Brevet FR2169159A1 — publié le 19730907

La présente invention concerne d'une façon générale des éléments de circuits à pertes commandées et plus particulièrement des lignes de transmission utilisées dans des circuits intégrés haute fréquence. I1 existe de nombreuses applications pour lesquelles il est nécessaire d'utiliser une ligne de transmission en circuit intégré ayant une caractéristique prédéterminée de perte ou d'atténuation. L'une des applications d'une telle ligne de transmission est un circuit de couplage entre deux étages amplificateurs haute fréquence. Différentes techniques pour établir des éléments de circuits intégrés à paramètres distribués ayant des caractéristiques prédéterminées de perte sont connues. Un tel système comporte des trajets conducteurs ayant plusieurs couches de métal, par exemple de chrome, d'argent ou d'or, déposées sur une couche isolante en bioxyde de silicium. Une perte ou atténuation prédéterminée est introduite par l'utilisation d'une couche métallique, par exemple en nickel-chrome, utilisée conjointement avec les couches de chrome, d'argent et d'or. Bien que cette technique donne un moyen pour obtenir un élément de circuit à paramètres distribués ayant une caractéristique prédéterminée d'atténuation, le traitement nécessaire pour le dépôt de plusieurs couches en différents métaux demande du temps et est motteux. De même, des condensateurs à armatures parallèles comportant une paire d'éléments métalliques en forme de plaques séparés entre lesquels est située une couche de bioxyde de silicium sont connus. Le bioxyde de silicium sert comme diélectrique d'une résistivité élevée, ce qui permet d'avoir un condensateur ayant des pertes minimales. Cependant, dans des circuits à Q faible, dans lesquels sont utilisés des éléments à inductance à pertes, il est avantageux d'utiliser des condensateurs ayant des pertes comparables. La perte nécessaire dans les condensateurs varie d'un circuit à l'autre, et par suite elle doit avantageusement etre commandée. de façon correspondante. Dans les circuits à Q faible selon les techniques antérieures, les éléments de résistance ont été connectés électriquement avec des condensateurs à pertes faibles pour obtenir la perte nécessaire requise pour l'adaptation des éléments à pertes du circuit. Cependant, cette dernière technique ne se prête pas à la fabrication des circuits intégrés en raison de l'espace nécessaire et du prix élevé. La présente invention a pour objet un élément de circuit perfectionné ayant une perte ou atténuation pouvant ventre commandée. L'invention a aussi pour objet un élément de circuit à paramètres distribués pour des circuits intégrés. L'invention a aussi pour objet un élément de circuit à paramètres distribués pouvant être produit en série en utilisant les techniques des semiconducteurs. L'invention a aussi pour objet un élément de circuit à paramètres distribués pouvant être fabriqué uniformément à un prix faible. L'invention a aussi pour objet un élément de circuit à paramètres distribués pouvant être fabriqué avec un nombre réduit d'étapes de traitement. L'invention a aussi pour objet un condensateur du type décrit ci-dessus se prêtant par lui-meme pour l'utilisation dans des circuits intégrés et pouvant être fabriqué a un prix relativement bas. Selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, une bande conductrice en semi-conducteur polycristallin par exemple en silicium, est déposée sur un support approprié. Le semi-conducteur polycristallin est dopé sélectivement pendant le dépit ou par une diffusion consécutive, avec une impureté pour modifier la résistance électrique de la bande. Quand la matière polycristalline est fortement dopée; sa résistivité est faible, ce qui forme une ligne à perte ou atténuation faible. Une ligne à atténuation faible peut être utilisée comme inductance ou condensateur selon sa longueur. Un dopage léger de la matière polycristalline forme une ligne à résistance a perte élevée pouvant Stre utilisée comme résistance.La matière semi-conductrice semi-cristalline peut être dopée pour une plage large des résistivités d'une façon pouvant être commandée pour obtenir des éléments de circuits à paramètres distribués ayant une plage large de caractéristiques d'atténuation. Selon un autre mode de mise en oeuvre de l'invention, un condensateur comporte deux armatures parallèles en matière conductrice, telle que du métal ou une matière équivalente, séparées l'une de l'autre d'une distance prédéterminée. Une couche de matière semi-conductrice semi-cristalline, de préférence de silicium polycristallin, ayant une résistivité prédéterminée, est déposée entre les deux armatures. La résistivité du silicium polycristallin est commandée par dopage pendant le dépôt ou par une diffusion consécutive. Le dopage du silicium polycristallin est effectué de façon classique par addition de quantités prédéterminées d'impuretés, telles que, par exemple, del'arsenic, du phosphore, etc. I1 est possible par le dopage de commander la résistivité du silicium polycristallin à des valeurs comprises entre approximativement 106ohm-cm pour la matière non dopée et 0,01 ohm-cm pour la matière fortement dopée. Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés sur lesquels la figure 1 est le schéma d'un amplificateur haute fréquence comportant des circuits d'adaptation d'entrée et de sortie; la figure 2 représente schématiquement les circuits d'adaptation de la figure 1 construits selon un mode de mise en oeuvre de l'invention; la figure 3 est une coupe schématique d'une structure de condensateur selon un mode de mise en oeuvre de l'invention, comportant une couche de diélectrique en silicium polycristallin non dopé, et la figure 4 est une coupe schématique d'une structure de condensateur similaire à celle de la figure 3 dans laquelle la couche de silicium polycristallin contient des impuretés de dopage. La figure 1 représente un amplificateur haute fréquence ayant des circuits d'adaptation d'entrée et de sortie, la base 12 d'un transistor 10 étant connectée à un circuit d'adaptation d'entrée comportant deux inductances 21 et 22 et un condensateur 25. Une armature du condensateur 25 est connectée à la base 12 du transistor 10 et l'autre armature est connectée à la masse. Une extrémité de l'inductance 21 est connectée à la base 12 et son autre extrémité est connectée à un point d'entrée 26. L'inductance 22 et un condensateur 24 sont connectés en série entre le point d'entrée 26 et la masse et une résistance 24 est connectée entre le point commun de l'inductance 22 et du condensateur 23 et un point de tension de polarisation 27. Le collecteur 11 du transistor 10 est connecté à un point d'alimentation en courant 37 à travers une inductance 31 et une résistance 32. Un condensateur de by-pass 33 est connecté entre le point commun de l'inductance 31 et de la résistance 32 et la masse. Le collecteur 11 est aussi connecté à une armature d'un condensateur 34 dont l'autre armature est connectée à une sortie 36. Un condensateur 35 est connecté entre la sortie 36 et la masse pour compléter le circuit d'adaptation de sortie. L'émetteur 13 du transistor 10 est connecté à la masse pour compléter le circuit du transistor 10. Pendant le fonctionnement, la tension en courant continu pour alimenter le transistor 10 est appliquée au collecteur 11 à travers la résistance 32 et l'inductance 31. De même, une tension de polarisation est appliquée à la base 12 du transistor 10 à travers la résistance 24, l'inductance 22 et l'inductance 21. Les condensateurs de by-pass 23 et 33 forment un circuit 9 faible impédance d la masse pour les signaux haute fréquence. Un signal d'une source de signaux haute fréquence (non représentée), ayant une impédance de sortie prédéterminée, est appliqué à l'entrée 26. Le circuit d'adaptation d'entrée comportant les inductances 21 et 22 et le condensateur 25 transforment l'impédance de sortie de la source de signaux pour l'adapter à l'impédance d'entrée du transistor 10 pour le transfert de la puissance maximale du signal du point 26 à la base 12. De façon similaire, le circuit d'adaptation de sortie comprenant l'inductance 31 et les condensateurs 34 et 35 adapte l'impédance de sortie du transistor 10 à celle d'une charge (non représentée) connectée au point de sortie 36. La figure 2 représente une version en circuit intégré du circuit de la figure 1, comportant des circuits d'adaptation utilisant des éléments construits selon l'invention. Un réseau de ligne de transmission 20 comprenant trois lignes de transmission 21a, 22a et 25a est formé de silicium polycristallin fortement dopé déposé par un support non conducteur pour constituer un réseau de résistances faibles à perte faible. Le dopage peut autre effectué pendant le dépôt ou par une opération consécutive de diffusion. Le réseau de transmission 20 comporte une ligne d'entrée 21; et des lignes 22e et 25a connectées près des extrémités opposées de la ligne 21a. La ligne 22a opère en tronçon court-circuité et la ligne 25e opère en tronçon en circuit ouvert. Les longueurs des lignes 21a, 22a et 25e sont ajustées pour obtenir les réactances inductives et capacitives nécessaires pour l'adaptation voulue de l'impédence pour le transistor lOa. Des longueurs particulières pour les différentes lignes sont données ci-après. La jonction des lignes 21a et 25a est connectée à la base 12a du transistor lOa. Un réseau similaire 30 comportant les lignes 31a, 34a