de transfert d'électrons. Ces propriétés souhaitables sont (1) un rapport important de la valeur de crête à la valeur minimale (c'est-à-dire le rapport de la plus grande vitesse atteinte par l'électron à la plus faible vitesse atteinte dans les champs les plus élevés) de manière à accroître le rendement maximal du dispo-10 sitif, (2) les vitesses de crête et de creux doivent être raisonnablement importantes pour ne pas limiter de façon indésirable les fréquences de fonctionnement et (3) la tendance propre à la formation de domaine doit être faible de manière à permettre une certaine souplesse dans le choix du mode de fonctionnement du dispositif. 15 Dans le cas de l'arséniure de gallium, deux jeux de creux de bandes de conduction déterminent efficacement les propriétés des électrons transférés. La présente invention s'appuie sur la reconnaissance récente que les performances du dispositif peuvent être à certains égards supérieures lorsqu'on utilise un semi-20 conducteur dans lequel le transfert se produit entre trois jeux de creux ou valeurs minimales. Plus précisément, l'invention concerne un dispositif à semiconducteur comprenant un morceau de matière semiconductrice présentant des effets d'électrons transférés entre trois jeux de 25 creux ou valeurs minimales de bandes de conduction, le jeu d'énergie la plus faible ayant une densité d'énergie d'états inférieure à celle des deux autres jeux, la vitesse de diffusion des électrons entre le jeu d'énergie la plus faible et le jeu d'énergie intermédiaire étant inférieure aux deux vitesses de diffusion des élec-30 trons entre le jeu d'énergie la plus faible et le jeu d'énergie la plus élevée d'une part et le jeu d'énergie intermédiaire et le jeu d'énergie la plus élevée d'autre part, une anode placée sur le morceau de matière semiconductrice, une cathode placée sur ce même morceau, un dispositif destiné à appliquer entre l'anode et la ca-35 thode des tensions telles qu'il se produit un transfert d'électrons entre le jeu d'énergie la plus faible et le jeu d'énergie la plus élevée et entre; le jeu d'énergie la plus élevée et le jeu d'énergie 71 14234 3 2092073 intermédiaire, et un dispositif destiné à régler le courant circulant entre la cathode et l'anode de façon que celui-ci ne comporte pas de domaines dipolaires. Des exemples de matières semiconductrices ayant des 5 structures de bande et des vitesses de diffusion convenables entre les jeux de creux , sont le phosphure d'indium, des alliages de phosphure d'indium et d'arséniure d'indium comprenant plus de 75 % en moles de phosphure d'indium et des alliages d'anti-moniure de gallium et d'antimoniure d'indium, contenant entre 5 et 10 30 % en moles d'antimoniure d'indium. L'invention concerne aussi un dispositif à semiconducteur comprenant un morceau de phosphure d'indium de type n, deux électrodes fixées à ce morceau et permettant l'établissement d'une densité de courant nettement supérieure dans le morceau de phosphure 15 d'indium au voisinage de la seconde électrode à celle du voisinage de première, et un dispositif destiné à polariser négativement la première électrode par rapport à la seconde, de sorte qu'il se produit un transfert d'électrons entre les différents jeux de creux. On peut permettre l'établissement d'une densité de courant 20 nettement supérieure en réalisant une seconde électrode plus petite que la première, en introduisant une inhomogénéité par dopage dans la zone de la première électrode ou en donnant au morceau de phosphure d'indium une section plus faible dans cette région. Par "jeu de creux", on désigne tous les creux ou toutes les 25 valeurs minimales d'énergie égale qui se manifestent en des points équivalents de la même zone de Brillouin. . D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description qui va suivre, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : 30 la figure 1 représente les variations de la vitesse de déplacement des électrons en fonction de l'intensité du champ électrique pour trois exemples de matières semiconductrices; la figure 2 représente schématiquement la structure de bande d'une matière semiconductrice ; 35 les figures 3, 4 et 5 sont des diagrammes obtenus par le calcul des vitesses de déplacement d'électrons en fonction de