Brevet FR2075896A1 — publié le 19711015

La présente invention concerne un transistor à effet de champ du type à enrichissement, constitué par un substrat semiconducteur du premier type et deux électrodes principales, disposées sur ce substrat, formant les jonctions et entre lesquelles est disposée une électrode de commande ou grille de surface finie et séparée du substrat semiconducteur par une couche isolante. Les transistors à effet de champ sont du type à enrichissement quand le canal n'apparaît que par application d'une tension finie entre la grille et l'électrode de source, par inversion par exemple de la couche superficielle du substrat semiconducteur, entre les électrodes principales. Le transistor à effet de champ à grille isolée est souvent appelé transistor à effet de champ MOS, car un oxyde du matériau semiconducteur est généralement utilisé comme couche isolante, entre le substrat semiconducteur et la grille métallique. Un transistor à effet de champ MOS est généralement constitué par un substrat semiconducteur "du premier type, dans lequel deux régions du second type sont introduites par une face et avec un écartement donné, pour constituer les électrodes de source et de drain. La face du substrat semiconducteur comportant les régions de source et de drain est recouverte par une couche d'oxyde, utilisée de façon connue comme masque pour la diffusion des deux régions du second type. Après la diffusion, des ouvertures sont réalisées dans la couche d'oxyde, au-dessus des deux régions diffusées, pour la misé en place de contacts sans jonction sur ces deux zones. Ces contacts sont souvent appelés aussi électrodes principales du transistor. L'intervalle entre les deux régions diffusées demeure recouvert par cette couche isolante par exemple ou reçoit une autre couche isolante sur laquelle est disposée la grille métallique de surface finie. Les jonctions pn formées par les régions de source et de drain s'étendent généralement sous la couche isolante portant la grille. Dans tous les transistors à effet de champ à grille isolée du type à enrichissement connus, la grille recouvre au moins l'ensemble du domaine superficiel de la couche isolante compris entre les jonctions des régions de source et de drain. On croyait en effet jusqu'à présent devoir d'abord rendre conducteur tout l'espace intermédiaire, lors de l'application d'une tension entre les électrodes de grille et de drain. Dans de nombreux cas, la grille recouvre même les jonctions entourant 70 46905 2 2075896 les régions de source et de drain, car les jonctions se terminent sous la couche d'oxyde et cette dernière est entièrement recouverte par la grille entre les deux électrodes principales. Les transistors à effet de champ connus présentent toujours entre les régions de grille et de drain une capacité de réaction trop élevée pour de nombreuses applications. L'invention vise à améliorer les transistors à effet de champ et à réduire l'influence de la réaction dans un transistor à effet de champ du type à enrichissement. Selon une caractéristique essentielle de l'invention, la grille de surface finie n'est pas adjacente à la jonction formée par une électrode principale et ne la recouvre pas, mais s'arrête à une distance déterminée de cette jonction. Le transistor à effet de champ du type à enrichissement fonctionne par accroissement du nombre de porteurs de charge dans le canal, entre la source et le drain. L'application d'une tension de commande à la grille doit enrichir le canal en porteurs de charge nécessaires au transport du courant. Il n'y a pas de canal pour une tension de commande nulle. La jonction pn étant en outre bloquée entre le drain et le substrat semiconducteur, aucun courant ne circule entre le drain et l'électrode de source pour une tension de commande nulle, à l'exception des courants résiduels. Les électrodes principales formant les jonctions ou, en d'autres .termes, les régions de source et de drain sont constituées de préférence par des régions du second type, introduites par une même face dans le substrat semiconducteur du premier type. Les régions de source et de drain sont produites de préférence par diffusion d'impuretés. Il est toutefois possible aussi de remplacer les régions diffusées de drain et de source par des contacts métalliques à effet redresseur. De tels contacts sont souvent appelés aussi contacts de Schottky. La distance entre la grille et les Extrémités d'une électrode principale formant la jonction est choisie de préférence pour que le transistor présente les mêmes caractéristiques qu'un transistor à effet de champ à grille isolée de type usuel, à partir d'une tension de pincement déterminée entre les deux électrodes principales. