Brevet FR2177764A1 — publié le 19731109

La présente invention concerne un dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs destiné produire des oscillations électriques qui doivent subir des variations de forme d'amplitude, de fréquence ainsi que de rapport d'impulsions, ce dispositif devant donc être utilisé tomme générateur d'oscillations dans des couplages pour divers appareils. On sait que,par suite de la complexité relativement grande des circuits de commutation, la fabrication de générateurs d'oscillations de type micro-électroniquefCisant appel à des circuits oscillants est difficile à mattriser au point de vue technologique. C'est pourquoi on continue encore à préférer la fabrication traditionnelle des nérateurs d'oscillations avec des éléments de construction discrets ce qui limite les possibilités de dimi nuer l'encombrement et d'améliorer les paramètres. C'est pour cette raison qu'on a déjà mis au point des dispositifs de couplage oscillants intégrés dans lesquels sont monts en série une zone de capacité, une zone émetteur et une zone collecteur de type p-n. la distance entre la zone émmetteur et la zone collecteur de type p-n est plus grande que la longueur de diffusion possibledans ce domaine du porteur minoritaire et la distance minimale entre la zone d'émetteur et la zone de collecteur p-n est plus grande que la longueur de déplacement du porteur minoritaire possible dans ce domaine. Avec ce dispositif de commutation oscillant qui peut déjà être logé d & s une succession de zones n'ayant que trois couches de type conducteur différent et qui est avantageux au point de vue construction, les grandeurs électriques qui peuvent être obtenues pour la fréquence limite, le rendement et la puissance de sortie sont encore trop faibles pour la plupart des cas d'utilisation. Lorsqu'on a besoin d'une puissance de sortie importante il faut procéder à une amplification correspondante du signal de sortie. La dépense à w évoir pour le dispositif amplificateur nécessaire à cet effet et son encombrement sont relativement grands. Le but de l'invention est de diminuer dans un dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs la dépense supplémentaire pour l'amélioration des paramètres sindE combrement et d'élargir le domaine d'utilisation. le probleme à résoudre par l'invention consiste donc à améliorer par des mesures techniques pouvant être reproduites d'une façon sûre, la puissance de sortie ainsi que la fréquence limite et le rendement d'un dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs susceptible d'être fabriqué de façon avantageuse. L'invention porte donc sur un dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs connu dans lequel une zone de collecteur, une zone d'émetteur et une zone de capacité de type p-n sont montées en série et dans lequel la distance entre la zone de type p-n de l'émetteur et celle de la capacité est plus grande que l'éloignement entre la zone de type p-n de l'émetteur et celle du collecteur ; cette invention est caractérisée en ce que la surface de la zone p-n de l'émetteur est plus grande que la surface de la zone p-n de collecteur et/ou en ce que la zone p-n de l'émet- teur est shuntée par une résistance intérieure et/ou extérieure. Aux deux parties terminales du dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs et entre les zones p-n sont montés de façon connue en soi des contacts ohiniques.. Grâce au raccourcissement de la longueur de la base résultant de ce dispositif le retard du temps de transit et l'influence de la recombinaison sont diminués de sorte que l'on obtient un courant collecteur sensiblement plus élevé et des fréquences limites plus élevées. Celà signifie qu'on a notamment une meilleure puissance de sortie et que par conséquent la dépense ainsi que l'encombrement pour un dispositif amplificateur sont plus faibles. Dans de nombreux cas même on n'a plus besoin d'amplificateur. En outre, le rendement du dispositif de couplage oscillant est plus élevé grâce aux mesures selon l'invention. La diminution de l'encombrement et la possibilité de faire varier les oscillations au moyen d'éléments de construction extérieurs et notamment au moyen de la tension de commande ainsi que par un effet de température ou de rayonnement élargissent notablement le domaine d'utilisation pour le dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs. A titre d'exemple, par suite de la génération du porteur de charge, ce dispositif peut être utilisé comme modulateur de fréquence commandé par température ou par rayons lumineux. les conditions de fahrication avantageuses dues à la simplicité de structure du dispositif de couplage oscillant