l'intensité du champ électrique dans le cas de InP, InAsn ?Pn et In,. ?Gan RSb, 71 14234 4 2092073 respectivement; la figure 6 est un circuit utilisé pour enregistrer n oscillations de courant dans les matières semiconductrices ; la figure 7 représente le courant en fonction du temps observé 5 dans le circuit de la figure 6 avec InP ; la figure 8 est un diagramme représentant le courant en fonction du temps et il montre schématiquement 1-e type d'oscillations obtenues avec GaAs dans le circuit de la figure 6 ; les figures 9 à 15 sont des schémas illustrant la fabrication 10 d'un dispositif à semiconducteur destiné à fonctionner dans des modes déterminés ; et la figure 16 est une coupe suivant son axe d'un dispositif à hyperfréquencegèelon l'invention. La figure 1 est un diagramme représentant la vitesse de 15 déplacement des électrons en fonction de l'intensité du champ électrique dans le cas de trois matières semiconductrices. Le diagramme montre qualitativement les caractéristiques qu'on obtient habituellement avec des systèmes à deux et trois niveaux ou jeux. Lorsque l'intensité du champ électrique croît au-dessous du seuilt chacune 20 des matières suit la loi d'Ohm (c'est-à-dire que la vitesse de déplacement est proportionnelle à l'intensité du champ appliqué). Dans la région du champ de seuil, les caractéristiques des matières suivent des chemins séparés. On obtient une première courbe A avec une décroissance plutôt lente de la vitesse de déplacement après le 25 seuil, la décroissance devenant de plus en plus douce lorsque la courbe s'aplatit dans la région des intensités élevées du champ électrique. Il se forme une seconde courbe B avec une décroissance un peu plus accentuée de la vitesse de déplacement après le seuil, et la courbe B devient de plus en plus douce et finit par devenir 30 horizontale. Une courbe C chute de façon assez abrupte après le seuil et forme un creux net après lequel la vitesse de déplacement s'accroît à nouveau en fonction du champ électrique. La courbe A représente un système à deux niveaux ou deux jeux et est représentative de l'arséniure de gallium. La courbe B se rapporte à un sys-35 tème analogue, mais avec une vitesse de diffusion d'électrons entre les deux jeux de creux inférieure. La réduction de la diffusion accroît le transfert dans les creux d'énergie supérieure, mais la 71 14234 5 2092073 vitesse des électrons du creux inférieur augmente dans une grande mesure dans les champs élevés. Bien que la conductivité différentielle négative soit plus importante que dans le cas de la courbe A, le rapport de la vitesse maximale à la vitesse minimale aux champs 5 élevés ( rapport crête/creux) est peu différent de celui de la courbe A. La diffusion réduite présente l'inconvénient supplémentaire de permettre aux électrons du creux inférieur d'atteindre des énergies plus élevées, ce qui signifie qu'il peut se produire à des champs relativement faibles une rupture dans la matière par avalanche. 10 La courbe C se rapporte à un système à trois niveaux ou trois jeux dont l'un de faible masse (c'est-à-dire de faible densité d'énergie d'états) comme dans le cas de la courbe A, mais avec deux jeux de creux de masse élevée à deux énergies différentes supérieures à celle du creux à faible masse. La diffusion entre le creux à faible 15 masse et le ou les creux à masse élevée, mais d'énergie la plus faible, est peu importante, mais elle est importante entre les autres paires de creux. Dans ce système, le transfert aux creux les plus élevés est même supérieur à celui qu'on observe dans le cas d'un système à deux niveaux faiblement couplés, et de plus la dif-20 fusion importante dans les creux d'énergie la plus élevée réduit la vitesse des électrons dans le creux le plus "bas et empêche une rupture par avalanche. Un système à trois niveaux présente deux autres caractéris-— tiques. L'augmentation de la vitesse avec le champ au-dessus de la ■25 valeur minimale est habituellement supérieure à celle qu'on obtient normalement dans les dispositifs à deux niveaux ; ceci limite les champs électriques maximaux qui peuvent s'établir et réduit en conséquence la tendance du dispositif à se détruire. De plus, la faible diffusion entre les creux le plus bas et intermédiaire em-30 pêche la