Brevet FR2093941A1 — publié le 19720204

71.19240 i 2093941 La présente invention se rapporte à des transis cors à effet ae champ à électrode de commande ou à "grille" isolée ayant un gain variable et concerne plus particulièrement les transistors de ce genre dans lesquels le gain est fonction de la tension de drain. 5 Un transistor à effet de champ à grille isolée typique comprend une région de source et une région de drain ayant un premier mode de conduction formées dans un substrat ayant un second mode de conduction de façon à produire une région de canal entre elles, une électrode de commande appelée "grille" étant disposée au-dessus du ca-10 nal dont elle est séparée par une couche de matière isolante. Etant donné que le canal a un mode de conduction différent, il ne circule qu'un courant faible, sinon nul, initialement entre la source et le drain et la conduction du canal est déterminée par la polarisation appliquée à la grille qui s'étend au-dessus de celui-ci. Dans un 15 transistor du type à "enrichissement", le canal n'est pas conducteur quand la polarisation est nulle et ne devient conducteur que lôrsqu' une polarisation suffisante a été appliquée pour former sous l'isolant une couche d'inversion du premier mode de conduction, les régions de source et de drain sont alors reliées par cette mince cou-20 che d'inversion qui a le même mode de conduction qu'elles. Un signal appliqué sur la grille détermine l'existence et la grandeur de la couche d'inversion, de sorte qu'en fait cette grille règle ou commande la circulation du courant dans le canal. Le gain d'un transistor à effet de champ à grille isolée est 25 principalement lié à sa transconductance qui se définit comme le rapport de la variation du courant de drain circulant dans le canal sur la variation de la tension de grille, à tension de drain constante; et son gain est donné par une courbe représentant la transconductance en fonction de la tension de grille. La plupart des 30 transistors ont une courbe de gain "rectiligne" exprimant que la transductance est une fonction linéaire de la tension de grille. Par contre, les transistors à gain variable sont, intentionnellement, conçus pour obtenir une courbe caractéristique de gain plus avantageuse que celle du transistor normal. En général, la structure des 35 transistors est étudiée pour que leur transconductance puisse être réglée en faisant varier la tension de polarisation. .Dans les transistors à gain variable précédents, on prévoyait 71 19240 2 2093941 'tuas régulation de la tension de polarisation appliquée à la grille et, ainai, le gain était fonction de catts tenrion de grille. La grille était choisie pour produire le gain variable à cause de sa résistance d'entrée élevée par suite de laquelle elle ne consommait 5 pas de courant continu et, en conséquence, aucune énergie ne devait être consommée pour régler la tension de grille. Toutefois, dans 1' état actuel de la technique, de tels transistors sont difficiles à fabriquer et ne sont que médiocrement reproductibles. Dans la pratique, le gain variable est réalisé en modifiant l1 10 isolant, la grille ou le canal des transistors de manière qu'une augmentation donnée de la tension de grille produise une augmentation différente du courant de drain et de la transconductance selon sa valeur. C'est ainsi, par exemple, que dans un type de transistor connu, la variation de gain est obtenue en faisant varier l'épais-15 seur de la couche isolante située sous la grille, le long de la Ion-, gueur de celle-ci, de sorte que le pourcentage de la grille qui est activé augmente avec la tension de grille- En général, cette couche isolante est fabriquée en déposant et en décapant un grand nombre de couches d'oxyde successives superposées de façon à produire un iso-20 lant à gradins multiples le long de la région de canal. Bien que ce procédé permette de produire une souche isolante appropriée, il a le défaut d'exiger de nombreuses étapes supplémentaires de dépôt et de photodécapage. Ces étapes supplémentaires prennent tant de temps et sont si coûteuses qu'il n'a pas été possible, pour des rai-25 sons économiques, de poursuivre la fabrication de ces