et 35a est connecté au collecteur lla du transistor lOa. La ligne 22a du réseau de transmission 20 est connectée à un condensateur de by-pass 23a et à une résistance de polarisation 24a.L'autre armature (non représentée) du condensateur 23e est connectée à la masse, par exemple à une couche conductrice de la surface opposée du support, et l'autre extrémité de la résistance 24 est connectée å un point de tension d'alimentation. De façon similaire, la ligne 31a du réseau 30 est connectée à un condensateur de by-pass 33e et à une résistance 32a. L'autre armature (non représentée) du condensateur 33a est connectée à la masse et l'autre extrémité de la résistance de polarisation 32a est connectée à un point d'alimentation en courant 37a. L'émetteur 13e du transistor IOa est connecté à la masse pour compléter le circuit. La résistance de polarisation 24a est formée de silicium poly- cristallin légèrement dopé ou d'une autre matière semi-conductrice ayant une résistivité relativement élevée par comparaison à celle de la matière fortement dopée utilisée pour former le réseau de transmission 20. Une tension de polarisation est appliquée å partir d'une source de tension de polarisation 27e à la base 12a du transistor 10a à travers la résistance 24e, la ligne 22e et la ligne 21a. La résistance 24e et les lignes 22e et 21a sont analogues à la résistance 24 et aux inductances 22 et 21 de la figure 1.Le condensateur de by-pass 23a a une impédance faible à la masse en haute fréquence, de sorte qu'il isole la source de tension de polarisation de la base 12a du transistor 1-. Le condensateur 23e termine aussi la ligne 22e par un court-circuit. Comme la ligne 22a se termine pratiquement par un éourt-circuit (condensateur 23a) sa longueur est choisie pour autre inférieure à un quart de longueur d'onde å la fréquence de fonctionnement. De ce fait, la ligne 22A apparatt inductive de la façon désirée. La longueur de la ligne 25e aussi est inférieure à un quart de longueur d'onde, mais comme elle se termine en circuit ouvert cette ligne apparatt capacitive de la façon désirée. La longueur de la ligne 21a est choisie pour qu'elle apparaisse inductive quand elle se termine à la base 12a du transistor 10a. Le réseau de transmission 30 est similaire au réseau de transmission 20. Une résistance de polarisation 32e est formée de matière semi-conductrice polycristalline dopée légèrement, déposée sur un support, comme la résistance 24a. Une alimentation en courant est connectée au collec teur lla à travers la résistance de polarisation 32e et la ligne 31a. Le condensateur 33a forme une terminaison en court-circuit pour la ligne 31a qui a une longueur inférieure à un quart de longueur d'onde, et par suite cette ligne apparat t inductive de la façon désirée. La ligne 35e se termine en circuit ouvert et elle a aussi une longueur inférieure à un quart de longueur d'onde, de sorte qu'elle apparaît capacitive.La ligne 34e est élargie dans sa partie centrale pour qu'elle apparaisse capacitive de la façon désirée. Le réseau 30 adapte l'impédance de sortie du transistor 10 à une charge extérieure (non représentée) de façon qu'un signal entrant appliqué au point 28e provoque l'apparition d'un signal sortant au point 36e. Bien que des lignes ayant des longueurs spécifiques soient décrites suivant ce mode de réalisation, il doit rentre noté que des lignes ayant n'importe quelles longueurs fabriquées en utilisant de la matière semi conductrice polycristalline tombent aussi dans le cadre de l'invention. Les lignes de transmission du type décrit ci-dessus et ayant une caractéristique prédéterminée de perte ou d'atténuation peuvent être facilement obtenues en utilisant la technique ci-dessus. L'utilisation de matière polycristalline dopée ayant une résistivité prédéterminée permet une commande précise du facteur de perte d'une ligne de transmission fabriquée selon l'invention, ce qui permet une réalisation plus précise du réseau synthétisé dans lequel la ligne est utilisée.Dans le cas du silicium polycristallin, la résistivité varie d'après l'addition d'impuretés telles que, par exemple, l'arsenic, le phosphore et le bore. I1 est possible de commander la résistivité du silicium polycristallin à des valeurs comprises approxima 6 tivement entre 10 ohm-cm pour de la matière non dopée et 0,01 ohm-cm pour de la matière fortement dopée. Cette technique de fabrication réduit le temps nécessaire pour la production en supprimant la nécessité de conducteurs en couches de plusieurs métaux qui nécessitent plusieurs étapes de traitement pour former l'ensemble. La figure 3 représente un condensateur 40 à armatures parallèles selon l'invention. Ce condensateur comporte deux armatures ou plaques conductrices 42, 44 