croissance de fluctuations à courte longueur d'onde de la densité électronique. En conséquence, la tendance naturelle à la formation de domaine est inférieure à ce qui se produit normalement dans les systèmes à deux niveaux. Dans le cas de InP comme dans celui des alliages décrits 35 précédemment comme ayant la structure appropriée, le creux d'énergie la plus faible est centré sur le point T de la zone de Brillouin, le jeu de creux d'énergie intermédiaire comprend un BAD ORIGINAL 71 14234 6 2092073 creux pour chacun des quatre points L équivalents et le jeu de creux d'énergie la plus élevée comprend un creux pour chacun des trois points X équivalents. La figure 2 représente qualitativement une partie de la 5 structure de bande d'une matière du type décrit précédemment, c'est-à-dire InP. L'énergie des minima X (ou creux) est supérieure à celle des minima L, et celle du minimum r est inférieure aux autres. Le minimum r est plus accentué que les minima L ou X, ce qui montre sa densité inférieure d'énergie d'états. 10 On a calculé les courbes des figures 3, 4.et 5 représentant la vitesse de déplacement des électrons en fonction de l'intensité du champ électrique appliqué pour InP, InAs^ g et In^ 2®ao 8*^' respectivement. On voit clairement qu'une structure de bande du type représenté sur la figure 2 donne une relation vitesse-intensité 15 du champ de forme analogue pour chacune des trois matières, et c'est la forme de la courbe C de la figure 1. On connaît depuis un certain temps l'existence de la résistance négative du phosphure d'indium, mais on n'avait pas précédemment noté que le comportement des dispositifs à InP était de 20 caractère différent de celui des dispositifs à GaAs. Dans une publication antérieure sur les oscillations observées dans InP et -IûP GaAs, on a noté d'oscillations que pour .un. seul échantillonr/Pour cet échantillon, les oscillations étaient très faibles, ce qui pourrait conduire les hommes du métier à abandonner InP comme matière conve-25 nant aux dispositifs à électrons transférés, car les caractéristiques réelles pourraient sembler inférieures de beaucoup à celles de GaAs. Depuis cette publication, il n'a pas paru de rapports sur des dispositifs à électrons transférés réalisés à partir de InP, bien qu'un grand nombre de rapports aient paru sur des dispositifs à 30 GaAs. Il apparaît de la publication antérieure que les instabilités électriques au-dessus d'une tension de seuil sont possibles dans le phosphure d'indium, mais il n'apparaît pas qu'un autre type de fonctionnement que l'effet Gunn (domaine dipolaire) soit pos-35 sible dans cette matière. Récemment, on a réalisé des expériences selon l'invention en utilisant des échantillons de phosphure d'indium, et ces 71 14234 7 2092073 expériences confirment la théorie selon laquelle le comportement des dispositifs en phosphure d'indium a un caractère fondamentalement différent de celui des dispositifs en arséniure de gallium dans des conditions équivalentes. Cela signifie qu'on peut prendre 5 des mesures simples pour obtenir un fonctionnement sans formation de domaine avec du phosphure d'indium (voir plus loin). On observe toujours l'effet Gunn (domaine ) si on prend ces seules mesures avec l'arséniure de gallium. La figure 6 représente schématiquement un circuit utilisé 10 pour enregistrer des oscillations de courant dans un morceau de phosphure d'indium. On peut utiliser le même circuit pour essayer des.morceaux d'une autre matière semiconductrice, par exemple GaAs ou InP As. et In Ga. Sb (x et x. étant tels que x compris entre x i y i *""* 1 et 0,75 et £ compris entre 0,30 et 0,05). 15 On applique à partir d'une source classique (non représentée une impulsion rectangulaire V de tension aux bornes d'un échantillon S de la matière semiconductrice et d'une résistance R montée en série. Cette dernière a une résistance bien inférieure à celle de l'échantillon S. La tension sortie qui présente des oscilla- 20 tions est prélevée aux bornes de la résistance R et parvient à un ; oscilloscope (non représenté). La figure 7 représente les variations du courant en fonction du temps et il s'agit d'une trace sur un oscilloscope, obtenue avec . un échantillon de InP et le circuit de la figure 6. Ce diagramme 25 représente le courant