Brevet FR2149267A1 — publié le 19730330

La présente invention concerne un composant électronique à base d'arséniure de gallium épitaxial. On connais déjà des composants à base d'arséniure de gallium qui utilisent la propriété de résistance différentielle négative due à l'application d'un champ électrique ( effet Gunn). Ces composants ont été utilisés pour la réalisation de sources solides hyperfréquences utilisant 11 effet Gunn. La fréquence d'oscilation des " diodes Gunn" est due à la présence du phénomène de résistance différentielle négative avec une instabilité permanente. Or, il a été trouvé qu'en supprimant cette instabilité, il était possible d'obtenir un composant électronique présentant des propriétés nouvelles et particulifèrement avantageuses par rappoet aux composants du meme genre connus jusqu'à ce jour. Ainsi, la présente invention vise à procurer un composant électronique présentant deux états stables ou une résistance négative sans instabilité. suivant les caractéristiques dimensionnelles du composant. A cet effet ce composant électronique à base d'arséniure de gallium épitaxial comprenant une couche d'arséniure de gallium sur laquelle ~ sont formés deux contacts ohmiques distants est caractérisé en ce qu'unert plal quette constituant une charge s'étend rparallèlement à la couche d'arséniure de gallium à partir du contact anodique et en direction du contact cathodique, avec interposition d'une mince couche isolante entre ladite plaquette d'une part et le contact anodique et la couche d'arséniure de gallium d'autre part l'extrémité de ladite charge qui est la plus proche du contact cathodique agisse sant alors vis-à-vis de ce dernier en tant qu'anode virtuelle, et la matière de ladite charge étant telle qu'elle produise dans la couche d'arséniure de gallium une répartition du champ telle qu'il existe une région du champ élevé à ltextré- mité de ladite charge formant l'anode virtuelle. Le composant électronique suivant l'invention peut etre utilisé comme commutateur bistable, notamment comme élément de mémoire dans des circuits logiques, ou bien comme élément à résistance négative. Il peut compren dre une électrode auxiliaire en contact avec la charge au niveau de son extrémité constituant l'anode virtuelle1 cette électrode auxiliaire étant portée à un potentiel positif ou négatif pour créer respectivement une accumulation ou un appauvrissement d'électrons dans la couche d'arséniure de gallium sous cette électrode auxiliaire permettant ainsi de commander le fonctionnement du composant en fonction du potentiel appliqué à cette électrode. L'invention permet ainsi d'obtenir, d'une manière extrêmement sim ple, un élement bistable à commutation extrêmement rapide ( temps de basculement inférieur à une nanoseconde), lequel peut etre également utilisé comme amplificateur à des fréquences supérieures au GHz. On décrira ci-aprèsw à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référepce au dessin annexé sur lequel La figure 1 est une vue en coupe schématique d'un composant électronique à base d'arséniure de gallium épitaxial. La figure 2 est un diagramme donnant la variation de l'intensité du courant en fonction du temps dans le cas des deux états stables. La figure 3 est un diagramme donnant la variation de l'intensité en fonction de la tension dans le cas d'une commutation brusque. La figure 4 est un diagramme donnant la variation de l'intensité en fonction de la tension dans le cas d'un élément à résistance différentielle négative sans instabilité. Le composant électronique suivant l'invention représenté schématiquement sur la figure 1 comprend un support ou embase 1 en arséniure de gallium semi-isolant sur lequel est formée une couche 2 d'arséniure de gallium épitaxié. Sur les deux parties extrêmes de la surface supérieure de cette couche 2 sont formés deux contacts ohmiques distants, à savoir un contact 3 formant cathode à une extrémité de la couche 2 et un contact 4 formant anode à l'autre extrémité. Une plaquette semi-conductrice 5 > par exemple en arséniure de gal lium ou bien métallique s'étend parallèlement à la couche d'arséniure de gallium épitaxié 2, elt en étant séparée par une couche isolante 6 > par exemple en silice. Une partie de la plaquette 5 s'étend en regard et à proximité immédiate du contact anodique 41 en en étant toutefois séparée par une mince épaisseur de la couche isolante 6. La face extrême Sa de la charge 5 qui est la plus proche du contact cathodique 3 joue, à l'égard de ce dernier le rôle d'une fausse anode. Si X est la distance comprise entre cette fausse anode Sa et le bord du contact cathodique 5 on constate que pour une valeur suffisamment grande de cette distance X et une épaisseur suffisamment faible de la couche 2 le composant présente deux états stables mis en évidence par les