Brevet FR2085407A1 — publié le 19711224

208.5407 La présente invention concerne un dispositif électronique du type transistor comprenant, dans un corps semi-conducteur, une région de base d'un premier type de conduction et des régions d'émetteur et dé collecteur du type 5 de conduction opposé, formées l'une à côté de l'autre dans ladite région de base et portant, comme celle-ci, des contacts disposés sur une face dudit corps qu'elles affleurent. On sait que les circuits de régulation ou de commutation comportant un transistor nécessitent généralement, 10 pour ce transistor, deux états de fonctionnement aussi différenciés que possible : l'un à tension de collecteur élevée et courant de collecteur faible, l'autre à tension de collecteur faible et courant de collecteur élevé, c'est-à-dire respectivement un état à haute impédance ou bloqué et un état à basse impédance 15 ou conducteur. Cependant, certaines applications de régulation ou de commutation, notamment en logique ternaire, nécessitent un nombre d'états de fonctionnement supérieur à deux. Jusqu'à présent, dans ce dernier cas, on utilise un certain nombre de transistors présentant chacun une tension 20 de seuil de déclenchement différente de celles des autres. Ceci présente 1'inconvénient non seulement de multiplier le nombre de transistors mais également celui des connexions et, si l'ensemble est intégré, d'avoir un dispositif de dimensions plus importantes et plus difficile â réaliser. De plus, le fait 25 d'augmenter le nombre de composants accroît d'autant les possibilités de perturbations ou-de détériorations des circuits et, par conséquent, en diminue la fiabilité. On sait également qu'il est souhaitable de disposer, dans le domaine des circuits analogiques, de circuits amplifi-30 cateurs à deux états d'amplification. L'idée de base de la présente invention est que la profondeur de la zone désertée située de part et d'autre de la jonction collecteur-base d'un transistor polarisée en inverse varie avec la valeur de la tension de polarisation. 35 Selon la présente invention, le dispositif électro nique du type transistor comprenant, dans un corps semiconducteur, une région de base d'un premier type de conduction et des régions d'émetteur et de collecteur du type de conduction opposé, formées l'une à côté de l'autre dans ladite région de 40 base et portant, comme celle-ci, des contacts disposés sur une 70 13973 2 2085407 face dudit corps, qu'elles affleurent, est caractérisé en ce qu'il comporte au moins un domaine du même type de conduction que le collecteur, disposé au voisinage de celui-ci et séparé de lui par de la matière semi-conductrice de la région de base 5 de façon que pour une valeur de la tension de polarisation de la jonction collecteur-base supérieure à une certaine valeur de seuil, la zone désertée de cette jonction atteigne ledit domaine. De préférence, ledit domaine du même.type de 10 conduction que le collecteur est situé, en profondeur, sous ledit collecteur et aussi sous l'émetteur et la plage de contact de base. Ainsi, l'émetteur, le collecteur et la portion de base disposée entre ceux-ci, constituent un transistor latéral 15 à faible gain. Si une tension adéquate est appliquée sur l'émetteur et, peur une valeur de la tension de polarisation inverse de la jonction collecteur-base inférieure à ladite valeur de seuil, le fonctionnement du dispositif se réduit à celui de ce transistor latéral à faible gain. Seule est active 20 dans ce cas, la partie latérale de la jonction collecteur-base disposée en regard de l'émetteur. En revanche, l'émetteur, le domaine de même type de conduction que le collecteur et la portion de base disposée entre ceux-ci constituent un transistor transversal à gain élevé. 25 En effet, si une tension adéquate est appliquée sur-I-5émetteur et pour une valeur élevée de la tension de polarisation inverse de la jonction collecteur-base supérieure à ladite valeur de seuil, la zone de base située entre le collecteur et ledit domaine est entièrement désertée et le domaine situé en profon-30 deur, dont le potentiel est flottant, est porté, approximativement au même potentiel que le collecteur .et est électriquement relié à ce dernier. Par suite, le dispositif selon l'invention fonctionne alors, à la fois comme un transistor latéral et comme un transistor transversal et présente ainsi un gain élevé puisque 35 tous les porteurs émis par l'émetteur sont alors captés par le collecteur.ce qui n'est pas le cas lorsque le transistor latéral fonctionne seul. . Par conséquent, un. tel dispositif détermine deux réseaux de caractéristiques différents dans le diagramme donnant 40 le courant de collecteur le en fonction de la tension BAD ORIGINAL 70 13973 3 2085407 entre collecteur et émetteur pour un courant de base constant. Ces deux réseaux correspondent à deux états conducteurs présentant un gain différent, le premier état conducteur étant limité, d'une part, par la valeur nulle de la tension et par la tension 5 de seuil par laquelle le gain passe d'une valeur faible à une valeur élevée et le second état conducteur éteint limité, d'autre part, par la même tension de seuil et par la tension de claquage collecteur-émetteur. De ce fait, le dispositif selon l'invention présente 10 trois états stables, l'un bloqué, l'un faiblement conducteur et l'autre fortement conducteur, ce qui est particulièrement avantageux dans certains circuits de commutation, notamment dans les dispositifs à mémoire ou dans des ensembles faisant appel au système logique ternaire. 