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'un exemple de réalisation et du dessin annexé sur lequel : 70-46905 3 2075896 la figure 1 représente un transistor à effet de champ à grille isolée selon l'invention et la figure 2 représente les caractéristiques d'un tel transistor. Le substrat semiconducteur 1, représenté à la figure 1, est par exemple en silicium et de type p. Deux régions 2 et 3 de type n+ sont diffusées, avec un écartement donné, dans ce substrat, par une face recouverte d'une couche d'oxyde 4 formant masque. La région 3 constitue la source et la région 2 le drain. Les deux régions sont munies d'un contact 5 ou 6. Entre les deux régions 2 et 3, la surface du semiconducteur porte la couche isolante 4, qui recouvre le canal 9 et sur laquelle est disposée la grille 7. Cette grille se termine à une distance déterminée a de la jonction entourant la région de drain 2, en l'absence de tension U^g. L'application à la grille 7 d'un potentiel positif par rapport à l'électrode de source 6 forme un canal n 9 sous la couche d'oxyde. Ce canal part de la région de source 3 et se rétrécit vers la région de drain 2. Cette forme de délimitation du canal résulte de la chute de tension dans ce dernier. La tension , faisant circuler le courant de drain 1^ dans le canal, est appliquée entre les électrodes de drain et de source. Cette tension entre les électrodes principales produit autour de la région de drain 2, sollicitée dans le sens inverse, un domaine 8 sans charge d'espace, délimité par la cuurbe en pointillé. Le transistor à effet de champ représenté fonctionne de la façon désirée quand la couche d'inversion 9 et la région 8 à charge d'espace se rejoignent ou se recouvrent. Les électrons atteignant dans ce cas l'extrémité du canal, sur le bord de la région 8 à charge d'espace, sont alors transportés vers l'électrode de drain par le champ électrique dans la région à charge d'espace. La grille peut pour cette raison être raccourcie selon l'invention, au voisinage de la région de drain. La tension de pincement U nécessaire, à partir de laquelle le composant selon l'invention présente les mêmes caractéristiques que les transistors à effet de champ connus, est déterminée par la tension pour laquelle la région à charge d'espace rejoint le canal d'inversion, pour une tension de commande donnée. Il est par suite possible de choisir la distance a de façon que la liaison entre la région à charge d'espace et la couche d'inversion se produise pour une tension de pincement désirée. La figure 2 représente les caractéristiques des transistors à effet 70 46905 4 2075896 de champ selon l'invention. Les caractéristiques b en tirets sont celles de transistors sans grille raccourcie. Les caractéristiques c sont par contre celles de transistors à grille raccourcie. Ces caractéristiques sont plus ou moins inclinées et l'influence de la réaction est fortement réduite, pour des paramètres en courant alternatif comparables par ailleurs à ceux des transistors usuels. En résumé, l'invention a pour objet un transistor à effet de champ dans lequel l'extension de la grille métallique sur la couche isolante située au-dessus du canal est limitée dans le domaine adjacent à l'électrode de drain, de façon que le transistor fonctionne à partir d'une tension U^g donnée comme un transistor à effet de champ MOS dont la grille recouvre la région de drain ou est contiguè* à cette dernière. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au dispositif qui vient d'être décrit uniquement à titre d'exemple non limitatif, sans sortir du cadre de l'invention. 70 46905 5 2075896 Revendications 1. Transistor à effet de champ du type à enrichissement, constitué par un substrat semiconducteur d'un premier type et deux électrodes principales, disposées sur ce substrat, formant les jonctions et entre lesquelles est disposée une grille de surface finie et séparée du substrat par une couche isolante, ledit transistor étant caractérisé en ce que la grille de surface finie n'est pas contiguè" à la jonction formée par une électrode principale et ne la recouvre pas, mais s'arrête à une distance donnée de cette jonction. 2. Transistor à effet de champ selon revendication 1, caractérisé en ce que la distance entre la grille et les extrémités d'une électrode principale formant la jonction est choisie de façon que le transistor présente les caractéristiques d'un transistor à effet de champ à grille isolée du type usuel, à partir d'une tension de pincement déterminée entre les électrodes principales. 3. Transistor à effet de champ selon revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la couche isolante entre le substrat semiconducteur et la grille est en dioxyde de silicium. 4. Transistor à effet de champ selon une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les électrodes principales formant les jonctions sont constituées par deux régions du second type, introduites dans le substrat semiconducteur et disposées sur une face de ce dernier.