diagrammes des figures 2 et 3 Les courbes expérimentales représentées sur ces figures sont obtenues avec un échantillon d arséniure de gallium dopé à 1015 cm3 environ d'épaisseur 7 microns dans 1 equel la distance X est égale à 600 microns et la distanceLentre les deux contacts q et 4 est de "50 microns. Les deux états stables,indiqués respectivement par A et B correspondent à des intensités d environ 115 mA et 45 mA, soit à un taux de commutation d environ 70 0} ce qui est bien supérieur aux taux de 50% d'une diode Cunn classique; La commutation entre les deux états A et B s'obtint par une variation de tension de quelques dizaines de volts en un temps correspondant W la formation du domaine, soit moins d une nanoseconde. n est à noter que le résultat ci-dessus dépend de plusieurs paramètres à savoir la distance X entre la cathode 3 et la fausse anode Sa, l'épais- seur de la couche d'isolant 6 et l'épaisseur de la couche semi-conductrice 2. Une épaisseur de la couche 2 ;nférieure à 12 microns est une condition nécessaire pour l obtention d un tel résultat. L épaisseur de la couche d isolant 6 est de 1 ordre du micron. Par ailleurs, si on diminue la valeur de la distance X on obtient alors un phénomène de résistance différentielle négative sans instabilitéS Comme le montre la figure 4. Ce phXnombee apparait lorsqu on réduit dans le composant tel que décrit ci-dessus, la distance X à la valeur de 200 microns. La limitation due à une épaisseur maximale de la couche semi-conductrice active 2 peut etre évitée si lRon place sur la charge 5,à l endroit de la fausse anode Sa, une électrode auxiliaire qui, par application d'une polarisation positive ounégative, créée respectivement par une accumulation d'électrons ou un appauvrissement sous cette électrode auxiliaire dans la couche 2, ce qui lentrai ne par conséauent une réduction de l'épaisseur de de la zone active. La plaquette 5 constituant la charge peut-etre constituée par un semiconducteur tel que l'arséniure de galliun,le titanate de baryum ou encore un métal conducteur tel que le cuivre ou bien toute autre matière produisant une répartition du champ telle qu il existe une région du champ élevé à 1 extrémité Fa de ladite charge constituant l'anode virtuelle Le composant suivant I invention peut etre utilisé comme commuta teur bistable, notamment comme élément de mémoire dans des circuits logiauesà temps de commutation très courts,(inférieur à une nanoseconde ) ou bien encore comme amplificateur à des fréquences supérieures au GH7 Il est du reste bien entendu que le mode de réalisation de l1inven- tion qui a été décrit ci-dessus, en référence au dessin annexé, a été donné à titre purement indicatif et nullement limitatif et que de nombreuses modificationspeuvent etre apportées sans que 1 on s'écarte pour cela du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS I . -Composant électronique à base d'arséniure de gallium épitaxial comprenant une couche d'arséniure de gallium sur lattUe@ sont formés deux contacts ohmiques distants, caractérisé en ce qu'une plaquette 5 constituant une charge s'étand parallèlement à la couche d'arséniure de gallium à partir du contact anodique 4 et en direction du contact cathodique 3 avec interposition d'une mince couche isolante 6 entre ladite plaquette d'une part et le contact anodique et la couche d'arséniure de gallium l'extrémité Sade ladite charge qui est la plus proche du contact cathodique agissant alors vis-à-vis de ce dernier en tant qu'anode virtuelle, et la matière de ladite charge étant telle qu'elle produise dans la couche d'arséniure de gallium une répartition du champ telle qu'il existe une région de champ élevé à l'extrémité de ladite charge formant l'anode virtuelle. 2. - Composant électronique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la couche 2 d'arséniure de gallium épitaxié a une épaisseur inférieure à 12 microns. 3. - Composant électonique quivant la revendication 1 comprenant une électrode auxiliaire placée en contact avec la charge au niveau de l'anode virtuelle Sa cette électrode auxiliaire étant portée à un potentiel positif ou négatif pour créer respectivement une accumulation ou un appauvrissement en électrons dans la zone de la couche d'arséniure de gallium 2 située sous cette électrode auxiliaire. 4. - Composant électronique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la distance entre l'anode virtuelle 5a et la cathode est suffisamment élevée pour que le composant constitue un élément commutateurbistable à temps de commutation très court inférieur à une nanoseconde. 5. - Composant électronique suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la distance entre l'anode virtuelle Sa et la cathode 3 est suffisamment faible pour qu'il constitue un élément à résistance négative différentielle sans instabilité.