transistors. Dans un type de transistor similaire, le gain variable est obtenu en utilisant un certain nombre de matières isolantes différentes pour les différentes parties ce l'isolant s'étendant le long de la grille. Ces transistors sont difficiles à fabriquer pour des rai-30 sons analogues à celles indiquées ci-dessus, et notamment, du fait du nombre limité d1 isolants pouvant être utilisés à cause de leurs constantes diélectriques, de leurs résistances diélectriques, de leurs coefficients de dilatation et par suite de l'absence d'une technique appropriée pour les déposer et les décaper ensuite. En con-35 séquence, il est difficile de fabriquer de tels transistors et cette fabrication ne peut pas être réalisée dans des conditions économiquement acceptables. 71 19240 3 2093941 Dans un autre type de transistor, le gain variable est obtenu en modifiant la conductivité de la région de canal, le long de sa longueur. Toutefois, cette modification est très difficile à réaliser avec précision en raison des caractéristiques inhérentes du tran-5 sistor. En particulier, la région de canal a une épaisseur inférieure à 100yu et une très faible conductivité. En conséquence, le contrôle d'une région à haute résistance aussi mince est irréalisable dans l'état actuel de la technique et les transistors résultants sont instables et ne sont que médiocrement reproductibles. 10 Dans un autre type de transistor, on modifie la forme de la grille afin de produire une voie de conduction de courant élargie entre les régions de source et de drain. Toutefois, en raison des limitations inhérentes à l'état actuel de la technique des semiconducteurs, on n'obtient ainsi qu'une variation de gain très faible et 15 qui n'a qu'une utilité' pratique très réduite. On voit donc qu'il existe à l'heure actuelle un besoin pour un transistor à gain variable pouvant être fabriqué de manière simple et dans des conditions économiques, et qui assurerait une grande variation de gain jointe à une bonne reproductibilité. L'invention se propose d'apporter un 20 tel transistor. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressorti-ront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d' exemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : 25 - la fig.l est une vue en perspective d'un transistor à gain variable conforme à l'invention, - la fig.2 est une vue en plan du transistor de la fig.l, - la fig.3 est une vue en perspective d'un autre transistor conforme à l'invention, 30 - les fig.4, 5 et 6 sont des graphiques montrant les courbes caractéristiques du transistor des fig.l et 2, et - la fig.7 est une vue en plan d'un autre transistor selon l'invention. En se référant aux fig.l et 2, on voit un premier mode de réa-35 lisation d'un transistor à effet de champ à électrode de commande ou à "grille" isolé 10 conforme à l'invention. Ce transistor 10 est représenté schématiquement comme faisant partie d'un circuit intégré; 71 19240 4 2093941 toutefois, il peut aussi être fabriqué sous la forme d'un composant discret, le cas échéant. Le transistor 10. comprend un corps de ma-rière semiconductrice 12 ayant un certain mode de conduction et possède une région de source 14 et de drain 16 ayant un second mode de 5 conduction. Dans le présent transistor 10, le corps semiconducteur 12 est du type "p" tandis que les régions-de source et de drain 14 et 16 sont du type n+. Les régions 14 et 16 définissent les extrémités d'un certain nombre de voies de circulation de courant dont on peut faire varier la conduction, voies qui ensemble, constituent la 10 région de. canal 18. Une électrode de commande ou une "grille" 20 est placée au-dessus de la région de canal 18 dont elle est séparée par un isolant 22. Des contacts ohmiques 24 et 26 sont établis le long des régions de source et de drain 14 et 16 et sont généralement faits de la même matière que la grille 20. 