obtenu en fonction du temps avec un morceau de InP de type n de 170 u d'épaisseur et une densité d'équilibre de j i 7 ... porteur de 5 x 10 cm pour une tension appliquée de 150 volts. Le courant oscille à peu près sinusoïdalement avec une fréquence de 4 GHz, et les oscillations ont une amplitudé~stable au bout d'un -9 • 30 temps correspondant à environ 4x10 seconde . Si on utilise un échantillon de GaAs de même épaisseur et de même densité d'équilibre de porteurs,le courant oscille à une fréquence d'environ 0,5 GHz et la forme d'onde comprend des pics transitoires isolés comme le montre*la figure 8. Les pics transitoires coïncident aux 35 momentgôù les domaines atteignent l'anode (borne positive de l'échantillon S). L'aspect de la trace de la figure 7 montre que le mode de 71 14234 8 2092073 fonctionnement avec formation de domaine , qui est caractéristique des échantillons de GaAs, n'est pas présent. Avec les dispositifs réalisés en InP ou avec les alliages cités, on peut facilement obtenir à la fois le fonctionnement en 5 mode de domaine dipolaire et le fonctionnement sans domaine di-polaire. Ceci s'oppose au cas de GaAs où il est très difficile de réaliser un fonctionnement sans domaine. En conséquence, la réalisation du dispositif doit être mise en oeuvre en considérant le mode de fonctionnement nécessaire, c'est-à-dire avec ou sans domain 10 dipolaire. On pense que, dans le phosphure d'indium et dans les deux alliages cités, les instabilités ont une tendance naturelle à se propager de la cathode à l'anode sous forme d'une couche d'accumulation électronique plutôt que sous forme d'un domaine dipolaire. 15 On obtient cette couche d'accumulation même lorsqu'il y a de faible fluctuations de la concentration de dopage dans le semiconducteur. Au contraire, de faibles variations du dopage dans l'arséniure de gallium provoquent facilement la formation de domaines dipolaires. Le fonctionnement sans domaine convient mi eux aux disposi- le rendement de l'oscillateur peut être supérieur avec un fonctionnement sans domaine. Le fonctionnement avec domaine d'un dispositif à semiconducteur et à électrons transférés se produit lorsque les électrodes sont réalisées de manière qu'il existe une densité de 25 courant bien supérieure dans la région de la cathode à celle de la région de l'anode. On peut facilement réaliser un fonctionnement sans domaine avec le phosphure d'indium et les alliages cités (InP^As^ , avec x compris entre 1 et 0,75 et In Ga, Sb, avec ^ compris entre 0,30 y îy 30 et 0,05) en disposant simplement les éléments en sens inverse, c'est-à-dire en créant une densité de courant supérieure dans la région de l'anode à celle de la région de la cathode. Il est aussi possible d'utiliser un tel mode de fonctionnement avec des régions d'électrodes ayant des densités de courant à peu près similaires, 35 mais une telle disposition (c'est-à-dire une densité de courant dans la région de la cathode supérieure à celle de la région de l'anode) présente une tendance plus grande au fonctionnement sans domaine. BAD ORIGINAL 71 14234 9 2092073 La figure 9 est une coupe d'un type de dispositif à semi- . conducteur. Un morceau 1 de matière semiconductrice de type n (phosphure d'indium ou InP As^ avec x compris entre 1 et 0,75 ou In Ga, Sb avec £ compris entre 0,05 et 0,30) comporte des contacts y y 5 métalliques 2 et 4 alliés. Un bloc métallique 3 lui aussi allié au contact 4 sert de substrat mécanique et de radiateur pour le dispositif, ainsi que de contact électrique externe. On effectue l'alliage en fondant les métaux des contacts 4 et 2 au contact du semiconducteur et du métal du bloc 3, respectivement (on peut initialement 10 déposer les métaux des contacts 2, 4 par évaporation sous vide). Le contact 4 peut être en même matière que le contact 2, ou il peut être, différent. De façon analogue, le contact 2 peut être de même matière que le bloc 3 ou en matière différente. Des matières métalliques qui conviennent aux contacts 2, 4 et au bloc 3 sont l'étain 15 et des alliages d'étain et d'indium. (Ces derniers conviennent surtout dans le cas du phosphure d'indium). Ces matières forment des régions n+ entre les contacts 2, 4 et le morceau 1 de matière semi-conductrice. On peut appliquer des tensions aux bornes du morceau 1 de matière semiconductrice à l'aide d'une source classique de ten-20 sion continue V. Les dimensions transversales des contacts 2 et 4 l'une par rapport à l'autre et à l'épaisseur du morceau 1 sont importantes. Les dimensions transversales des contacts 2 et 4 peuvent être grandes par rapport à l'épaisseur du morceau 1 de matière semi-25 conductrice et dans ce cas la densité de courant électrique dans le semiconducteur dans la région du contact 2 est peu différente de celle qui existe dans la région du contact 4. Ceci conduit à une inhibition de la formation de domaine. . 