Brevet FR2063129A1 — publié le 19710709

27G82 1 2063129 Lainvention concerne un élément à résistance magnétique constitué par des dispositifs semi~conduc~ teurs à sensibilité magnétiques notamment formé de silicone. 1°invention s"étend à un procédé de 5 fabrication pour cet élément» Des tentatives ont été faites depuis longtemps pour réaliser des moyens de détection de champs magnéti~ ques faibles et pour réaliser un appareil qui permettep dans le cas de circuits de courant avec dispositifs magnétiques5 d°obtenir et 10 d'observer des intermodulations entre champs magnétiques et courant électrique ainsi que d°autres effets» 1°invention a pour objet un élément à résistance magnétique9 du type comprenant une plaquette de semi~ conducteur à résistivité élevée;, et une paire de jonctions de types 15 de conductivité opposés sur une face de cette plaquette pour injecter des porteurs de courant dans la plaquettes élément caractérisé en ce qucune dépression est formée dans la plaquette sur loutre face près de la paire de jonctions9 une zône de recombinaison à caractéristique élevée étant prévue dans cette dépression.. 20 lorsque l'élément est monté dans un champ magnétiquep il fournit une réponse non linéaire à des champs magnétiques de directionsdifférentes avec une sensibilité élevée. Un obturateur de canal est prévu dans la plaquette de manière à supprimer iui passage de faible impédance 25 entre les deux jonctions» La description se rapporte à un pro~ cédé de montage de Ie élément à résistance magnétique sur une tête avec une chape magnétiques la réponse de 1e élément est observée à mesure que l'épaisseur de la plaquette est diminuée pour former une 30 région de recombinaisono la réponse de 1°élément est également ob= servée en fonction des changements d5 épaisseur en vue d"obtenir une réponse désirée„ La description se rapporte à des exemples de réalisation représentés aux dessins dans lesquls g 35 - la figure 1 est une vue en perspec tive montrant le principe dBun élément à résistance magnétique conforme à 1e invention» ■=> la figure 2A montre un élément à résistance magnétique avec un champ magnétique de direction exté-40 rieure à la tuyère» 70 27082 2 2063129 ~ la figure 2B montre l'effet d'un champ magnétique dans le plan de la figure,, - la figure 3 est un graphique du rapport voltage/courant en fonction du champ magnétique. 5 ■= la figure 4 est un graphique mon trant le rapport entre la résistance avec un champ magnétique et la résistance sans champ magnétique en présence de champs magnétiques de directions différentes. - les figures 5A et 5G- représentent 10 un. procédé pour la fabrication de l'élément de l'invention. ■=■ la figure 6 montre un procédé pour réaliser la zône de recombinaison de l'invention et le procédé de mesure des caractéristiques du dispositif* = la figure TA montre un élément de 15 l'invention monté sur une tête de support. ■= la figure 7B est une vue en coupe par 7B-7B de la figure 7A. - la figure 8A montre une paire d'éléments montés sur un support. 20 = la figure 8B est une vue schémati que montrant les éléments de figure 8A. = la figure 9 est une vue en plan de plusieurs éléments conformes à l'invention. La figure 1 montre un élément magné-25 to~résistant 30 qui est formé par une portion principale de corps 31 en matière semi~conductriee à concentration de porteurs plus faible qu°une région 1 de type p fixée à une extrémité et qu'une région 2 de type n fixée à l'autre extrémité. Des conducteurs électriques 3 et 4 sont raccordés respectivement aux régions 1 et 30 2 de type £ et n. Une région de recombinaison F est formée dissymé-triquement sur la portion 31 entre les régions 1 et 2 de type £ et n de manière à fournir une réponse non linéaire de l'élément magnéto-résistance en cas de présence d'un champ magnétique. Les figures 2A et 2B montrent l'élé-35 ment magnéto~résistant 30 vu du-dessus. La figure 2AS par exemple, montre l'effet d'un champ magnétique sur le dispositif magnéto=ré= sistant 30 s le champ ayant une direction extérieure au plan de la figure et désigné par H+. On notera que les porteurs sont alors déviés vers la région de recombinaison P qui peut être produite en 40 sablant la surface du corps 31 de manière à perturber la disposition 70 27082 2063129 des structures cristallines et à assurer un taux de recombinaison accru. Les porteurs qui sont déviés vers la z5ne F à recombinaison accrue se combineront et la résistance effective entre les conduc-teurs 3 et 4 sera accrue par le champ magnétique positif. 