séparées l'une de l'autre d'une distance "d". Une couche de matière diélectrique, dans le cas considéré de silicium polycristallin, est déposée entre les armatures 42 et 44. I1 sera noté que du germanium polycristallin ou une autre matière semi-conductrice peut être utilisé aussi bien, tout en restant dans le cadre de l'invention. Le condensateur est fabriqué de la façon habituelle par dépôt de la couche de diélectrique 46 sur l'armature 42, et ensuite par liaison de l'armature 44 à la surface exposée de la couche de diélectrique. Le silicium polycristallin peut oestre non dopé ou dopé selon la valeur de la perte nécessaire dans le condensateur terminé. Dans le cas du silicium polycristallin la résistivité de celui-ci varie d'après l'addition d'impuretés, telles que de l'arsenic, du phosphore, du bore, etc. Comme il a été indiqué ci-dessus, il est possible de commander la résistivité du silicium polycristallin à des valeurs comprises approximativement entre 106 ohm-cm pour de la matière non dopée et 0,01 ohm-cm pour de la matière fortement dopée. La figure 4 représente un condensateur 40e ayant une couche de diélectrique formée de silicium polycristallin dopé. Le condensateur 40a comporte des armatures ou plaques conductrices 42e et 44e entre lesquelles est déposée une couche 46a de silicium polycristallin contenant des impuretés du type décrit ci-dessus, de sorte que le facteur de perte du condensateur 40e est supérieur à celui du condensateur 40 de la figure 3. Le dopage de la couche diélectrique 16a peut être effectué pendant son dépôt ou ultérieurement par diffusion des impuretés dans la couche de silicium polycristallin non dopé. Cette diffusion peut être obtenue, par exemple, en plaçant un condensateur comportant une couche de diélectrique en silicium polycristallin non dopé dans une atmosphère sous pression des impuretés de dopage. Les condensateurs selon l'invention peuvent être utilisés dans des circuits électriques, tels que des réseaux d'adaptation de l'impédance, des structures de filtres, des atténuateurs ayant des pertes prescrites en fonction des caractéristiques de fréquence, des circuits de prédistorsion, des circuits de post-distorsion ou d'autres circuits pouvant être du type à Q faible. L'utilisation de la matière polycristalline permet une commande facile du facteur de perte pour un condensateur fabriqué selon l'invention, ce qui permet une réalisation plus précise d'un réseau synthétisé dans lequel le condensateur est utilisé. Celui-ci minimise la nécessité d'étudier à nouveau des circuits pour l'utilisation des condensateurs à pertes relativement faibles des types classiques. En résumé, les techniques selon l'invention représentent un moyen simple, peu coûteux et efficace pour former des éléments de circuits tels que des lignes de transmission et des condensateurs ayant des caractéristiques prédéterminées de pertes ou d'atténuation. Bien entendu, la description qui précède n'est pas limitative et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes sans que l'on sorte de son cadre. REVENDICATIONS 1. Elément de circuit caractérisé par une couche de matière support et une bande semi-conductrice déposée sur ce support, cette bande semi-conductrice étant formée d'une matière semi-conductrice polycristalline ayant une résistivité d'une valeur donnée pour modifier de façon prédéterminée l'atténuation de cet élément de circuit. 2. Elément de circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bande conductrice est en silicium polycristallin. 3. Elément de circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice polycristalline contient une quantité prédéterminée d'impuretés pour modifier sa résistivité de façon correspondante. 4. Elément de circuit selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en 6 ce que la résistivité du silicium polycristallin est comprise entre 10 ohm-cm et 0,01 ohm-cm. 5. Elément de circuit selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte des éléments supports en matière métallique. 6. Elément de circuit caractérisé en ce qu'il constitue un condensateur comportant des armatures conductrices séparées par une matière semi-conductrice en semi-conducteur polycristallin ayant une résistivité d'une valeur donnée. 7. Condensateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice est du silicium polycristallin. 8. Elément de circuit selon la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que la matière semi-conductrice polycristalline contient une quantité prédéterminée d'impuretés pour modifier sa résistivité. 9. Elément de circuit selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce 6 que la résistivité du silicium polycristallin est comprise entre 106 ohm-cm et 0,01 ohm-cm.