71 14234 10 2092073 Dans une variante, les dimensions transversales des contacts 2 et 4 peuvent être comparables ou inférieures à l'épaisseur du morceau. 1 de matière semiconductrice. Trois structures différentes sont possibles dans ce cas. La première comporte des contact 2 et 5 4 ayant des dimensions latérales analogues. Dans ce cas, les régions voisines des contacts 2 et 4 ont des densités de courant équivalentes. Ceci a tendance à empêcher la formation de domaine. La seconde structure comporte un contact (le contact 4) dont les dimensions latérales sont inférieures à celles de l'autre (le eon-10 tact 2) et le plus petit contact est positif par rapport au plus grand. La densité de courant est plus faible dans la région de l'anode que dans celle de la cathodè. Cette structure convient pour empêcher la formation de domaine. La troisième structure comporte un contact (le contact 4) dont les dimensions latérales sont inférieu-15 res à celles de l'autre (le contact 2), mais on monte la source de tension V de manière que le contact le plus petit (le contact 4) soit la cathode. Cette structure favorise la formation de domaine. Dans le cas de ces deuz dernières structures, des dimensions convenables de contact sont telles que le plus petit (le contact 4) 20 ait un périmètre égal au tiers de celui du plus grand (contact 2). (Par exemple, on peut utiliser des contacts circulaires dont les diamètres sont dans le rapport de 1 à 3). Une variante du procédé d'obtention d'une densité de courant élevée (champ électrique élevé) au voisinage de l'un des 25 contacts 2 ou 4,consiste à introduire une inhomogénéité de dopage, par exemple en utilisant de l'étain avec un petit pourcentage de zinc comme matière de contact (et en l'alliant de la même manière que décrit précédemment). Le zinc forme une petite région en matière de type p. Si on réalise le contact 4 de cette manière et qu'on 30 monte la source de tension V de manière à le polariser négativement, on peut favoriser la formation de domaine dans cette région. De façon analogue, on empêche la formation de domaine lorsqu'on utilise le contact 4 ainsi réalisé comme anode. La figure 10 est une coupe d'un dispositif suivant une va-35 riante de la figure 9. La figure 11 est une vue en plan partielle de ce dispositif. Le contact 4 est sous forme d'une grille. On peut utiliser d'autres dessins, par exemple une série de points séparés. 71 14234 n 2092073 On peut déposer ces dessins par le procédé classique d'évapora-tion arec un cache. L'avantage du dépôt du contact 4 sous forme d'un dessin est qu'on peut maintenir les dimensions latérales à de petites valeurs pour que cette région ait les propriétés citées 5 de densité élevée de courant et d'intensité élevée de champ électrique, la surface restant importante et permettant d'utiliser des puissances de travail élevées (car le chauffage des contacts et la rupture ultérieure ne posent pas un problème dans le cas de zones de contact de grande dimension). 10 La figure 12 est une coupe d'un autre dispositif à semi conducteur. Celui-ci est particulièrement utile lorsqu'on doit utiliser une fine couche semiconductrice. On fait croître par épitaxie (de façon classique) sur un substrat 6*très conducteur une fine couche 5 de semiconducteur approprié InPxAs^_x 1 0,75 ou 15 In Sb (0,30 ^y ^0,05). Le substrat 6 agit comme radiateur y y et comme contact électrique. On réalise un contact 7 de l'autre côté de la couche 5. Celui-ci peut être soit déposé par les techniques classiques d'évaporation sous vide de métal et alliage ou par épitaxie sur une matière semiconductrice très conductrice. Un métal 20 qui convient est l'étain et un semiconducteur convenable est la même matière que celle de la couche 5, mais dopée de façon à être de type n. On peut appliquer une tension V d'une source classique entre le substrat 6 et le contact 7. Celui-ci a des "dimensions latérales petites par rapport à l'épaisseur de la couche 5 et aux dimensions 25 latérales du contact 6, et il assure ainsi la densité de courant élevé décrite (c'est-à-dire qu'il forme des domaines lorsque la source V est montée de façon à le polariser négativement, et inversement il empêche la formation de domaine lorsque la source V est montée de façon à le polariser positivement). 