Brevet FR2080994A1 — publié le 19711126

La présente invention concerne des dispositifs à semi-conducteurs et des montages électriques comportant de tels dispositifs. Selon l'invention, un dispositif à semi-conducteur à jonction comporte un émetteur, une base et au moins deux collecteurs montés à des distan-5 ces différentes de l'émetteur et pouvant fournir simultanément différents gains de courant en réponse à une tension base-émetteur donnée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, faite en regard du dessin annexé et donnant à titre explicatif, mais non limitatif, des formes de réalisation de 10 l'invention. Sur ce dessin : la figure 1 est une vue en plan de l'un des dispositifs ; la figure 2 est une coupe transversale suivant la ligne H-H de la figure 1, et 15 les figures 3 et 4 représentent des montages comportant le disposi tif des figures 1 et 2. Le dispositif 4 comporte un substrat 5 (de type N dans cet exemple) présentant des régions 6, 8, 10 et 12 traitées par diffusion d'une matière de type P. Comme on le voit sur la figure 1, les :-égions 6 et 10 sont 20 sous la forme d'anneaux entourant les régions 8 et 12 qui ont la forme d'un point. Dans m exemple particulier du dispositif, les points centraux 8 et 12 ont des diamètres de 20 microns et les anneaux 6 et 10 ont des diamètres internes de 40 microns et des diamètres externes de 80 microns. Des électrodes 16, 18, 20, et 22 sont fixées respectivement au subs-25 trat 5 et aux régions de type P 12, 6 et 10. En service, le dispositif fonctionne de la même façon qu'un transistor, l'électrode 16 constituant une base, l'électrode 18 un émetteur et les électrodes 20 et 22 des collecteurs respectifs ; il convient de noter que le collecteur 20 est plus éloigné de l'émetteur 18 que le collecteur 22. 30 Si I est le courant dans l'émetteur 18, I est le courant rfans ie B cr collecteur 20 et I est le courant dans le collecteur 22, alors : I = a. et 1 I 35 cn = a Par conséquent, ïT ~ 2 5sE = (1) "'"en Œ 2 71 05074 2 2080994 L*espacement géométrique entre l'émetteur 18 et le collecteur 22 est faible et correspond approximativement à celui d'un transistor classique. Par conséquent, a g a une valeur proche de l'unité. Toutefois, le second collecteur 20 est géométriquement espacé d'une distance relativement gran- 5 de de l'émetteur l8> et il s'est avéré que a une valeur beaucoup plus faible qui peut être comprise, par exemple, entre 0,001 et 0,0001. Ainsi, d'après 1*équation (l), on voit que le courant du collecteur 22 pourrait être 10^ fois supérieur au courant du collecteur 20 pour une valeur donnée de la tension base-émetteur. Le dispositif est ainsi utilisable comme am- 10 plificateur de courant ou, inversement, comme affaiblisseur, La linéarité de la relation entre les deux courants I et I dépend de la façon dont cr en a1 et a2 varient avec le changement de la tension base-émetteur, mais on peut obtenir une relation linéaire entre I et I _ sur une plage corres-r cr cn pondant à plusieurs décades de courant. Il convient également de noter que, 15 bien que Icr et I varient tous deux en fonction de la température, leur . rapport n'est sensiblement pas affecté par cette dernière. Le collecteur et 11émetteur peuvent être disposés d'une manière différente de celle représentée sur la figure 1. Ainsi, par exemple, l'une des régions annulaires de type P 6, 10 pourrait constituer l'émetteur, la ré-20 gion centrale ponctuelle se trouvant à l'intérieur de cette région annulaire pouvant constituer l'un des collecteurs et l'autre région annulaire ou sa région centrale ponctuelle pouvant constituer le second collecteur. Il s'est avéré préférable d'utiliser les régions centrales ponctuelles 8 et 12 comme collecteurs afin de réduire le plus possible le courant de fui-25 te des collecteurs. Le rapport a^/ a^ dépend des régions particulières choisies pour les collecteurs et l'émetteur. Bien que le dispositif représenté ne comporte que deux collecteurs, on peut en ajouter un ou plusieurs, l'amplification de courant de chaque collecteur supplémentaire étant inversement proportionnelle à la distance 30 - le séparant de l'émetteur, comme on l'a expliqué plus haut. Bien que les régions traitées par diffusion du dispositif représenté sur les figures aient la forme d'anneaux contenant"chacune un point central, ce type de configuration n'est pas essentiel. Par exemple, une seule région centrale ponctuelle pourrait être entourée de plus d'une région annulaire. 