Brevet FR2110326A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne un élément semi-conducteur à résistance négative, possédant une caractéristique de mémoire hautement stable et reproductible, à partir de laquelle on peut lire autant de fois qu'on le désire les informations emmagasinées 5 Selon l'invention, un élément semi-conducteur à résistance négative comprend : au moins quatre régions semi-conductrices ayant une conductivité du type P ou N ; une couche isolante qui contient des centres de captation et s'étend au moins sur trois de ces régions ; et une électrode de déclenchement qui constitue 10 un élément de commande disposé sur ladite couche isolante, ce qui permet de mettre en mémoire le signal d'entrée envoyé dans l'électrode de déclenchement. D'autres, buts et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va en être faite ci-après en se référant au 15 dessin annexé, sur lequel : la figure 1 est une coupe transversale d'un mode de réalisation de l'invention. La figure 2 est un graphique d'une caractéristique statique du mode de réalisation de la figure 1. 20 La figure 3, enfin, est une coupe transversale d'un autre mode de réalisation de l'invention. Sur la figure 1, la référence 1 désigne un substrat semiconducteur du type N. Dans ce substrat 1 sont formées des régions 2 et 3 du type P. Une électrode 4 est disposée sur la ré-25 gion 2 du type P. Une région 5 du type N est formée dans la ré-"" gion 3 du type P. Une électrode 6 est disposée sur la région 5 du type N. A la surface du substrat l,et entre les régions 2 et 3 du type P, est formée une couche isolante 7 comportant de nombreux centres de captation et une électrode de déclenchement 8 30 est également montée dans cette zone. L'élément ainsi construit présente une structure P-N-P-N entre les électrodes 4 et 6 et possède une caractéristique de résistance négative de la mène façon qu'un thyristor. En conséquence, le réglage "Marche-Arrêt" du courant qui passe entre les 35 électrodes 4 et 6 devient possible en agissant sur la tension de seuil de la résistance négative au moyen d'un potentiel appliqué à l'électrode de déclenchement 8. En outre, étant donné que la couche isolante 7 de l'élément comprend de nombreux centres de captation, un effet de mémoire est produit par suite 40 de la captation ou emprisonnement des charges électriques. Il 71 36321 2 2110326 convient de signaler à ce stade de la description qu'on peut a-boutir à un résultat équivalent si l'on remplace les régions N par des régions P et les régions P par des régions N. On va maintenant décrire un procédé de fabrication du dis-5 positif représenté sur la figure 1 et son fonctionnement. Pour former les régions 2 et 3 du type P dans la surface d'un substrat en silicium du type N, on diffuse du bore comme impureté (voir figure 1)» On peut également voir sur la figure 1 une région 5 N+ formée dans la région 3 du type P, en diffusant du phosphore 10 dans cette dernière. On établit une pellicule de bioxyde de silicium Si02 sur la surface ainsi traitée du substrat 1 par une oxydation thermique, suivie d'un traitement de photogravure pour faire disparaître les parties superflues de la pellicule de Si02, ce qui donne une couche isolante 7. On diffuse de l'or (Au) 15 dans la couche isolante 7, On forme les électrodes 4, 6 et 8 avec de l'aluminium déposé sous forme de vapeur. Dans ces conditions, on obtient un élément ayant une structure P-N-P-N. Sur la figure 2, on a indiqué la caractéristique statique de cet élément, ladite figure étant une courbe du courant en fonction 20 de la tension, dans laquelle l'application du potentiel à l'électrode de déclenchement 8 est considérée comme un paramètre. Quand on applique une tension à l'électrode de déclenchement 8, les charges électriques sont injectées dans la couche 7 de SiO^ et sont capturées par les centres de captation qui sont 25 les atomes d'or diffusés (Au). En conséquence, la couche isolante 7 en SiO^ reste chargée même après la disparition de la tension appliquée à l'électrode de déclenchement 8. De ce fait, un champ électrique que l'on peut attribuer à la tension de déclenchement précédemment appliquée ou, plus exactement, aux charges em-30 prisonnées, continue à exister et ce champ agit sur les jonctions P-N entre la région 2 du type P et le substrat 1 du type N et entre la région 3 du type P et le substrat 1 du type N. Ce champ persistant sert à établir une tension de seuil mise en mémoire entre les électrodes 4 et 6. Plus précisément, si une 35 certaine tension est appliquée à l'électrode de déclenchement 8, l'élément commence à être conducteur à la tension de seuil correspondante entre les électrodes 4 et 6. On fait alors disparaître la tension de déclenchement. Toutefois, le champ de déclenchement dp à cette tension persiste, car les charges élec-40 triques sont toujours capturées par les centres de captation 71 36321 3 2110326 de la couche isolante 7 pour établir un champ électrique. Ainsi, si l'on applique une tension à l'élément entre les électrodes 4 et 6, mais sans application de tension à l'électrode de déclenchement 8, l'élément commence à être conducteur à une tension 5 de seuil qui est la même que lors de l'existence d'une tension de déclenchement égale à celle qui a été initialement appliquée à l'électrode de déclenchement 8. Dans ces conditions, une tension de seuil qui dépend de la tension de déclenchement est mise en mémoire. 