5 La figure 2B montre un élément magné~ to-résistant 30 en présence d'un champ magnétique H- qui pénétre dans le plan de la figure dans le sens opposé à celui de la figure 2A de telle manière que les porteurs de courant sont déviés en s®éloignant de la zône F de recombinaison accrue» Une telle orienta-10 tion du champ relativement à Ie élément magnéto-résistant provoque une diminution de la résistance parce qu'une quantité moindre de porteurs de courant seront recombinés dans la zône F, et la résistance effective sera abaissée. Le graphitique de la figure 3 montre 15 une courbe 5 du rapport entre courant et voltage dans le cas de non application d'un champ magnétique ayant une composante parallèle à la région de recombinaison F» Une courbe 7 montre le rapport courant /voltage en présence d'un champ magnétique orienté comme dans la figure 2 B et une courbe 6 montre le rapport courant/voltage en pré-20 sence d'un champ magnétique orienté comme dans la figure 2A. La figure 4 est un graphique montrant le rapport entre la résistance en présence d'un champ magnétique et la résistance Pq en l'absence de champ magnétique9 comme fonction du champ magnétique» Il est à remarquer que 1°élément magnéto-résis-25 tant représenté dans les figures 19 2A3 2B a une caractéristique non linéaire P et que la résistance est nettsnaot plus faible en présence d'un champ magnétique négatif H Bien que les éléments magnéto-résistants représentés dans les figures 1„ 2A et 2B montrent des régions de type £ et de type n qui peuvent être créées par alliage dans la matière à moindre concentration en porteurs dans la région 31 „ les 35 régions de type jj et de type n pourraient être formées par des techniques de diffusion» Ce mode de réalisation est préférable pour une fabrication en série d'éléments de caractéristiques uniformes et de petites dimensions» Généralement dans les jonctions de 40 type à alliage? il est nécessaire de prévoir des raccordement de 70 27082 4 2063129 fils coûteux et qui peuvent donner des connexions défectueuses. D'autre part, des électrodes formées par des procédés de diffusion, par exemple par évaporation, fournissent des points de connexion très solides et stables pour les conducteurs,, 5 Les techniques de diffusion sont très bien applicables avec une matière de silicium ayant une caractéristique de température désirables, et il est alors très facile de prévoir une couche d'oxyde' sur un substrat en silicone. Ainsi, 1°invention fournit un élé-10 ment magnéto-résistant qui est très sensible, qui possède une caractéristique de température très stable et qui peut être produit en très grandes quantités avec de faibles variations» Les figures 5A à 5G- se rapportent à la succession des opérations pour la fabrication d'un élément 15 magnéto-résistant conforme à 15 invention» Un substrat semiconducteur 10s tel que par exemple en silicium, a une résistivité d®environ 10 ohms par centimètre uu davantage» Dans ce cas le substrat est découpé de telle manière qu'une direction de son épaisseur correspondante à un axe de cristal ^100^. » 20 Au moins ung face 10a du substrat 10 est attaquée à l'acide et surfaeée en qualité poli-miroir. L'attaque de surface enlève une tension interne résiduelle dans la matière semi-conductrice» L'épaisseur du substrat 10 est d'environ 150 microns» Une couche isolante 11p par exemple en dioxyde de silicium 25 est formée sur le substrat 10 comme représenté dans la figure 5A, Ce film peut être formée par une technique connue, par exemple oxydation,, décomposition thermique, évaporation9 ou autre méthode connue» Par exemple on chauffe le substrat 10 à 1100°C dans un tube de quartz contenant de l'oxygène sec à 1,5 litre/minute pendant 3 mi-30 nutes. Le substrat est alors soumis à des bulles d'oxygène à travers de l'eau à 80°C pendant 60 minutes et on obtient ainsi une couche de dioxyde de silicium 11 d'environ 5 000 angstroms.il est généralement désirable de refroidir progressivement le substrat pour supprimer les tensions internes dans le substrat de silicium 10. 