35 Dans ce cas, le point central pourrait constituer l'émetteur et les régions annulaires externes pourraient former des collecteurs respectifs. En outre, on pourrait supprimer entièrement les configurations annulaires. Le dispositif des figures 1 et 2 peut être construit, par exemple, en 71 05074 3 2080994 modifiant m transistor latéral de manière à ajouter un ou plusieurs collecteurs supplémentaires. La figure 3 montre comment on peut utiliser les dispositifs des figures 1 et 2 pour mesurer de très faibles courants et les éléments repré-5 sentés sur la figure 3 correspondant à ceux des figures 1 et 2 sont désignés par les mêmes numéros de référence. Sur la figure 3, un faible courant I^, qui doit être mesuré, est appliqué au collecteur 20 (c'est-à-dire le collecteur relativement éloigné de l'émetteur) du dispositif 4, et un amplificateur 24 est connecté entre 10 le collecteur 20 et l'émetteur 18 du dispositif pour fournir la tension base-émetteur. Le collecteur 22 (c'est-à-dirê le collecteur se trouvant relativement près de l'émetteur) est relié à un second amplificateur opérationnel 26 comportant une résistance de réaction 28. L'amplificateur 24 est un amplificateur opérationnel du type éleetro-15 mètre qui garantit/}ue la totalité du courant 1^ à mesurer passe dans le collecteur 20. Le gain négatif de l'amplificateur est suffisamment élevé pour garantir que 3^ = Icr. D'après l'équation (l) ci-dessus, en supposant que la tension de sortie à la borne 29 soit VQ et que la valeur de la résistance 28 soit R^, 20 alors : . i - îi . Za (2) 1 ~ a r I 2 1 Ainsi, si le rapport de ^ à est par exemple de 0,0001, la résistance 28 peut alors avoir une valeur R^ qui serait plus petite, d'un fae-25 teur de 10^, que celle qu'elle aurait si le dispositif 4 et l'amplificateur 24 étaient omis. Le montage permet ainsi de mesurer un courant de très faible intensité avec des résistances de valeur relativement faible et peu coûteuses. Par exemple, si le courant le plus faible à mesurer est d'une intensité de ÎO-1^ ampères, R^ est alors de l'ordre de 1010 ohms (pour V 1 2L ^ 30 =1 volt et un rapport o^/ = 0,0001) au lieu de 10 ohms sans le dispositif 4. La figure 4 montre comment on peut utiliser le dispositif 4 pour engendrer un très faible courant connu 1^ à une impédance élevée, et les éléments représentés sur la figure 4 correspondant à ceux des autres figures 35 sont désignés per des numéros de référence identiques. Dans ce cas, un 71 05074 4 2080994 colorant connu 1^ est appliqué au collecteur 22 (le collecteur relativement proche) et l'amplificateur 24 est connecté entre ce collecteur et l'émetteur 18 du dispositif. Le courant I1(_ (= 1^) provenant du collecteur 20 (le plus éloigné des deux collecteurs) est donné ainsi par : 5 « I = - I3 cr a - 2 Le courant de sortie I peut être ainsi plus petit que le courant ® Ij. d'entrée d'un facteur de 10 . 10 Naturellement, l'invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites et représentées et est susceptible de recevoir diverses variantes-entrant dans le cadre et 1'exprit de l'invention. 71 05074 5 2080994 BEVFHraEATIOHS 1 - Dispositif à semi-conducteur à jonction, comportant un émetteur (18) et une base (16), dispositif caractérisé en ce qu'il comporte au moins deux collecteurs (20,22) montés à des distances différentes de l'émetteur 5 (18) et pouvant fournir simultanément différents gains de courant en réponse à une tension base-émetteur donnée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte un substrat (5) en matière semi-conductrice d'un type de conducti-vité qui a été traité par diffusion d'une matière du type de conductivité 10 opposée dans plusieurs régions distinctes (6, 8, 10, 12), une de ces régions (6 ou 10) ayant la forme d'un anneau et une autre (8 ou 12) ayant la forme d'un point centré dans l'anneau, le substrat (5) portant la base (l6), une (12) des régions ponctuelles et annulaires portant l'émetteur (18) et l'autre (10) desdites régions portant l'un (22) des collecteurs. 15 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que deux des diverses régions distinctes ont respectivement la forme d'un autre anneau (6) et d'un autre point (8) centré dans cet anneau, l'une (6) des deux autres régions portant un autre collecteur (20). 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, 20 caractérisé en ce qu'il coopère avec un amplificateur (24) à haute impédance d'entrée, le dispositif étant relié à l'amplificateur (24) de façon que le trajet entre son émetteur (18) et un premier collecteur (20) forme une boucle de contre-réaction de l'amplificateur (24). 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il coo-25 père avec un second amplificateur (26) à haute impédance d'entrée et une résistance formant une boucle de contre-réaction, le second amplificateur (26) étant relié à un second collecteur (22) du dispositif qui est plus près de 1'émetteur (18) que le premier collecteur (20), de façon que le rapport de la tension de sortie du second amplificateur (26) à la valeur 30 de la résistance de réaction corresponde à un multiple prédéterminé du courant du premier collecteur (20). 6 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il est prévu un circuit pour appliquer un courant prédéterminé (i^) au premier 05074 6 2080994 collecteur (20) de façon que le courant passant dans un second collecteur (22) du dispositif, qui est plus éloigné de l'émetteur (l8) que le premier collecteur (20), corresponde à une fraction prédéterminée de celui .passant dans le premier collecteur (20).