15 En effet, un dispositif utilisant des transistors selon l'invention permet orne diminution notable des composants et des connexions, donc une diminution de l'encombrement et une augmentation de la fiabilité. Il permet aussi de réaliser une porte amplificatrice à deux entrées séparées sans inversion de 20 polarité, et des amplificateurs à deux états d'amplification. De préférence, le domaine de même type de conduction que le collecteur est formé par une couche incluse ou enterrée réalisée entre un substrat du premier type de conduction et une couche épitaxique du même type de conduction. 25 On peut créer un chemin de conduction pour relier cette couche enterrée à la surface, mais on peut également laisser la couche profondément enterrée sans liaison à aucune zone superficielle, ce qui, compte tenu du fait que cette zone enterrée est à potentiel flottant, permet d'éviter les problèmes 30 de surface. Le domaine de même type de conduction que le collecteur peut aussi être disposé de manière à affleurer la face du corps semi-conducteur opposée à la face portant les plages de contacts. 35 Le contact de base peut être disposé entre le contact d'émetteur et le contact de collecteur; toutefois, de préférence, le contact d'émetteur est disposé entre le contact de collecteur et le contact de base, ce qui présente l'avantage de permettre de donner une plus grande minceur à la région de 40 base comprise entre émetteur et collecteur du transistor latéral. 70 13973 4 2085407 De plus, le collecteur peut avoir la forme approximative d*un anneau entourant l'émetteuy et on peut placer le contact de base à l'extérieur de la couronne. On obtient ainsi pour le transistor latéral un gain en courant p voisin de 1. La région d'émetteur peut être obtenue par une diffusion à concentration élevée d'une impureté donnant le type opposé de conduction effectuée à partir de la face active du dispositif. Dans ces différentes formes de réalisation, un transistor selon l'invention peut être intégré dans un ensemble monolithique et être réalisé simultanément à d'autres éléments actifs ou passifs dudit ensemble. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple, non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 montre, en coupe schématique, un transistor selon l'invention. La figure 2 montre, en coupe schématique, une variante de réalisation du transistor selon l'invention. La figure 3 représente un réseau de caractéristiques d'un transistor selon l'invention, caractéristiques qui montrent les variations du courant de collecteur en fonction de la tension collecteur-émetteur, lorsque le courant de base est constant. La figure 4 représente le schéma d'un circuit amplificateur comprenant un transistor selon l'invention. Il est à noter que les dimensions sur le dessin sont considérablement exagérées et non proportionnées afin de le rendre plus clair, La description du fonctionnement du dispositif selon l'invention est faite à propos d'un transistor de type PNP, mais il est bien évident que l'invention concerne également un transistor de type NPN. Le transistor selon l'invention montré par la figure 1, comporte un substrat 1 de type N portant une couche épitaxiale 2 de type N également, entre lesquels on a créé une zone incluse ou enterrée C' de type P, séparée de la couche 2 par une jonction J1. Cette zone C' est destinée à jouer le rôle 70 13973 5 2085407 (en coopération avec l'îlot C, voir ci-dessous) de • collecteur pour le transistor transversal mentionné ci-dessus. Dans la couche épitaxiale on a créé un îlot profond C de type P, séparé de la couche 2 par une 5 jonction qui est destiné à jouer le rôle de collecteur du transistor latéral défini ci-dessus et xm îlot E de + * » type P séparé de la couche 2 par une jonction , et qui joue le rôle d'émetteur. Sur la figure, on a représenté l'émetteur E au voisinage du collecteur C, afin d'obtenir, 10 pour le transistor latéral, aine valeur relativement élevée du gain p d'amplification en courant. Dans ce transistor, la base B est formée par la couche 2 et le contact de base est représenté en SB* Les contacts d'émetteur et de collecteur sont désignés respectivement 15 par S-g et par Sç. Dans le mode de réalisation montré par la figure 2, on retrouve les mêmes éléments, portant des références identiques. Toutefois,.dans ce transistor, la région de collecteur C a la forme d'un anneau entourant l'îlot 