35 Un substrat formé avec refroidisse ment progressif, par exemple de 3 à 5 minutes à partir de 1000°0 jusqu'à la température du local, a été étudié en comparaison avec un refroidissement rapide à partir de 1000°C jusqu'à la température du local en 30 secondes» Le refroidissement progressif fournit un 40 dispositif dont la sensibilité est supérieure de 20 à 40 70 27082 2063129 Une fenêtre 11 g est formée dans la couche de dioxyde de silicium 11 par une technique connue d'attaque lumineuse et la région de type de 1- invention est formée à travers cette fenêtre» Un obturateur de canal annulaire à fenêtre 32 peut 5 également être fermé dans la couche 11 qui entoure la fenêtre 11]3 pour former une obturation de passage autour de la région £. Des régions 24 et 33 de type £ peu-vent être formées à travers la fenêtre 11g et à travers la fenêtre annulaire 32 en diffusant une matière à impureté élevée de type p 10 (figure 5B)„ Après diffusion de la matière de type p5 une couche isolante 11° sera formée au-dessus des fenêtres 1tj) et 32» On forme alors une fenêtre lin (figure 50) à travers la couche 11 et une région de type n est formée à travers cette fenêtre» La matière de type n à impureté élevée est diffusée comme le montre la figure 5D 15 pour former une région de type n 34 dans le substrat 11. La distance entre la région 33 de type H la région 34 de type n peut être d'environ 100 microns. Comme le montre la figure 5E les fenêtres 1 2;g et 12n sont ouvertes et des électrodes^ par exemple en aluminium9 13 et 14 sont formées 20 pour assurer un contact électrique avec les régions g et n respectif vement. Des boules de soudure 15 et 16 sont attachées aux électrodes 13 et 14 en des endroits tels qu'elles ne se trouvent pas entre les régions | et n» Une couche Jsciante 18 est sélecti-25 vement formée sur le substrat 10 sur la face opposée à la couche isolante 11„ et une ouverture est laissée dans la couche 18 pour permettre qu^one per+ion du substrat 10 sur la face opposée à la couche 11 soit enlevée près des régions de type g et de type n. La matière du substrat 10 est enlevée par attaque à travers l'ouverture 30 laissée dans la couche 18p par exemple par un r-éaîtif tél.qu'une solution aqueuse de KÛHa de NaOH ou d'aminé phrocatecol, dont la vitesse d'attaque a une qualité directionnelle par rapport à l'axe de cristal du substrat» En conséquence5 lorsque le substrat 10 a été découpé d'une telle manière qu'une direction de son épaisseur 35 corresponde à l'axe de crissai 1100 \ s le substrat est rongé dans la direction^100\ plus rapidement que dans les autres directions d'axes de cristal;, de sorte que la dépression 17 peut être formée en profondeur avec une faible attaque latérale» Dans ce cas,, si la . dépression 17 est formée avec une configuration rectangulaire, la 40 dépression peut être formée par l'attaque sans être déformée,, si BAD ORIGINAL 70 27082 6 2063129 les côtés de la dépression sont sélectionnés pour croiser l'axe de cristal ^ 100 „ La face opposée de la couche 11 est attaquée pour former une dépression 17 qui a substantiellement la même grandeur que la distance entre les régions £ et n et Vattaque est continuée 5 jusqu'à ce que 1°épaisseur t-restant du substrat près des régions £ et n9 entre le fond de la dépression 17 et le fond de la couche 11 soit approximativement de 3 microns,, comme représenté dans la figure 5jfo Incidemment;, le masque 18 peut être formé en même temps que la couche 11 est formées ou bien il peut être formé après que 10 la structure de figure 5E a été réaliséeo Si la dépression 17 est formée après que les électrodes 13 et 14 et les boules ou bosses 15 et 16 ont été fixées sur la couche de surface,, elles sont couvertes avec une matière résistant à l'attaque par exemple de la cire ou analo-15 gue pour les protéger contre l'attaque lorsqu'on forme la dépression 17s Il est important que les réactifs d'attaque utilisés aient des caractéristiques différentes par rapport à chaque axe eristallographique du substrat» L'attaque peut 20 être accouplée dans la direction des surfaces