à semiconducteurs et aux qualités des éléments de construction sont encore améliorées si au moins une zone p-n et/ou au moins une jonction remplaçant des contacts ohmiques sont réalisés sous la forme d'une jonction métal-semi-conducteur. On peut agir sur la vitesse de commutation en faisant varier la valeur du gradient de dopage dans la zone de la base. La commande des oscillations en ce qui concerne leur forme; leur amplitude, leur fréquence ainsi que le rapport d'impulsions s'effectue de façon connue en soi au moyen d'autres contacts ohmiques indépendants de la direction du courant dont un ou plusieurs sont disposés sur la base entre la zone p-n d'émetteur et la zone de collecteur et dont un ou plusieurs sont disposés sur le tronçon entre la zone p-n d'émetteur et la zone p-n de capacité. On obtient un comportement de commutation particulièrement favorable lorsque la concentration de dopage va en montant de la zone p-n de collecteur à la zone p-n d'--metteur. Lorsqu'on a besoin d'une puissance de sortie encore plus grande il est prévu suivant un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention qu'une structure de transistor est montée directement sur le dispositif de couplage oscillant à semi conducteurs, la base de la structure étant disposée sur le domaine de base du dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs. Par suite, le nombre de couches restant le même, le signal de sortie est amplifié. a possibilité de réaliser d'une façon simple et sûre le dispositif intégré ne nécessite, notamment avec un dispositif à trois couches, qu'une dépense supplémentaire et un encombrement réduits. Dans tous les dispositifs de couplage oscillants à semi conducteurs on obtient des résultats particulièrement favorables en ce qui concerne l'encombrement et les paramètres électriques lorsque, dans le secteur qui se trouve entre la zone p-n d'émetteur et la Zone de capacité, il existe une région à vitesse de recombi naison plus élevée et/ou une région à conductibilité plus élevée que celles du matériau semi-conducteur qui l'Hntoure. xes caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple, en référence au dessin annexé - la fig. 1 représente un dispositif de commutation oscillant à semi-conducteurs avec une succession de zones de quatre couches de type conducteur alterné et trois jonctions p-n - la fig. l représente un dispositi de couplage oscillant à semi-conducteurs avec une succession de zones de trois coches de type conducteur alterné et deux jonction p-n - la fig. 3 représente un dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs selon la fig. 2 auquel est associé un transi tor. Selon le mode de réalisation représenté à la fig. l la zone p-n de collecteur 1, la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de capacité 3 sont montées en série. ii ltextremité où se trouve la zone p-n de capacité 3 est monté le contact ohmique 4 qui est relié au pôle positif de la source de courant continu 5. S l'extrémité où se trouve la zone p-n de collecteur 1 est monté le contact ohmique 6 auquel est connecté le pôle négatif de la source de courant continu 5. bur le secteur entre la zone p-n de collecteur 1 et la zone p-n d'émetteur 2 est monté le contact de base 7 et sur le tronçon entre la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de capacité 3 se trouve le contact ohmique 8. Dans ce tronçon est, en outre, prévue une région à vitesse de recombinaison supérieure 9, Qt une région à conductibilité supérieure par rapport à la matière semi-conductrice entourant ces zones. La surface de la zone p-n de collecteur l est notablement inférieure à la surface de la zone p-n de l'émetteur. Ceci donne une densité de courant d'émetteur relativement faible par rapport au courant collecteur. Il en résulte que, lorsqu'on applique une tension sufisamment elevée pour produire les oscillations , le facteur d'amplification x au début de la percée d'avalanche n'est que d'une faible grandeur de sorte que, en supposant M x a: = 1, le facteur de multiplication M doit prendre une valeur relativement grande. Ce n'est que lorsque le courant augmente que atteint sa valeur maximale se rapprochant de 1. tsn cas de chute de la tension collecteur-émetteur sous l'action du courant de déplacement limité de la zone p-n de capacité 3, le dispositif reste encore un certain temps dans le domaine de passage. Ce n'est que la diminution de la tension jusqu'en dessous de la tension limite, pour laquelle on n'a plus M x = 1 qui amène le retour à l'état de blocage sans passage à résistance ohnique élevée sous l'action du faible courant collecteur qui circule maintenant, la zone p-n de capacité 3 est déchargée