Brevet FR2287774A1 — publié le 19760507

Il existe des diodes au silicium 4 structure PIN dont ltépaisseur de la zone intrinsèque est inférieure à 15 microns. Généralement ces diodes sont utilisées comme atténuateurs en très hautes fréquences et en ultra-haute fréquence dans le domaine de la télévision. dans ces applications les puissances moyennes supportées par les diodes au silicium à structure PIN de base mince sont faibles, de l'ordre de 25 watts pour les puissances crêtes. Dans les déphaseurs en onde guidée gouvernant des puissances élevées, supérieures à des puissances crêtes de l'ordre du kilowatt, dans la gamme de fréquences supérieures à 1000 Mégahertz, on utilisait jusqu'à présent des diodes au silicium à structure PIN à base épaisse, supérieure à 35 microns, avec des temps d'application de la puissance inférieure à 30 microsecondes. On contrôle un accroissement de la conductance de telles diodes PIN à base épaisse, polarisées en inverse lorsque ces-diodes travaillent à des tensions crêtes voisines de la tension d'avalanche. Pour la bonne tenue en puissance des déphaseurs, il s'avérait donc nécessaire de choisir des types de diodes PIN dont le profil de diffusion et les profondeurs étaient particulièrement étudiés et soignés. Ceci entraînait jusqu'à présent une technologie compliquée et un coût élevé des diodes utilisables. La présente invention consiste en une application nouvelle des diodes au silicium à structure PIN dont l'épaisseur de la zone intrinsèque est inférieure à 15 microns, à la commutation, à des fréquences supérieures à 1000 Mégahertz de puissances crêtes de l'or- dre du kilowatt, pour des temps d'application des dites puissances inférieurs à 30 microsecondes, avec le résultat nouveau que de façon surprenante ces diodes tiennent les puissances crêtes très élevées. Il est en effet surprenant de constater que des diodes au silicium à structure PIN dont l'épaisseur de la zone intrinsèque est inférieure à 15 microns, peuvent gouverner les puissances crêtes supérieures au kilowatt pendant des temps d'application inférieurs à 30 microsecondes, dans des gammes de fréquence supérieures à 1000 Mégahertz. Seules les diodes au silicium à-structure PIN à base épaisse, supérieure à 35 microns, étaient jusqu'à présent considérées comme capables d'être utilisées. La demanderesse s'explique ce résultat surprenant et nouveau par la conjugaison de deux phénomènes. L'intensité de courant d'avalanche dans la diode est ramené à une valeur très basse par un phénomène d'extinction : le courant d'avalanche se trouvant en opposition de phase avec le signal appliqué. L'épaisseur de la zone intrinsèque de la diode, afvia par la vitesse des porteurs les plus rapides, est dans une diode au silicium à structure PIN de base mince, inférieure à la demi-période du signal appliqué de fréquence supérieure à 1000 Mégahertz. Pour l'application nouvelle proposée par la Demanderesse, les diodes, lorsqu'elles sont utilisées pour des temps d'application de l'ordre de 30 microsecondes doivent avoir une largeur de bande intrinsèque L1 en centimètres, liée à la demi-période du signal appliqué par la formule : L ri 1 dans laquelle X est la pulsation angulaire en radian par seconde du signal. Les diodes ainsi définies sont applicables à la commutation en hyperfréquence de puissances crêtes supérieures au kilowatt lorsqu' elles sont placées en shunt ou en série dans des lignes hyperfréquences telles que guide, coaxial, strip ou microstrip. Par leur application dans un tel moulage , on modifiera le trajet d'une onde par réflexion ou aiguillage et on introduira ainsi un déphasage sur cette onde : cette application est à la base de l'obtention du déphasage dans les antennes à balayage électronique pour lesquelles la possibilité de supporter des puissances élevées est un élément fondamental. A titre d'exemple non limitatif on décrit ci-après l'application d'une diode au silicium à structure PIN à base mince dans un déphaseur en onde guidée gouvernant une puissance élevée. La diode au silicium de structure PIN dont les caractéristiques sont les suivantes - maximum de la tension d'avalanche 100 volts pour un courant de 10 microampères, - résistance série 1,3 ohm à 100 milliampères, - temps de recouvrement inverse pour une intensité de courant di rect de 10 milliampères, et pour une tension de polarisation en inverse de 10 volts, de l'ordre de 200 nanosecondes, et qui a une épaisseur de zone intrinsèque de l'ordre de 10 microns, montée dans un guide d'onde rectangulaire de 120 mm de longueur et de 34 mm de largeur et placée en shunt parallèlement au champ électrique de l'onde incidente, c'est à dire parallèlement au petit côté du guide d'onde, supporte des puissances crêtes de 4 kilowattsà la fréquence de 3000 Mégahertz pour des temps d'application de 2 microsecondes, avec un facteur de forme de 1000. Cette diode dont la capacité est de 0,3 picofarad permet de déphaser l'onde incidente de 20 degrés. Après un temps de fonctionnement de 10 heures, cette diode continue à avoir les mêmes caractéristiques , aucune détérioration appréciable n'a été notée lors de l'application de puissances habituellement considérées comme incompatibles ave-c une telle diode, et en particulier la dite diode continue à introduire un déphasage de 20 degrés dans le montage précédemment décrit. La nouvelle application de diodes au silicium à structure PIN dont l'épaisseur de la zone intrinsèque est mince à la commutation de puissances crêtes supérieures au kilowattdans des lignes hyperfréquences est particulièrement intéressante pour les guides,coaxial,strip ou microstrip et pour les lentilles électromagnétiques actives, hyperfréquence#. Bn particulier cette application nouvelle des diodes trouve une utilité particulièrement intéressante dans les dispositifs d'obtention de balayage électronique en hyperfréquence. REVENDICATIONS 1.- Nouvelle application des diodes au silicium à structure PIN dont l'épaisseur de la zone intrinsèque est mince, à la commutation en hyperfréquence de puissances supérieures au kilowatt crête caractérisée en ce que ltéXaisseur de la zone intrinsèque est inférieure à 15 microns lorsqu'elles sont appliquées à la commutation de puissances crêtes supérieures au kilowatt, dans des gammes de fréquences supérieures à 1000 Mégahertz. 2.- Nouvelle application de diodes au silicium à structure PIN dont l'épaisseur de la zone intrinsèque est inférieure à 15 microns à la commutation de puissances crêtes supérieures au kilowatt dans des gammes de fréquences supérieures à 1000 mégahertz selon la revendication 1 caractérisée en outre en ce que le temps#d'applica- tion de la puissance est inférieur à 30 microsecondes.