20 d'émetteur E. Ainsi, on peut obtenir pour le transistor latéral un coefficient d'amplification p voisin de 1• lors du fonctionnement d'un tel transistor, une tension de polarisation inverse est appliquée entre la base B et le collecteur C, par l'intermédiaire des 25 contacts S-g et Sq, tandis que la jonction émetteur-base est polarisée en sens direct par l'intermédiaire d'une source reliée aux contacts Sg et Sg. Lorsque la tension appliquée entre les contacts Sq et S-g est faible, la zone désertée située de part et 30 d'autre de la jonction s'étend dans la base sans atteindre toutefois la jonction . Dans ce cas, les porteurs émis par l'émetteur ne sont captés que par la partie latéralo de la jonction Jg» le gain de courant étant alors faible. 35 Les variations de courant du collecteur XC en fonction de la tension entre collecteur et émetteur, dans ce régime de fonctionnement, correspondent sur la figure 3, aux courbes (dont chacune est tracée pour un courant de base constant) situées à gauche de 40 la tension Vg. 70 13973 6 2085407 Lorsque la tension de polarisation collecteur-base VCE atteint une valeur Vg, dite tension de seuil, pour laquelle la zone désertée autour de la jonction J2 entre en contact avec la jonction , les régions C* et C sont renées électriquement. 5 La. surface de jonction collecteur-base devenant ainsi très importante, tous les porteurs émis par l'émetteur sont captés, ce qui entraîne un gain élevé illustré, sur la figure 3, par les courbes situées dans la région à droite de la tension Vg. Cette région est seulement limitée supérieurement par la tension 10 de claquage collecteur-émetteur V^. Le transistor selon l'invention présente donc deux états conducteurs différents (d'un côté ou de l'autre de la tension Vg) parfaitement stables qui, ajoutés à l'état bloqué de tous les transistors, augmentent considérablement les possibili-15 tés d'utilisation en commutation. L'expérience montre que lorsque VçE est inférieure à Vs, le gain (3^ du dispositif est de l'ordre de 1 tandis que, suivant les dimensions respectives de l'émetteur et du collecteur, lorsque VCE est supérieure à Vs, le gain P2 peut avoir une valeur 20 variant de 10 à 100. Le transistor selon l'invention peut être obtenu selon les procédés connus de fabrication des transistors. Sur les figures 1 et 2, les couches superficielles d'oxyde, conséquentes aux diverses opérations thermiques, ne sont pas représentées. 25 De même, il n'est pas fait allusion à ces couches protectrices au cours de la description de cette fabrication, car la formation de telles couches et l'ouverture de.fenêtres aux emplacements désirés sont des opérations systématiques précédant toute opération de diffusion effectuées selon des■techniques connues, 30 De même, il n'est pas fait allusion ci-dessous aux opérations de dépôt ou de prédiffusion de l'impureté que l'on veut faire diffuser, étant entendu que les opérations de diffusion sont le plus souvent, sauf spécifications contraires, précédées d'un dépôt de prédif'fusion. 35 Sur un substrat semi-conducteur 1, par exemple de silicium dopé de type de conduction N et de résistivité de l'ordre de 0,5 n.cm, on réalise par diffusion localisée d'impuretés de bore, un îlot C' de type de conduction P. Sur la surface A du substrat 1, y compris sur l'îlot C, on fait croître 40 par épitaxie une couche 2 de type de conduction N et d'épaisseur 70 13973 7 2085407 égale à 10p, . A partir de la face externe de ladite couche 2 on effectue par diffusion localisée d'une part un îlot C de type P, dopé au bore et, d'autre part, l'îlot E, de type P+. A la suite des divers traitements thermiques l'îlot C' a pris 5 sa forme définitive représentée sur les figures 1 et 2. L'épaisseur de l'îlot E est de l'ordre de 3 p. et celle de l'îlot C de 4jj. . Dans ce cas, compte tenu de l'épanouissement de la couche C', on peut estimer à 1p. la distance séparant les deux régions de collecteur C et C'. 10 Les plages de contact SE, SB, Sç agencées respecti vement sur l'émetteur, la base et le collecteur superficiel sont réalisées suivant les techniques classiques de métallisation. Dans le cas où le transistor selon l'invention doit être intégré, il y a lieu de prévoir des cloisons d'isolement; 15 c'est pourquoi le volume du matériau constituant la plaquette peut, par exemple, être réalisé par double épitaxie sur un substrat d'un type de conduction opposé à celui des couches épitaxiques, de manière à pouvoir réaliser dans ces dites couches des îlots d'isolement suivant une méthode bien connue 20 des spécialistes. La couche enterrée de collecteur est alors créée entre les deux lits épitaxiques. Les autres opérations, notamment la réalisation de l'émetteur et des diverses régions de collecteur, restent identiques à celles précédemment décrites, mais peuvent être 25 partiellement effectuées simultanément à l'élaboration des cloisons d'isolement. La figure 4 représente un circuit amplificateur réalisé avec un transistor