30. La figure 13 est une coupe d'un autre dispositif à semicon ducteur. Il s'agit d'une coupe, transversale alors que les autres figures représentaient des coupes longitudinales de dispositifs. On peut réaliser des contacts 8 et 9 avec un métal déposé sur une couche 10 de matière semiconductrice déposée par épitaxie sur un 35 substrat isolant 11 (de manière classique). Le substrat 11 agit comme un radiateur. Si la couche 10 est en InAs^^P^ (1 5 x ^ 0,75), du phosphure d'indium dopé par du chrome (qui est essentiellement 71 14234 12 i 2092073 isolant) convient comme substrat. Les contacts 8 et 9 réalisés de la même manière que ceux décrits à propos de 1 dimensions transversales différentes (périmètres dans le rapport de 1:3). On peut appliquer des tensions entre les contacts 8 et 9 5 à l'aide d'une source V. Il se forme alors une densité de courant supérieure dans la zone du contact/plus petit, le contact 8, à celle de la région du plus grand contact 9. Si on monte la source V de façon que le contact 8 soit négatif, des domaines ont tendance à se former. Si on monte la source V de façon que le contact 8 soit 10 positif, la formation de domaine se trouve inhibée. Dans une variante ou en plus, on peut obtenir des champs électriques élevés (densité de courant élevé) dans la région du contact 8 en réalisant une petite région d'inhomogénéité de type p de la même manière que décrit à propos du dispositif de la figure 9. 15 La figure 14 est une coupe et la figure 15 une vue en plan partielle d'un dispositif qui est une variante de celui de la figure 13.On réalise le contact 9 par évaporation à travers un cache convenable de manière classique, de façon à entourer le contact qui est de petite dimension. Si on monte la source de façon que le contact 20 8 soit négatif, des domaines ont tendance à se former dans sa région. Si au contraire, on monte la source V de façon que le contact 8 scit positif, on empêche la formation de domaine La figure 16 est une coupe d'un dispositif de l'invention destiné à la création d'énergie en hyperfréquences. 25 Une cavité 12 pour hyperfréquenceg'sous forme d'un cylindre coaxial comprend deux parties séparées 13 et 14. La partie 13 comporte une région cylindrique externe 13a creuse comportant une cloison solidaire circulaire 13c et une zone interne 13b dans l'axe du cylindre est solidaire de la cloison 1 3ç dont elle dépasse. 30 La zone 13a de la partie 13est séparée de la partie 14 par un anneau 15. La zone 13h de la partie 13 est séparée de la partie 14 par un morceau 18 de matière semiconductrice qui peut être du phosphure d'indium ou InP As, ou In Ga, Sb (1 x ;> 0,75, 0,30> y ^ 0,05). x 1 —x y 1 -y - » ^ Le morceau 18 a la même forme que le dispositif de la figure 9, c'est-35 à-dire qu'il a des contacts de dimension inégale(non représentés) et une structure longitudinale (dans ce cas, il n'est pas nécessaire d'utiliser le bloc 3 de la figure 9 car la cavité 13 agit comme con- 71 14234 13 2092073 tact électrique externe et comme radiateur). L'anneau 15 est isolant en courant continu, mais son impédance est négligeable en hyperfréquences. On peut appliquer des tensions entre les parties 13 et 14 de la cavité 12 à l'aide d'une source classique 20. La 5 tension apparaît aux bornes du morceau 18 de semiconducteur. Lorsque la tension est suffisamment importante pour polariser le morceau 18 dans sa zone d'instabilité, le courant dans le semiconducteur oscille à une fréquence à laquelle la cavité 12 est en résonance. 