Brevet FR2124542A1 — publié le 19720922

L'invention, due à Akio YAMASHITA et Takashi FUJITA, est relative à un dispositif semi-conducteur du type à effet de champ ou à un dispositif commutateur semi-conducteur du genre dans lequel la caractéristique de résistance negative peut être commandée ou réglée par le champ appliqué au dispositif. De tels dispositifs commutateurs semi-conducteurs connus, du genre dans lequel la caractéristique de résistance négative peut être commandée ou réglée par le-champ appliqué au dispositif ont été caractérisés jusqu'à présent par le fait que toutes les électrodes, c'est-à-dire l'anode, la cathode et l'électrode de commande, sont disposées sur une surface d'un support ou substrat semi-conducteur. Toutefois, les dispositifs semi-conducteurs connus à électrodes ainsi disposées ont presenté l'inconvénient de ne pouvoir conduire qu'un courant limité. L'invention élimine cet inconvénient des dispositifs connus et a pour but de fournir un dispositif semi-conducteur à effet de champ nouveau et perfectionné, capable de conduire un courant d'intensité plus grande que jusqutà présent. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif semi-conducteur à effet de champ comportant au moins quatre couches semi-conductrices comprenant un support semi-conducteur, une première région formée dans ce support semi-conducteur en le do pant avecune impureté à partir d'une des surfaces principales de ce support , cette première région présentant une conductivité de type opposé à celle du support semi-conducteur et formant une première jonction entre cette première région et le support semiconducteur, une seconde région formée dans cette première région, cette seconde région présentant une conductivité du type opposé à celle de la première région et formant une seconde jonction entre cette seconde région et la première région, une troisième région formée dans cette seconde région, cette troisième région présentant une conductivité du type opposé à celle de la seconde région et formant une troisième jonction entre cette troisième région et la seconde région, les trois jonctions s'étendant à la surface précitée du support semi-conducteur, une couche isolante recouvrant cette surface du support semi-conducteur àl'ex- ception d'une partie de la troisième région, une première électrode disposée sur la couche isolante de manière à recouvrir les parties de la première région et la première et la seconde jonctions, qui sont exposées à la surface du support semi-conducteur, une seconde électrode en contact avec les parties exposées de la troisième région et une troisième électrode en contact avec l'autre surface principale du support semi-conducteur Ces buts et d'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description ci-après de deux de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, avec référence aux dessins annexes, dans lesquels e. - la figure 1 est une vue schématique en coupe d'un thyristor du type à effet de champ classique - la figure 2 est une vue schématique en coupe d'un dispositif semi-conducteur à effet de champ réalisé conformément à l'invention - la figure 3 illustre graphiquement les caractéristiques courant/tension du dispositif semi-conducteur de la figure 2, et - la figure 4 est une vue schématique en coupe d'un autre mode de réalisation conforme à l'invention. Un thyristor du type à effet de champ classique présente la structure représentée sur la figure 1. Il comporte un support ou substrat semi-conducteur 1 du type n , deux régions 2 et 3 du type p formées, indépendamment lfune de l'autre, dans le support semi-conducteur 1, une région 4 de type n formée dans la région 3 de type p et une couche isolante 5 recouvrant l'une des surfaces principales du support semi-conducteur 1, ainsi que trois électrodes 6, 7 et 8. Dans cette structure de thyristor classique, l'anode , la cathode et l'électrode de commande sont disposées sur la même surface du support semi-conducteur 1. Le défaut inhérent à cette structure et mentionné ci-dessus est éliminé par l'invention. Dans le mode de réalisation représenté figure 2, le dispositif semi-conducteur du type à effet de champ comporte un support semi-conducteur 9 de type p, une région 10 de type n formée dans le support semi-conducteur 9, une région Il de type p formée dans la région 10 de type n, une région 12 de type n formée dans la région Il de type p et trois jonctions Ji, J2 et J3 formées entre ces régions. Une couche isolante 13 recouvre l'une des surfaces principales du support semi-conducteur 9, à l'exception d'une partie de la région 12 de type n. Une anode 14 est déposée sur l'autre surface principale du support semi-conducteur 9 et une cathode 15 est en contact avec la partie exposée de la région 12 de type n .Une électrode de commande 16 est disposée sur la couche isolante 13 de manière à s'étendre sur des parties des régions 9 et Il de types p tout en recouvrant matériellement les parties de la région 10 de type n exposées à la surface du support semi-conducteur 9. Si, dans ces conditions, l'anode 14 et la cathode 15 sont reliées respectivement aux bornes positive et négative d'une source de courant continu et si une tension continue est appliquée entre ces électrodes 14 et 15, les jonctions J1 et J3 sont polarisées dans le sens direct, tandis que la jonction J2 est polarisée dans le sens inverse.Dans ce cas, par conséquent, on a affaire à une résistance élevée jusqu'à ce qu'un claquage se produise à la jonction J2. L'application d'une tension négative à l'électrode de commande 16, dans un tel état