par l'intermédiaire de sa résistance de transition propre de sorte que se rétablit la répartition de tension initiale pour l'amorçage d'un nouveau cycle d'oscillation.Le fonctionnement du dispositif est assuré s'il ne se produit pas de phénomène de percée entre la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de capacité 3. C'est pourquoi la distance entre la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de capacité 3 est supérieure à la distance entre la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de collecteur 1 et c'est pour la même raison que l'on a prévu la zone à vitesse de recombinaison supérieure 9. Dans le dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs représenté à a fig. 2 qui conporte seulement deux jonctions p-n les zones p-n sont également montées en série. mutant donné que le pôle positif de la source de courant continu 5 est relié au contact ohmique 4 de la zone de base 11, une partie du courant collecteur s'écoule exclusivement parallèlement à la jonction p-n 12 -à' grande surface tandis que l'autre partie du courant collecteur franchit deux fois la jonction p-n 12. Par suite la zone p-n d'émetteur 2 et la zone p-n de capacité 3 se forment sur la jonction p-n 12. la faible densité de courant d'émetteur nécessaire pour un comportement de commutation résulte de la différence de surface entre la zone p-n de collecteur et la partie du courant collecteur qui passe par la zone de base ll et court-circuite par l'intermédiaire de la résistance de base la zone p-n d'émetteur 2. Les limites locales de la zone p-n de capacité 3 qui, dans les phases de régénération, occupe la totalité de la surface de la jonction p-n 12 ainsi que celle de la zone p-n d'émetteur 2 sont fortement dépendantes du temps par suite de leur interdépendance. C'est pourquoi il est poesible de produire beaucoup plus de formee d'oscillations différentes qu'avec le dispositif représenté à la fig. 1.En recourant aux mesures déjà indiquées à propos du dispositif représenté à la fig. 1, on peut, par exemple, produire des impulsions en aiguilles, des impulsions en gradins, des impulsions en dents de scie, des impulsions triangulaires ou des impulsions sinusoidales. Dans le dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs représenté à la fig. 3 le dispositif de couplage oscillant à semiconducteurs représenté à la fig. 2 est associé pour amplifier le signal de sortie à un transitor disposé dans la zone de base commune.ll. En face de sa zone p-n de collecteur 14 avec le contact ohmique 15 se trouve la zone p-n d'émetteur 16 correspondante avec le contact ohmique 17 dans la zone de base 11. Le contact ohmique 17 est relié à la source e courant continu 5. La zone p-n de collecteur 1 du dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs et la zone p-n de collecteur 14 du transistor sont reliées par la couche résistante 18 qui est séparée électriqument par une couche isolante 19 de la zone de base 11. On voit facilement que ce dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs est favorable pour être fabriqué sos forme intégrée. Les signaux anplifiés sont recueillis aux contacts ohmiques 6 et 15. En ce qui concerne le dispositif de commutation oscillant à semi-conducteurs représenté aux fig. 1 et 3 les conditions, possibilités et avantages sont par ailleurs ceux qui ont été indiqués dans la description. REVENDICATIONS 1 - Dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs dans lequel une zone p-n de collecteur, une zone p-n d'émetteur et une zone p-n de capacité sont montées en série et dans lequel la distance entre la zone d'émetteur et la zone de capacité est supérieure à la distance entre la zone émetteur et la zone collecteur, et qui comporte des contacts ohmiques aux deux tronçons terminaux et au tronçon entre les zones p-n, caractérisé en ce que la surface de la zone -p-n d'émetteur est plus grande que la surface de la zone p-n de collecteur et/ou en ce que la zone p-n d'émetteur est court-circuitée par une résistance intérieure et/ ou une résistance extérieure. 2 - Dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins une zone p-n et/ou au moins une jonction p-n remplaçant des contacts ohmiques, sont réalisées sous forme d'une jonction métal-semi-conducteur. 3 - Dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la concentration de dopage dans le corps semi-conducteur va en augmentant de la zone p-n de collecteur à la zone p-n a' émetteur. 4 - Dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que, sur ce dispositif, est montdeune structure de transistor dont la base est disposée dans la zone de base du dispositif de couplage oscillant à semi-conducteurs.