Brevet FR2293068A1 — publié le 19760625

La présente invention concerne un dispositif semiconductenr à effet Gunn dont la structure permet de faire varier le champ électrique le long de l'échantillon. On sait que les conditions d'injection de courant au niveau de la cathode d un tel dispositif peuvent avoir une grande influence sur son fonctionnement. Dans le - ca# d' un échantillon assez dopé, ayant un produit (n x 1) du nombre de porteurs n par la longueur de l'échantillon 1 supérieur à 1012cm2-et devant fonctionner en oscillateur, on utilise, généralement, un contact dit ohmique. Ce type de contact est caractérisé par un champ électrique pratiquement nul au voisinage immédiat de la cathode.Par contre, dans le cas d'une diode devant fonctionner en amplificateur ou dans le mode sans domaine, plus communément désigné par le terme L.#.Â.court ayant un produit (n x 1) proche de 1012cm2, il est souhaitable d'utiliser un contact non ohmique. Dans ces conditions en effet, l'injection de courant est limitée, ce qui assure l'existence d'un champ non nul au voisinage immédiat de la cathode et une répartition plus uniforme 4u champ électrique sur toute la longueur de l'échantillon. Un tel contact ohmique, est très difficile à mettre en oeuvre. Rn outre, dans le cas des dispositifs connus, que le contact-de cathode soit, d'ailleurs, ohmique ou non ohmique, ce dernier est realisé au moyen d'une électrode recouvrant uniformément la face (capté) cathode) du dispositif. Dans ces conditions, le front de courant se propage parallèlement à la surface d'injection : cette propagation peut, alors, être qualifiée d'unidimensionnelle. La présente invention concerne un dispositif à effet--Gunn dont la structure permet d'obtenir, d'une part un contact de cathode con suivant à un courant d1injection limité, d'autre part une propagation du front de courant non plus unidimensionnelle mais tridimensionnelle. L'invention sera mieux comprise; à l'aide des explications qui vont suivre et des figures jointes parmi lesquelles - la figure I représente schématiquement une forme de réalisa tion d'une partie d'un dispositif conforme à l'invention - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe d'un dispositif conforme à 11 invention - la figure 3 représente schématiquement une variante de réalisation d'un dispositif conforme à l'invention - la figure 4 représente un perfectionnement au dispositif conforme à l'invention. Sur la figure I, un dispositif conforme à l'invention est essentiellement constitué par une plaquette de semiconducteur en Ga As, par exemple, référencée 1, de type N, constituant la partie active dans laquelle se développe l'effet de Gunn, ellé#meAme réalisée sur un substrat N du même matériau semiconducteur très fortement dopé et qui constitue le contact d'anode2.Le contact de cathode 3 déposé sur la face de la plaquette 1 opposée au contact d'anode 2 est, conformément à l'invention, constitué par une mosalque à deux motifs, l'un référencé A et l'autre référencé B sur la figure 1.L'ensemble de chacun de ces types de motifs détermine une série de zones, l'une d'telles étant capable d'injecter du courant, tandis que l'autre, dans ces conditions, le bloque et vice-versa. les dimensions et la -densité de ces zones déterminent la densité du courant injecté. la surface sur laquelle est relisée l'électrode de commande de cathode comprend donc à la fois des portions de contact ohmique ou non ohmique (à savoir permettant le passage d'un courant limité) et des portions de contacts redresseurs coopérant entre elles pour limiter le courant d'une part, et assurer sa propagation dans trois directions au sein du semiconducteur actif d'autre part. nnns le cas de la figure 1, ce sont les zones A qui sont capables d'injecter le courant. Leur forme n'est pas limitative et est optimisée en fonction des performances que doit fournir le disposisitif. L'électrode de commande de cathode servant à amener le courant, non représentée sur la figure I afin de ne pas nuire à la clarté de la description,est représentée en 50 sur la figure 2. il peut s'agir d'un alliage métallique recouvrant toute la surface du dispositif. La figure 2 est une représentation,en coupe,d'un dispositif selon l'invention sur laquelle apparaissent les zones A