T selon, l'invention dans le circuit de collecteur C duquel on a. inséré une résistance R, reliée à 30 une tension d'alimentation e. L'émetteur E est relié à la masse, un signal à amplifier ib,étant appliqué sur la base B et la tension de sortie Us, dont la composante alternative est us, étant prélevée entre collecteur et masse. On polarise la base B avec urL courant fixe IF. Si 35 ic est la composante alternative du courant de collecteur us = R.ic = R.ib p quelle que soit la valeur de p. Si la tension du collecteur VB est inférieure à la tension de seuil Vg, la valeur p^ de p est faible, tandis que 40 si la tension sur le collecteur Vfî est supérieure à la tension 70 1397 3 8 2085407 de seuil Vs, la valeur P2 de p est forte. On dispose donc de deux états d'amplification différents que l'on peut commander à volonté. Le dispositif a donc trois états stables dont l'un 5 sans débit, le second avec un débit faible le troisième avec un débit élevé. Il est à noter que, pour deux états d'amplification, la polarité du collecteur est la même et qu'il est facile de passer d'un état à l'autre. Ce dispositif peut servir aussi de porte amplifi-10 catrice, ou de porte à deux entrées séparées» fonctions qui nécessitaient précédemment plusieurs transistors et réalisées, selon l'invention, avec un seul. Il est à remarquer que ce transistor dont la fabrication est compatible avec la technique planar est facile-15 ment intégrable dans les ensembles monolithiques. 70 13973 9 2085407 REVENDICATIONS 1.- Dispositif électronique du type transistor comprenant, dans un corps semi-conducteur, une région de base d'un premier type de conduction et des régions d'émetteur et de 5 collecteur du type de conduction opposé, formées l'une à côté de l'autre dans ladite région de base et portant, comme celle-ci, des contacts disposés sur une face dudit corps qu'elles affleurent, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un domaine du même type de conduction que le collecteur, disposé au voisinage 10 de celui-ci et séparé de lui par de la matière semi-conductrice de la région de base de façon que pour une valeur de la tension de polarisation de la jonction collecteur-base supérieure à une certaine valeur de seuil, la zone désertée de cette jonction atteigne ledit domaine. 15 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le domaine de même type de conduction que le collecteur est situé, en profondeur, sous ledit collecteur. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le domaine de même type de conduction que le collecteur 20 est situé, en profondeur, au moins sous le collecteur, sous l'émetteur et sous le contact de base. 4.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact de base est disposé entre le collecteur et l'émètteur. 25 5.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le contact de base est disposé à l'extérieur de la portion de base comprise entre le collecteur et l'émetteur. 6.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur a la forme approximative d'un anneau 30 entourant l'émetteur. 7.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le collecteur a, à partir de ladite face du corps semi-concucteur, une profondeur supérieure à celle de l'émetteur. 8.-Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 35 en ce que le domaine de même type de conduction que le collecteur est une zone incluse ou enterrée dans le corps semi-conducteur. 9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que la zone incluse est reliée à l'une des faces du corps semi-conducteur par un chemin de conduction. 40 10.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé 70 13973 10 2085407 en ce que le domaine de même type de conduction que le collecteur affleure la face du corps semi-conducteur opposée à celle portant lesdits contacts. 11.- Procédé de réalisation d'un dispositif selon l'une 5 quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que dans un substrat de premier type de conduction on forme, par diffusion à travers une de ses faces, un domaine du type de conduction opposé, après quoi on dépose, par épitaxie, sur ladite face du substrat et sur ledit domaine, une couche semi-conductrice dudit 10 premier type de conduction destinée à former la base, puis l'on forme par diffusion, dans la coucïie épitaxique, les régions d'émetteur et de collecteur de type de conduction opposé. 12.- Appareil électronique comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10. 15 13.- Appareil selon la revendication 12 et destiné à amplifier un signal électrique, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dont 3'émetteur est à un potentiel fixe et dont la jonction base-collecteur peut être polarisée soi.t. en dessous, soit au-dessus de 20 ladite tension de seuil, le signal à amplifier étant appliqué sur la base et le signal amplifié étant recueilli sur le collecteur. 14.- Circuit intégré comportant au moins un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10.