du dispositif semiconducteur, entraine la formation d'un canal à la surface de séparation de la couche isolante 13 et de la région 10 de type n, de sorte que des trous se déplacent en direction de la jonction J2 et, en même temps, des électrons se déplacent en direction de la jonction J2 a partir de la région 12 de type n, assurant ainsi la polarisation dans le sens direct de la jonction J2. En conséquence, une faible résistance apparat entre l'anode 14 et la cathode 15 du dispositif semi-conducteur. Inversement, lorsque la cathode 15 et l'anode 14 sont reliées respectivement aux bornes positive et négative de la source de courant continu et que la tension est appliquée entre ces électrodes 15 et 14, les jonctions J1 et J3 sont polarisées dans le sens inverse, tandis que la jonction J2 est polarisée dans le sens direct. Dans ce cas, par conséquent, on a affaire à une résistance élevée jusqu'à ce qu'un claquage se produise aux jonctions J1 et J3 La figure 3 représente les caractéristiques tensioecourant du dispositif semi-conducteur conforme à l'invention présentant la structure représentée sur la figure 2. Le sens direct correspond au cas où une résistance négative apparait entre l'anode et la cathode et la tension de coude est variable en fonction de la tension appliquée à l'électrode de commande. La tension de coude est égale à VSO lorsqu'aucune tension n'est appliquée à l'électrode de commande. La tension de coude est réduite de VSO à et età VS 2 selon la valeur de la tension négative appliquée à l'électrode de commande, tendis que la tension de coude est accrue de VSO à V i lorsqu'une tension positive est appliquée à l'électrode de commande.Une telle résistance négative apparaît du fait que le thyristor est d'une structure pnpn Bien qu'on ait représenté, pour la facilité de l'explication, un dispositif semi-conducteur de structure pnpn, ce dispositif semi-conducteur pourrait tout aussi bien être de structure npnp. La figure 4 représente un autre mode de réalisation,de structure npnpn, de l'objet de l'invention. On voit que ce dispositif semi-conducteur à effet de champ comporte, relativement à celui de la figure 2, une couche de type n supplémentaire. Ce dispositif semi-conducteur peut présenter une structure pnpnp au lieu de la structure npnpn représentée sur la figure 4. Le dispositif semi-conducteur de structure npnpn ou de structure pnpnp est caractérisé par une caractéristique de résistance négative symétrique dans les deux sens. Le matériau semi-conducteur utilisé de préférence pour la mise en oeuvre de l'invention est l'un quelconque des semiconducteurs bien connus tels que Ge, Si, Ga Ar, GaP et In As Un dispositif semi-conducteur à effet de champ présentant une structure telle que celle représentée sur la figure 2 a été fabriqué en appliquant la technique bien connue de diffusion dtimpuretés à un support semi-conducteur de silicium de type p et en déposant ensuite les électrodes sur le support. Les caractéristiques courant-tension de ce dispositif semi-conducteur, sous l'action de l'application d'une tension entre l'anode et la cathode, étaient identiques à celles de la figure 3, dans laquelle la tension appliquée à l'électrode de commande a été prise comme paramètre. La valeur de VSO était de 60 volts et la tension appliquée à l'électrode de commande était fonction de l'épaisseur de la couche isolante. Ce dispositif permettait de commander un courant de plusieurs dizaines d'ampères. Ceci constitue l'avantage le plus important de l'invention. Il résulte de la description détaillée qui précède que l'invention fournit un dispositif semi-conducteur à effet de champ capable de commander un courant de plusieurs dizaines d'ampères, à l'aide d'une tension appliquée à l'électrode de commande et qu' on peut utiliser de préférence comme dispositif semi-conducteur de commutation. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagéis; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes REVENDICATION Dispositif semi-conducteur à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comporte au moins quatre couches semi-conductrices comprenant un support semi-conducteur, une première région formée dans ce support semi-conducteur en le dopant avec une impureté à partir d'une des surfaces principales de ce support, cette première région présentant une conductivité de type opposé à celle du support semi-conducteur et formant une première jonction (J1) entre cette première région et le support semi-conducteur, une seconde région formée dans cette première région, cette seconde région présentant une conductivité du type opposé à celle de la première région et formant une seconde jonction (J2) entre cette seconde région et la première région, et une troisième région formée dans cette seconde région, cette troisième région présentant une conductivité du type opposé à celle de la seconde région et formant une troisième jonction (J3) entre cette troi sième région et la seconde région, les trois jonctions (J1, J2 et J3) s'étendant à la surface précitée du support semi-conducteur, une couche isolante recouvrant cette surface du support semiconducteur à 1' exception d'une partie de la troisième région, une première électrode disposée sur la couche isolante de manière à recouvrir des parties de la première région et la première et la seconde jonctions (J1 et J2), qui sont exposées à la surface du support semi-conducteur, une seconde électrode en contact avec les parties exposées de la troisième région et une troisième électrode en contact avec l'autre surface principale du support semi-conducteur