10 Sur la figure 3, on a représenté un autre mode de réalisation de l'invention. Dans ce cas, le substrat est en arséniure de gallium (GaAs). Les régions P et N que l'on peut voir sur la figure 3 sont formées par une technique de croissance de liquide. Sur la figure 3, un substrat en GaAs du type N est indiqué 15 par la référence 9. Des régions 10 et 11 du type P sont formées sur les deux côtés du substrat 9. Une région 12 du type N est déposée sur la région 11 du type P. Une électrode 13 est fixée à la région 10 du type P. Des-rainures 16a et 16b sont formées par une technique convenable. Des couches isolantes 15a et 15b 20 sont formées de manière à revêtir les rainures 16a et 16b ou à recouvrir le substrat 9 du type M, la région 11 du type P et la région 12 du type N, exposées dans les rainures 16a et 16b, comme on le voit sur la figure 3. Les couches isolantes 15a et 15b sont formées par dépôt de vapeur de SiO^ avec addition d'or (Au). 25 On forme des électrodes 17a et 17b sur les couches isolantes 15a et 15b respectivement, principalement sur les surfaces formées dans les rainures ou à proximité des rainures 16a et 16b, ce qui permet d'obtenir deux électrodes de déclenchement du type M0S. Une électrode 14 est formée sur la surface de la zone 30 12 du type N entre les rainures 16a et 16b. On obtient ainsi un élément P-N-P-N possédant une caractéristique de résistance négative. La caractéristique courant/tension de l'élément, sous commande d'une tension appliquée par les électrodes de déclenchement M0S 17a et 17b suit plusieurs courbes analogues à celle 35 qui apparaît sur la figure 2. Dans le mode de réalisation de la la figure 3, des centres de captation sont formés dans les couches isolantes 15a et 15b en SiO^ et un tel élément P-N-P-N possède un effet de mémoire analogue à celui de 1'élément P-N-P-N de la figure 1. Plus précisément, l'élément devient conducteur, 40 après la suppression de la tension de déclenchement, à une tension 71 36321 4 2110326 de seuil relativement faible entre les électrodes 17a et 17b. La seule différence entre l'élément de la figure 1 et celui de la figure 3 est que ce dernier comprend un substrat en GaAs, de sorte qu'on observe une électro-luminescence à partir des ré-5 gions des jonctions P-N quand l'élément est conducteur. Dans les modes de réalisation qui ont été décrits, on utilise respectivement Si et GaAs comme substrat. On remarquera cependant qu'on peut utiliser avec des résultats équivalents d'autres matières semi-conductrices telles que GaP, 6e, GaPAs, 10 InAs, et CdS. L'effet de mémoire qui est également une caractéristique très importante de l'invention peut être attribué à la présence des centres de captation qui sont répartis dans les couches isolantes. Le dopage avec des impuretés d'un niveau aussi profond 15 que Au, Cu, Na, Fe et Ni ou des défauts dans le réseau peuvent être à l'origine de tels centres de captation. Les défauts dans le réseau peuvent être provoqués par irradiation avec des rayons radioactifs ou par une modification des conditions de dépôt de vapeur. 20 L'élément semi-conducteur à résistance négative, préparé selon l'invention, peut servir de composants logiques ou de composants de commutation et son utilité est particulièrement importante dans le domaine des circuits de calculatrices électroniques. 25 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, non plus qu'à ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, ayant été plus spécialement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. 71 36321 5 2110326 REVENDICATION Elément serai-conducteur à résistance négative, caractérisé en ce qu'il comprend : au moins quatre régions semi-conductrices ayant une conductivité du type P ou N ; une couche isolante qui contient des centres de captation et s'étend au moins sur trois de ces régions ; et une électrode de déclenchement qui constitue un élément de commande disposé sur ladite couche isolante, ce qui permet de mettre en mémoire le signal d'entrée envoyé dans l'électrode de déclenchement.