0n%choisit les dimensions de la cavité 12 dè façon 10 qu'elle fournisse la fréquence nécessaire de fonctionnement. On couple l4énergie7hyperfréquence^Ôe la cavité 12 à l'aide d'une boucle 19. En plus des structures d'électrode qui sont importantes pour empêcher la formation de domaine dipolaire, il faut prendre 15 en considération la dimension et la pureté du morceau de matière semiconductrice. Si la dimension active du morceau de matière semiconductrice est inférieure à une longueur critique de l'ordre d'environ 500|i, il ne se produit pas de fonctionnement avec formation de domaine 20 (dans le cas où on a pris les mesures décrites dans le présent mémoire pour favoriser un fonctionnement sans"domaine). Si cependant, la dimension active/ef&périeure à la longueur critique, il se produit alors un fonctionnement avec formation dRomaine, malgré les mesures prises (à moins que celles-ci soient vraiment très poussées). 25 On prépare toutes les matières citées comme convenant selon l'invention par des techniques classiques. Cependant, il est nécessaire d'observer que le nombre total d'impuretés contenues dans la \ 17 3 matière semiconductrice n'est pas supérieur à 10 par cm , et est 16 3 de préférence inférieur à 10 par cm , sans quoi le fonctionnement 30 donne des résultats faibles (avec formation possible de domaines incohérents) et on n'obtient pas les résultats voulus pour des concentrations élevées en impuretés.Pour être sûr d'obtenir la pureté voulue, il est nécessaire de choisir dans chaque cas l'un des procédés classiques connus pour réaliser des matières semiconductrices 35 de pureté voulue. On peut obtenir des compositions de phosphure et d'arséniure d'indium dans les plages voulues par l'un des procédés qu'on utilise 71 14234 H 2092073 de façon classique pour préparer l'alliage, notamment la croissance en solution ou par épitaxie en phase vapeur ou liquide. Par exemple, on peut utiliser un substrat en InAs à une température supérieure à 600°C. On préfère croître l'alliage appro-5 prié par épitaxie en phase vapeur avec HCl passant sur de l'indium et un mélange de gaz de AsH^ et PH^ contenant la fraction molaire convenable de PH^. (0 à 25 1" de InP dans InP-InAs correspond à la plage des mélanges d'hydrure d'arsenic et de phosphore contenant - moins d'environ 4-0 % d'hydrure de phosphore). On peut obtenir des compositions d'antimoniure d'indium et de gallium dans la plage voulue par le procédé connu qui consiste à faire réagir les éléments en proportions nécessaires et à affiner la structure résultante par les techniques connues de purification par fusion de zone. ^ On peut préparer du phosphure d'indium brut en faisant réagir du phosphore en phase vapeur avec de l'indium liquide à une température élevée. On peut réaliser du phosphure d'indium de qualité suffisante pour la fabrication des dispositifs à partir de phosphure d'indium brut en le chauffant à une température légèrement supérieu-20 re à son point de fusion de 1060°C et en introduisant un germe cristallin, qui est habituellement du phosphure d'indium, en contact avec la matière fondue, puis en tirant lentement le cristal. La fixation destinée à supporter le germe évacue de la chaleur et le germe grossit plus rapidement à partir du phosphure d'indium. Au point de 25 fusion du phosphure d'indium, la pression de vapeur du phosphore en équilibre avec le phosphure d'indium est d'environ 20 bars. En conséquence, on peut utiliser une technique convenable, par exemple une technique d'encapsulation de liquide, pour maintenir le système à une pression supérieure à la valeur citée. Dans une variante, on 30 peut utiliser les procédés par épitaxie pour faire croître des couches de qualité élevée de phosphure d'indium sur des substrats. Une technique possible consiste à faire passer un mélange de gaz contenant du phosphore et des chlorures d'indium avec un excès d'hydrogène sur des substrats formés par un cristal unique à une 35 température élevée d'environ 650°C. Une manière convenable d'obtenir un mélange gazeux adéquat consiste à faire passer la vapeur de trichlorure de phosphore dans un excès d'hydrogène sur de l'indium 71 14234 15 - 2092073 liquide à une température élevée d'environ 750°C. Les réactions chimiques initiales forment du phosphure d'indium dissous dans l'indium, mais lorsque la solution est saturée, le mélange gazeux passant sur la solution contient les quantités nécessaires de 5 phosphore, de