15 Le gain variable est obtenu grâce à un espacement variable en tre la grille 20 et la région de drain 16 suivant une direction parallèle à celle des voies de circulation de courant de la région de canal 18 veis le drain 16. Cet espacement variable apparaît clairement sur la fig.2 qui est une vue en plan du transistor 10 de la fig.l. 20 La direction du courant dans la région de canal 18 est indiquée schématiquement par une voie de circulation de courant typique 28 et s'étend du bord de la région de source 14 au bord adjacent de la région de drain 16. La forme de la région de drain 16 et celle de la grille 20 sont étudiées pour que la grille 20 ait une largeur infé-25 rieure à la longueur de certaines, au moins, des voies de conduction 28 sousjacentes. De plus, la grille 20 est espacée du bord du drain 16 dLune distance 29 qui varie le long de la longueur de ce drain 16. Dans le présent transistor 10, le bord intérieur de la région de drain 16 détend suivant un certain angle par rapport au bord inté-30 rieur de la région de source 14 afin de produire une région de canal 18 ayant une largeur variable. Comme le montre la fig.l, une couche isolante 22 est disposée au-dessus de toute la région de canal 18; le long d'une partie de la longueur de la région de canal 18,1a grille 20 n'est disposée qu'au-dessus d'une partie de la largeur de 35 la région de canal avec son bord "drain" adjacent et parallèle à la région de source 14. Ainsi, la grille 20 n'est pas disposée au-des-sus d'une partie, au moins, de la région de canal 18, près de la ré 71 19240 5 2093941 gion de drain 16 et est espacée de la région de drain 16 d'une distance 29 qui varie le long du drain. Par suite de l'espacement variable entre la grille 20 et la région de drain 16, une tension de drain différente est nécessaire 5 ,pour établir la conduction le long des différentes voies de circulation de courant 28, avec la même tension de grille. ïàtant donné que la grille 20 n'est pas aussi large que certaines voies de conduction 28 au moins, elle n'est pas aussi efficace par elle-même, pour rendre ces voies 28 conductrices, car elle n'a que peu d'effet 10 sur les parties espacées 29 des voies de conduction 28. Dans ces voies, la conduction est déterminée par la grandeur de la tension de drain et par la région appauvrie résultante qu'elle crée dans le canal 18. Lorsque la tension de drain augmente la largeur de la région appauvrie augmente et rejoint davantage de voies de circulation de 15 courant sous la grille- 20. Ainsi, un plus grand pourcentage du canal 18 devient conducteur lorsque la tension de drain augmente; et, par conséquent, comme le montre la fig.4, le courant de drain augmente avec les tensions de drain,, pour une tension de grille donnée; alors que le courant de drain d'un transistor normal arrive rapidement à 20 la saturation et cess'e d'augmenter avec la tension de drain. Toutefois, le courant de drain est aussi fonction de la tension de grille, comme l'illustrent les fig.4 et 5- Gomme le montre la fig. 5, «pi es~t un graphique traçant, la courbe du courant de drain en fonction de la tension de grille pour deux tensions de drain diffé-25 rentes, le courant de drain augmente avec la tension de grille; et il augmente plus vite aux tensions de drain élevées qu'aux tensions de drain relativement basses. Eg. conséquence, la transconductance et le gain du transistor 10 sont aussi fonction de la tension de drain et de la tension de grille. Oeci est illustré sur la fig.6 où on a 30 tracé la courbe de la transconductance en fonction de la tension de grille pour deux tensions de drain différentes. Comme le montre la fig.6, pour une tension de drain donnée, la transconductance augmente avec la tension de grille et toute une famille de courbes de gain peut être tracée en faisant varier la tension de drain. 35 La vitesse d'augmentation du courant de drain et le gain du transistor dépendent de 11èspacement entre la grille 20 et la région de drain 16. Dans le présent transistor 10, comme le montre claire 71 19240 6 2093941 ment la fig.2, l'espacement 29 entre la grille 20 et le drain 16 varie suivant une loi linéaire le long de la longueur du drain. Ainsi, le courant de drain augmente linéairement avec l'extension de la région appauvrie. Toutefois, la région appauvrie n'augmente que comme 5 la racine carrée de la tension de drain de sorte que, comme le montre la fig.4, le courant de drain augmente plus lentement aux tensions de drain élevées. L'espacement