de substrat adjacentes à la couche 11 très rapidement de sorte que la partie supérieure de la dépression 17 soit plane,, de sorte que l'épaisseur t est uniforme sur la portion de la dépression 17 entre les régions jd et n» 25 II nc est pas souhaitable que le fond de la dépression soit courbé» Après que la dépression 17 a été formée9 sa surface intérieure adjacente aux régions js et n est rendue rugueuse pour former une région de re-oombinaison représentée 30 en 36 dans la figure SGr» Cette rugosité peut être effectuée par exemple par sablage on attaque chimique avec ultra-sons»- Le mode de réalisation de la région de recombinaison 36 est représenté dans la figure 6„ Bien que le procédé de réalisation 35 d'éléments à résistance magnétique conforme à l'invention.ait été décrit à propos d'une seule -unité (figures 5A à.5Gr)', il,est possible de fabriquer simultanément plusieurs de ces éléments» La figure 9 montre une plaque de silicium 40 sur laquelle sont formés simultanément plusieurs éléments magnéto-résistants 30° Les éléments 40 sont ensuite séparés le long des lignes 41 et 42 et peuvent être BAD ORIGINAL 70 27082 7 2063129 montés individuellement sur une tête de supporte les arrêts de canaux 24 entourent les régions 33 de type Comme le montre la figure S, chacun des éléments 30s après avoir été découpé à dimensions 5 est monté 5 sur un support isolant 22 sur lequel sont imprimés ou plaqués des conducteurs 20 et 21 qui sont connectés aux houles 15 et 16 qui raccordent respectivement les régions £ et g du dispositif. Une résine époxy est appliquée pour mouler 15isolant 22 sur les conducteurs 20 et 21 et sur 15 élément magnéto-résistant 30 pour former 10 une unité complète, la dépression 17 est laissée libre. la source de voltage 6 est connectée aux conducteurs 20 et 21 et à un oscilloscope à rayons cathodiques 23 et un ajustage de sablage envoie du sable sur la dépression 17 pour réduire l'épaisseur et accorder le dispositif. Sur l'oscillos-15 cope cathodique 23r on peut observer la caractéristique courant/ voltage du dispositif et l3on peut diminuer la pression du jet de sable de l'ajustage 33 qui réduit l'épaisseur t de manière à obtenir la caractéristique désirée. Bien que le dispositif ait été re-20 présenté monté sur un support 22 avant le sablage9 il est également possible de former la zone rugueuse avant de fixer le dispositif sur le support. Généralement ? il se forme un canal de type n sous la couche isolante, ce qui est indésirable. Dans la 25 présente invention,, l'obturateur de canal 24 peut être une bague diffusée de type £ prévue autour de la région p pour couper le courant passant entre ces régions, l'obturateur de canal pourrait également être réalisé autour de la région n. Comme le montrent les figures 7A, 7B„ 30 8A et 8B un champ magnétique peut être obtenu pour contrôler le courant et la résistivité du dispositifo Dans les figures 7A et 7B, par exemple, des chapes magnétiques de ferrite 26 et 27 peuvent être montées sur les faces opposées de l'unité 303 de manière à faire passer un champ magnétique à travers le dispositif, la figure 8A 35 montre une paire de chapes magnétiques 28 et 29 qui font passer un champ magnétique dans le cas d'une paire d'éléments magnéto-résistants 30a et 30b connectés par des conducteurs 20 et 21. La figure 8B est une vue schématique du dispositif de la figure 8A. Les régions de recombinaison J? sont placées sur les faces opposées 40 à la direction du chamj| magnétique H. On obtient ainsi un dispositif très sensible pour ia détection de champs magnétiques. 70 27082 8 2063129 ' Après que les chapes magnétiques et les régions de recombinaison ont été correctement formées„ le dis-positif peut être capsulé par application d'une enveloppe de résine époxy» les conducteurs 20 et 21 sont laissés sortant à l'extérieur 5 pour permettre des connexions électriques» Il est à noter que,, pendant toutes les opérations,, la surface lisse sur la face opposée à la région de recombinaison F a été recouverte avec une couche d'oxyde 11 pour ne pas être contaminée. Ainsi la surface lisse ne soit pas directe-10 ment en contact avec la matière plastique moulée et le degré de recombinaison ne sera pas réduit par un tel