et les zones B. Les mêmes éléments portent les mêmes références dans toutes les figures.Quand une tension est appliquée entre l'anode et la cathode du dispositif, le courant passe au niveau des zones A (voir les flèches 10 sur la figure 2) tandis qu'au niveau des zones B se développe une charge d'espace 31 schématiquement limitée sur la figure par des pointillés. Dans ces conditions, contrairement à ce oui se passe selon l'art connu, on se trouve en présence d'une pro pagation dans les trois directions Une telle propagation peut, dans ce cas, être qualifiée de tridimensionnelle. Une telle structure peut être réalisée en mettant en oeuvre les techniques connues de masquage, d'épitaxie localisée, de diffusion, d'évaporation sous vide, d'électro-formage etc... Un procédé de réalisation dtun dispositif conforme à l'invention est donné ci-dessous à titre d'exemple nullement limitatif, Sur un substrat 2 de semiconducteur très fortement dopé en GaAs de type N+, par exemple, une couche 1 du même matériau mais de type N constitue la partie active du dispositif. C'est dans celleci que se développe# l'effet de Gunn. Sur la surface de l'échantillon opposée à l'anode, une couche de type P est alors crée sur toute la surface de l'échantillon, par tous moyens connus tels qu'une épita xie, une diffusion ou une implantation ionique.A travers un masque approprié, reproduisant la configuration des motifs A et B de la mosaSque définie précédemment, une attaque permet de creuser localement cette couche de type P et de mettre à nu, la couche active t au niveau où doivent être réalisées les zones A. La couche de type P qui subsiste constitùe les zones B. Ensuite, un dépôt métallique (alliage de germanium-or par exemple) est réalisé sur toute la surface de l'échantillon ainsi traité. Ce dépôt remplit les régions mises à nu préalablement et recouvre la couche de type P (zones B) jouant ainsi un double rôle : celui de contact injectant le courant au niveau des zones A et celui d'électrode de commande de cathode 30 servant à amener le courant et à assurer l'équipotentialité entre les deux zones A et B. Ire courant dans ces conditions est bloqué au niveau des zones B par la jonction PN et est injecté au niveau des zones A métalliques. Une jonction PN telle que décrite précédemment n'est pas le seul élément capable de bloquer l'injection du courant. En fait tout élément susceptible de former une barrière de potentiel peut réaliser cette fonction. Il peut s'#gir, en particulier, d'une barrière de Schottky. Dans ce cas, un premier dépôt métallique (d'un alliage de germanium-or par exemple) 300 est déposé sur toute la surface de la couche active opposée à l'anode. A travers un masque approprié reproduisant la configuration des motifs A et B de la mosaïque définie précédemment, ce premier dépôt métallique est attaqué et creusé localement au niveau des zones B jusqu'à ce que, à ce niveau, la couche active I soit mise à nu. Ires zones 300 (figure 3) où subsite ce premier dépôt métallique correspondent aux zones A.Un deuxième dépôt métallique capable de former avec le matériau semiconducteur sous-a- cent une barrière de Schottky est déposé sur toute la surface de l'échantillon ainsi traite.Il peut s'agir d'un dépôt de platine, de nickel etc.. Ce deuxième dépôt joue alors un double rôle: celui de contact bloquant l'injection de courant au niveau des zones B et celui d'électrode 30 de commande de cathode destiné à amener le courant qui est alors injecte à travers les zones métalliques A. les zones A, peuvent elles-mêmes être réalisées de différentes façons. Dans les exemples décrits, il s'agissait de dépôts métalliques, donc de contacts ohmiques. Des couches de matériau semiconducteur très fortement dopé (de type Nf par exemple) peuvent également remplir cette fonction ainsi que toute combinaison conduisant à un contact ohmique ou à un contact non-ohmique c'est-à-dire capable d'injecter un courant limité. Dans le cas de la structure de la figure 2, les faces externes des zones A et B recevant l'électrode de commande 50 sont dans le même plan. Selon une variante de réalisation, les zones A peuvent être, en revanche, réalisées en relief par rapport aux zones B et vice-versa. Un exemple d'une telle réalisation est schématiquement