chlorures^1indium et d'hydrogène. Des germes possibles sont le phosphure d'indium, l'arséniure d'indium et l'arséniure de gallium. On peut obtenir un réglage de la concentration électronique dans la couche en introduisant des matières volatiles convenables dans le courant gazeux. Un exemple en est le sulfure .10 d'hydrogène qui introduit du soufre dans la couche. Le soufre est un donneur d'électrons qui accroît la : concentration électronique. Un procédé différent par épitaxie consiste à verser une solution saturée de phosphure d'indium dans de l'indium sur un germe de phosphure d'indium à une température élevée d'environ •15 650°C. On laisse le système se refroidir à une température légèrement inférieure, telle que 620°C. Au cours du refroidissement, une couche de phosphure d'indium croît sur le germe. On peut vers? la solution en excès loin du germe. On peut obtenir un réglage de la concentration en électrons 20 en incorporant dans le semiconducteur dans chaque cas une quantité déterminée d'impuretés de type n, par exemple d'étain. Il est bien entendu que l'invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apport? toute équivalence technique dans ses éléments constitutif^feans poua 25 autant sortir du cadre de 1'invention,qui est défini dans les revendications annexées. BAD ORIGNAL 71 14234 16 . 2092073 REVENDICATIONS j 1 .Dispositif à semiconducteur c if type qui comprend un mor ceau c3 matière semiconductrice présentant un effet d'électrons transiiré^fentre des minima de bandes 1e conduction à faible éner-5 gie e" à énergie élevée, une cathode et une anode placées sur le morceau de matière semiconductrice et dispositif destiné à appli ier des tensions entre la cathode et l'anode, ledit dispositif é -int caractérisé en ce que la matière semi-conductrice présente des effets de transfert d'élect:cmontre trois jeux de va-10 leurg&inimale» de bandes de conduction, le jeu d'énergie la plus faibleayant une densité d'états inférieure à celle des deux autres jeux, la vitesse de diffusion des élec ;k"ons entre le jeu d'énergie la plus faible et le jeu d'énergie intermédiaire étant inférieure ] à la vitesse de diffusion des électron nentre le jeu d'énergie 15 la plus faible et le jeu d'énergie la plus élevée d'une part et le jeu d'énergie intermédiaire et le jeu cVénergie la plus élevée d'autre part, et en ce que le dispositif destiné à appliquer des tensions entre la cathode et l'anode est tel qu'il se produit un transfert d'électrons entre le jeu d'énèrgie la plus faible et le 20 jeu d'énergie la plus élevée d'une part et le jeu d'énergie la plus élevée et le jeu d'énergie intermédiaire d'autre part, et comprend un dispositif destiné à régler le courant qui circule entre la cathode et l'anode de façon qu'il ne comprenne pas de domaine dipolaire. 25 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semiconductrice est InPxks^_x avec 1,003 x^. 0,75. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semiconductrice est In-Jj-a. Sb où y est compris j i —y dans les limites 0,05 s J s- 0,30. 30 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le dispositif destiné à régler le courant qui circule entre la cathode et l'anode comprend un dispositif destiné à assurer l'établissement d'une densité de courant dans la région de l'anode, supérieure ou analogue à la densité de courant 35 dans la région de la cathode. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que la surface de contact entre la cathode et le morceau de matière BAD ORIGINAL 71 14234 17 2092073 semiconductrice est supérieure à la surface de contact entre l'anode et le morceau de matière semiconductrice. 6. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'anode comprend une région de matière semiconductrice 5 dopée telle que le dopage est réparti de façon inhomogène. 7. Dispositif selon la revendication 4» caractérisé en ce que la matière semiconductrice a une forme de coin dont le sommet est voisin de l'anode. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 7, caractérisé en ce que le morceau de matière-semiconductrice con- 16 3 tient moins de 10 impuretés par cm . 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que la distance entre l'anode et la cathode est à peu près égale ou eBt inférieure à 500p..