Brevet FR2188315A1 — publié le 19740118

Cette invention concerne un transistor à effet de champ. Un transistor du type à jonction classique, comme celui représenté sur la Figure 1, qui est réalisé par application du processus de double diffusion, est connu comme posant certains problèmes à résoudre. D'abord, le processus de double diffusion est un processus plutôt compliqué. Deuxibmement, l'élargissement de la zone d'appauvrissement partant de la grille G est limité S un intervalle relativement étroit du fait de la haute concentration d'impuretés dans le canal (la zone n de la Figure 1). En conséquence, on ne peut obtenir de ce type de transistor à effet de champ qu'une petite pente de conversion. Troisièmement, une résistance élevée du canal résulte de la grande longueur du canal par rapport à sa section droite, et la zone d'appauvrissement créée à partir de la grille G s'épaissit dans sa direction longitudinale.Ceci amène le courant de drain à être saturé dans l'état de pincement, avec le résultat que le transistor à effet de champ ne peut produire des caractéristiques du type triode et ne peut convenir pour des applications de puissance élevée ou de haute fréquence. I1 existe un type différent de transistor à effet de champ de la technique antérieure, comme celui montré en coupe verticale sur la Figure 2. I1 s'agit d'un transistor à effet de champ du type à plusieurs canaux ayant une forme de transistor Mesa et étant pourvu d'une grille réticulée. Dans ce type de transistor à effet de champ, une zone de résistance élevée i est disposée entre la grille G et le drain D de façon à augmenter les variations de la zone d'appauvrissement et, ainsi, à augmenter la pente de conversion.On maintient la résistance du canal à une valeur relativement basse en agençant le canal en relation verticale vis-à-vis de;; surfaces opposées du transistor à effet de champ de façon à raccourcir la distance source-grille et en formant une zone n d'une concentration d'impuretés relativement élevée. En outre, on rend très courte la longueur de la grille dans la direction du canal, de sorte que des zones d'appauvrissement extremement minces peuvent se rencontrer dans l'état de pincement de manière à empêcher la saturation du courant de drain. Toutefois, ce type de transistor à effet de champ présente un inconvénient en ce que les canaux de la partie centrale du transistor à effet de champ ne peuvent être commandés de la meme manière que ceux qui sont placés dans sa partie périphérique en raison d'une résistance en série de la région diffusée qui constitue la grille G parce que la tension grille est appliquée à la périphérie du Mesa. Clest-à-dire que la partie centrale est traversée par un courant plus important que la partie périphérique, et, ainsi, de la chaleur se crée dans la partie centrale. L'utilisation de la grille réticulée pose également un problème en ce que, lorsqu'on utilise le transis tor à effet de champ avec des zones d'appauvrissement élargies, la section droite de chaque canal se réduit presque à un point, ce qui diminue le canal effectif.En outre, on ne produit pas nécessairement la grille extremement mince voulue suivant le procédé de réalisation de ce type de transistor à effet de champ, parce que la longueur de la grille devient plus grande que prévu du fait de la diffusion qui a lieu lorsque la zone de résistance élevée i est formée par le procédé épitaxial sur la région diffusée constituant la grille. De plus, il est difficile, pour ce type de transistor à effet de champ, de mettre à nu une électrode grille avec un degré élevé de précision par application de décapage. C'est donc un objectif de l'invention de fournir un transistor à effet de champ nouveau et utile qui a éliminé les divers inconvénients décrits ci-dessus des transistors à effet de champ de la technique antérieure. C'est un autre objectif de l'invention de fournir un transistor à effet de champ pouvant convenir aux applications haute puissance et haute fréquence, dans lequel on rend l'élargissement de la zone d'appauvrissement très sensible aux variations de la tension grille en faisant usage d'une section droite efficace du canal relativement grand par rapport à sa longueur et en faisant varier la distribution d'impuretés de façon étagée entre la grille et le canal, et dans lequel la grille est placée sur la surface principale de façon à permettre une commande uniforme de la grille et une répartition de chaleur résultante unifcrme. c'est egalement un autre objectif de l'invention de fournir un transistor à effet de champ pouvant faire circuler le courant de drain meme après l'état de pincement, et possédant donc d'excellentes caractéristiques de triode. D'autres objectifs et caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description faite ci-dessous en rapport avec les dessins annexés, dans lesquels: La figure 1 est une vue en coupe du transistor à effet de champ du type à jonction de la technique antérieure; La figure 2 est une vue en coupe du transistor à effet de champ du type à plusieurs canaux de la technique antérieure; La figure 3(a) est une vue en plan d'un mode de réalisation du transistor à effet de champ selon la présente invention; La figure 3(b) est une vue en coupe verticale du méme mode de réalisation; La figure a est un schéma graphique montrant les-caracté- ristiques tension-intensité de drain du transistor à effet de champ de l'invention; et Les figures 5 et 6 sont respectivement des vues en coupe verticale d'autres modes de réalisation du transistor à effet de champ de l'invention. On va décrire un mode de réalisation du transistor à effet de champ de l'invention à canal de type n en se reportant d'abord aux Figures 3(a) et (b) > Un substrat 1 fait d'un semi-conducteur de type p constitue une des deux grilles du transistor à effet de champ. On forme sur le substrat 1 une zone enterrée 2 qui possède une ouverture dans sa partie centrale et qui est du type conduction par opposé au