représenté sur la figure 4 qui, comme dans le cas de la figure 2 est une vue en coupe d'un dispositif conforme à l'invention. Une implantation ionique ou tout autre procédé connu,permet de réaliser, à travers un masque les zones B sur la plaquette active I de type N. Ces zones B se présentent alors comme des régions de type P. Les zones A sont obtenues au moyen d'un dépôt d'un alliage de gertnanium-or se présentant en relief par rapport aux zones B. L'électrode de commande 30 recouvre l'ensemble en suivant le relief. Dans les exemples décrits précédemment, les zones capables d'injecter le courant apparaissent noyées au milieu des zones B constituant le reste de la surface de l'échantillon. Comme cela a été dit précédemment il peut se faire que, pour le bon fonctionnement du dispositif, ce soient, au contraire,les zones B qui se trouvent noyées au milieu des zones A. La figure 5 représente schématiquement un perfectionnement aux dispositifs conformes à l'invention décrits précédemment, perfectionnement qui permet un meilleur contrale du courant injecté dans le dispositif. Une couche diélectrique 50 isolant les zones A des zones B permet d'obtenir ce résultat. l'exemple de réalisation schématisé sur la figure 5 se rapporte à un dispositif du type de celui qui a été décrit dans les figures ff et 2. Différents procédés de réalisation peuvent etre mis en oeuvre pour élaborer une telle structure. Un de ceux-ci consiste, par exemple, à déposer sur la surface de la partie active du dispositif, après la formation des zones B de type P, une couche de diélectrique 50 qui est gravée au niveau oh doivent être réalisées les zones A. Ces dernières peuvent être constituées par une couche de semiconducteur (Ga As) de type N tres fortement dopé, obtenue par épitaxie. L'électrode métallique de commande 30 déposée par évaporation sous vide recouvre l'ensemble de la couche diélectrique et des zones A. ces cesconditions les zones A sont bien isolées électriquQment des zones B. Une première source de polarisation P1 négative peut donc être reliée à l'électrode de commande de cathode 30 et une seconde source de polarisation P2 également négative à l'ensemble des zones B du type P. Il est alors possible en polarisant plus ou moins les zones B négativement par rapport aux zones A de contrôler électroni quement le courant injecté. On se trouve alors en présence d'une triode à effet de Gunn. REVENDICATIONS 1. Dispositif semiconducteur à effet Gunn du type comportant une couche active faite en un matériau semiconducteur d'un type de conductivité donné, un premier contact d'anode et un second contact de cathode, caractérisé en ce que ledit second contact comporte au moins une première zone capable d'injecter le courant dans le dispositif et une seconde zone capable de bloquer ledit courant, lesdites première et seconde zones étant réalisées sur la surface de ladite couche active opposée audit premier contact d'anode. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit matériau semiconducteur est du Ga As. 3. Dispositif selon ltune des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre une électrode métallique de commande déposée sur lesdites première et seconde zones, assurant l'amenée du courant. 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite zone A est constituée par un premier dépôt métallique, ladite zone B par un second dépôt métallique mis en contact avec ladite couche active et constituant avec celle-ci une barrière de Schottky. 5. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que ladite couche active étant de type N, la zone B est de type P et la zone A est métallique. 6. Dispositif semiconducteur selon ltune des revendications 1,2 et 3, caractérisé en ce que ladite couche active étant de type N, la zone B est de type P et la zone A,fortement dopée, est du type N 7. Dispositif semiconducteur selon l'une des revendications pré édentes, caractérisé en ce qu'une couche de matériau diélectrique isole ladite zone A de ladite zone B. 8. Dispositif semiconducteur selon la revendication 7, caracte risé~en ce que ladite zone A est capable d'être polarisée au moyen d'une première source de potentiel et ladite zone B d'être polarisée indépendemment de ladite zone A au moyen d'une seconde source de potentiel.