linéaire entre 3.es régions de grille et de drain peut aussi être obtenu avec le transistor 40 représenté sur la fig. 10 0e transistor 40 est identique au transistor 10 de la fig.l et comporte une région de source 42 et une région de drain 44 définissant un canal 46 avec une grille 48 espacée du canal 46 par un isolant 50. Toutefois, la forme de la grille 48 et celle du drain 44 sont contraires de celle du transistor 10. En effet, dans ce mode 15 de réalisation, les régions de source 42 et de drain 44 sont parallèles et définissent un canal 46 ayant une largeur uniforme; toutefois, la grille 48 est espacée obliquement par rapport au bord du drain 44 et n'est pas aussi large que certaines, au moins, des voies de conduction de courant sousjacentes. Ainsi, la grille 48 est éga-20 lernent espacée du drain 44 dans une direction parallèle aux voies de conduction de courant avec un espacement qui varie linéairement le long de la longueur dudit drain 44. D'autres espacements source-drain peuvent aussi être produits quand des caractéristiques électriques différentes sont recherchées. 25 C'est ainsi, par exemple, que quand on désire obtenir une augmentation élémentaire plus grande du courant de drain aux tensions élevées, le transistor peut être fabriqué comme le montre la fig.7.Dans celui-ci, l'espacement variable entre les régions de grille et de drain est incurvé. Plus précisément, l'augmentation élémentaire d' 30 espacement décroît à mesure que cet espacement augmente. Ainsi, le courant de drain augmente de façon plus linéaire avec la tension de drain. De même, d'autres espacements grille-drain pourraient être produits tout aussi facilement. En outre, la grille peut ou peut ne pas déborder sur la région 35 de drain à condition qu'une partie de la grille ait un espacement variable de la région de drain. Les présents transistors peuvent être fabriqués facilement et 71 19240 7 20939M économiquement. Ils sont parfaitement compatibles avec les procédures de fabrication normales et ne nécessitent aucune étape de fabrication compliquée ou supplémentaire. En effet, il suffit de modifier légèrement la géométrie des masques photolithographiques utilisés pour définir les régions de grille et de drain de façon à obtenir un aspacement variable entre ces régions. En conséquence, ces transistors peuvent être fabriqués sans difficulté et de façon reproductible en même temps que les autres composants électriques d1 un circuit intégré, sans aucune étape de fabrication supplémentaire. 71 19240 8 2093941 revendications 1.- Transistor à effet de champ à électrode de commande ou à "grille isolée", caractérisé en ce qu'il comprend une source et un drain définissant les extrémités d'un certain nombre de voies de con- 5 duction de courant dont la conductivité est contrôlable, et une gril le séparée desdites voies de conduction par un isolant, une partie, au moins, de ladite grille étant espacée dudit drain dans une direction parallèle aux voies de conduction de courant, cet espacement variant le long de la longueur dudit drain. 10 2.- Transistor à effet de champ à grille isolée selon la reven dication 1, caractérisé en ce que ledit espacement variable varie li néairement le long dudit drain. 3.- Transistor à effet de champ à grille isolée selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit espacement variable est in- 15 curvé. 4.- Transistor à effet de champ à grille isolée selon la revendication 1, caractérisé en ce que la largeur d'une partie, au moins, de ladite grille est inférieure à celle des voies de conduction de courant sousjacentes et est espacée dudit drain avec un espacement 20 qui varie le long de la longueur de celui-ci. 5.- Transistor à effet de champ à grille isolée selon la revendication 4 caractérisé en ce que lesdites régions de source et de drain sont espacées l'une de l'autre suivant un certain angle et en ce que ladite grille est adjacente et est parallèle à ladite région 25 de source. 6.- Transistor à effet de champ selon la revendication 4, carac téri-sé en ce que les régions de source et de drain sont parallèles et en ce que la grille est espacée suivant un certain angle à ladite région de drain.