substrat l(n+). on fait pousser sur la zone enterrée 2, par le processus épitaxial, une couche 3 de résistance élevée de type n. on forme respectivement, par diffusion, sur la surface supérieure de la couche 3 de résistance élevée, comme le montrent les figures, une source 4 (n+) en forme de disque, une grille 5 (p+) annulaire et un drain 6 (n+) annulaire. La grille 5, le drain 6 et la couche enterrée 2 sont formés concentriquement, la source 4 étant disposée en une position correspondant à l'ouverture centrale de la couche enterrée 2, et la grille 5 étant disposée à proximité immédiate de la source 4. on doit noter que la forme de la grille 5 et du drain 6 ne se limite pas nécessairement à l'anneau circulaire représenté sur les figures, et elle peut être un anneau polygonal. Ainsi, le terme "annulaire" est utilisé ici pour exprimer des formes annulaires aussi bien circulaires que polygonales. Lorsque la tension de polarisation appliquée aux grilles 1 et 5 augmente, les zones d'appauvrissement A et B s'élargissent vers l'intérieur de la zone 3 de résistance élevée, et les deux zones d'appauvrissement A et B se rencontrent l'une l'autre en formant entre elles une ligne de contact circulaire. Cet état est représenté sous forme de contacts ponctuels entre les deux zones d'appauvrissement A et B dans la vue en coupe de la Figure 3(b). D'une autre façon, on peut dire qu'une région d'appauvrissement extremement mince interrompt le canal le long d'un plan qui est sensiblement parallèle à la surface supérieure du transistor à effet de champ. Si la tension de drain augmente dans les conditions décrites ci-dessus, des électrons commencent à traverser la ligne de contact des zones d'appauvrissement A et B. Lorsque la tension de drain augmente encore, le courant de drain augmente sans venir à saturation. La figure z représente la caractéristique tension-intensité du drain. Cette caractéristique est une caractéristique du type triode. La figure 5 est une vue en coupe montrant un autre mode de réalisation du transistor à effet de champ selon l'invention Ce mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation représenté sur la Figure 3 en ce que: on utilise un semi + conducteur n comme substrat 7, on fait pousser sur le substrat 7, par le procédé épitaxial, une zone 3 de résistance élevée de type n, et on forme entre la zone 3 de résistance élevée et le substrat 7 une couche enterrée 8 de type p. Selon ce mode de réalisation, on peut facilement former une zone 3 de résistance élevée, et on peut créer une zone d'appauvrissement C allant de la couche enterrée 8 en direction de l'intérieur de la zone 3 de résistance élevée.Dans ce mode de réalisation aussi, les zones d'appauvrissement A et C peuvent etre amenées à se rencontrer l'une l'autre de manière à former une ligne de contact circulaire (contacts ponctuels, comme on le voit sur la Figure 5) par l'application d'une tension de polarisation convenable aux grilles 4 et 7. Ainsi, on peut obtenir dans ce mode de réalisation une caractéristique semblable à celle représentée sur la Figure 4. La figure 6 représente un autre mode de réalisation du transistor à effet de champ de l'invention. Dans ce mode de + réalisation, on forme une région n+ 9 par diffusion entre la grille 5 et le drain 6. Cette région n+ 9 sert à modifier la forme de la partie terminale la plus intérieure de la zone d'appauvrissement A, comme on le désire. En conséquence, on peut commander la forme de la zone d'appauvrissement A de telle manière que sa partie la plus intérieure vient en contact avec la zone d'appauvrissement B par un choix convenable de la + distance séparant la région n 9 et la porte 5,et de la profon- deur de la région n+ 9. La région n+ 9 sert également à diminuer la résistance du canal. On doit comprendre que cette + région n 9 peut également être appliquée aux modes de réalisa- tion représentés sur les Figures 3(a) et (b) et à la Figure 5. Au lieu que les substrats 1 et 7 constituent une des grilles1 ils peuvent être simplement mis à la masse. REVENDICATONS 1. Transistor à effet de champ, caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat semi-conducteur; une couche de résistance élevée forme sur ledit substrat et constituant une région canal de faible concentration d'impuretés; une région enterrée contenant des impuretés d'un type de conduction opposé à celui dudit substrat et formée entre ledit substrat et ladite couche de résistance élevée; une région grille annulaire de concentration d'impuretés élevée, formée autour et à proximité immédiate d'une région source disposée sur la surface principale du transistor; et une région drain annulaire formée à une certaine distance de ladite région grille sur la surface principale, la forme d'une zone d'appauvrissement à créer à partir dudit substrat en direction de ladite couche de résistance élevée étant définie par ladite région enterrée, et cette zone d'appauvrissement formant un contact linéaire annulaire avec une zone d'appauvrissement annulaire à créer à partir de ladite région grille. 2. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que le type de conduction des impuretés contenues dans ladite région enterrée est opposé à celui de ladite couche de résistance élevée, et en ce que ladite région enterrée a une forme de disque. 3. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce que le type de conduction des impuretés contenues dans ladite région enterrée est le meme que celui de ladite couche de résistance élevée, et en ce que ladite région enterrée a une forme annulaire. 4. Transistor à effet de champ selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une région annulaire d'un type de conduction opposé à celui de ladite région grille, placée entre ladite région grille et ladite région drain sur la surface principale du transistor, la forme de ladite zone d'appauvrissement annulaire pouvant être ajustée par un choix de l'emplacement et de la profondeur de ladite région annulaire.