contact» Il est très désirable de maintenir sur la face libre un degré de recombinaison faible par rapport à la zône rugueuse F» Bien entendu,, l'invention n'est pas 15 limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés g à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation,, sans pour cela sortir du cadre de l'invention,, 70 27082 9 2063129 REVBKJIOAIIOUS 1°) Elément à résistance magnétique du type comprenant une plaquette de semi-conducteur à résistivité élevée, et une paire de jonctions de types de conductivité opposés 5 sur une face de cette plaquette pour injecter des porteurs de courant dans la plaquette, élément caractérisé en ce qu'une dépression -est formée dans la plaquette sur l'autre face près de la paire de jonctions, une zône de recombinaison à caractéristique élevée étant prévue dans cette dépression. 10 2°) Elément suivant la revendica tion 1 caractérisé en ce que des moyens sont prévus pour produire un champ magnétique à travers la plaquette semi-conductrice. 3°) Elément suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la plaquette semi-conductrice est en 15 s iLicium. 4°) Elément suivant la revendication 3 caractérisé en ce qu'une couche d'oxyde est formée sur la surface de la plaquette de silicium. 5°) Elément suivant la revendica-20 tion 4 caractérisé en ce qu'il comprend un obturateur de canal formé entre les jonctions de types de conductivité opposés. 6°) Elément suivant la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comprend une paire d'électrodes formées sur une face de la plaquette et connectées respectivement à 25 la paire de jonctions de conductivité de types opposés. 7°) Elément suivant la revendication 6 caractérisé en ce qu'il comprend un support en matière isolante fixé sur une face de la plaquette. 8°) Elément suivant la revendiea-30 tion 1 caractérisé en ce qu'il comprend une chape magnétique montée pour faire passer un champs magnétique à travers une rondelle dans une direction qui dévie des porteurs de courant pour les rapprocher ou les éloigner de la zône de recombinaison. 9°) Elément suivant l'une quelcon-35 que des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comprend une plaquette d'une épaisseur de l'ordre de 100 à 200 microns ayant une résistivité élevée, une paire de jonctionsde types de conductivité opposés formées sur une face de cette plaquette pour injecter des porteurs de courant, «ne paire d'électrodes connectées à ces jonc-40 tions et une paire de boules de soudure connectées respectivement 70 27082 10 2063129 aux électrodes, éléments caractérisé en ce qu'une dépression est formée dans la plaquette sur la face opposée, près des jonctions;, une région de recombinaison étant formée dans cette dépression» 10°) Elément suivant la revendication 5 9,,caractérisé en ce que l'épaisseur de la plaquette dans la dépression est de l'ordre de 50 à 15 microns» 11°) Procédé de fabrication d'un élément conforme à l'une quelconque des revendications là 10 du type dans lequel on attaque chimiquement une face d'une plaquette de matière 10 semi-conductrice pour former une région à faible pouvoir de recombinaison, on forme une couche isolante sur une face en réservant une paire de fenêtres, on forme une paire de jonctions de types de conductivité opposés à travers ces fenêtres, on forme des électrodes sur cette couche isolante connectées à la paire de jonction, procé-15 dé caractérisé en ce qu'on attaque chimiquement la face opposée de la plaquette pour former une dépression et'on rend rugueuse la surface de la plaquette semi-conductrice dans la dépression pour former une région de recombinaison à pouvoir de recombinaison élevé, 12°) Procédé suivant la revendication 11, 20 caractérisé en ce qu'on rend la surface de la dépression rugueuse par sablage» 13°) Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on rend la surface de la dépression rugueuse par attaque chimique par voie ultrasonique» 25 14°) Procédé suivant la revendication 11, caractérisé en ce qu'on alimente un voltage à travers les électrodes et on règle le rapport caractéristique voltage/courant de l'élément magnéto-résistant à mesure que la rugosité est produite ,de manière à obtenir la caractéristique désirée»