Brevet FR2466104A1 — publié le 19810327

La présente invention concerne des transistors latéraux multi-collecteurs et leur application comme source de courant de faible valeur pour circuits intégrés monolithiques utilisant la technique dite du miroir de courant, ou plus généralement comme moyens pour fournir, à partir d'un signal de commande, plusieurs courants dans un rapport d'intensité fixe et éventuellement élevé. De façon générale, la technique d'obtention d'une source de courant par utilisation de la technique des miroirs de courant est connue dans l'art antérieur. Un tel montage est illustré en figure 1. Ce montage comprend deux transistors T1 et T2 de type PNP par exemple, connectés par leurs émetteurs à la borne positive 1 d'une source de tension et par leurs collecteurs à la borne négative 2 de cette source de tension. Les deux transistors T1 et T2 sont montés en base commune et la base du transistor T1 est connectée à son collecteur.Le collecteur du transistor T1 est connecté à la borne négative 2 par l'intermédiaire d'une résistance calibrée R et le collecteur du transistor T2 est connectée à cette borne négative 2 par l'intermédiaire d'une charge 3 dans laquelle on veut faire passer un courant donné. Ainsi, avec ce montage, le courant Il dans le transistor T1, en fait connecté en diode, est déterminé par la valeur de la résistance de collecteur R. Le courant I2 dans le collecteur du transistor T2, en raison de la connexion de base, est le reflet du courant Il dans le collecteur du transistor T1 et ne dépend pas de la valeur de la charge 3. En particulier, si les transistors T1 et T2 ont des structures identiques et sont à la même température, le courant I2 sera égal au courant I1.Si les structures des transistors T1 et T2 sont distinctes, le courant I2 sera dans une certaine relation par rapport au courant Il uniquement en fonction de la structure des transistors et toujours indépendamment de la valeur de la charge, ceci bien entendu à condition que les températures des transistors T1 et T2 soient identiques. Cette limitation sur la nécessité d'identité thermique entre les états des deux transistors, fait que ce montage en miroir de courant est pratiquement utilisé essentiellement dans le cadre de transistors faisant partie d'un même circuit intégré monolithique. Ainsi, dans l'art antérieur, on a quelquefois fabriqué un miroir de courant en utilisant un transistor unique à plusieurs collecteurs (transistor multicollecteurs). Les figures 2 et 3 représentent des transistors multicollecteurs de l'art antérieur. Dans ces figures, la référence 10 désigne un caisson de type N servant de base, la référence 11 une zone surdopée de type N+ servant de zone de contact de base, la référence 12 une zone de type P correspondant à l'émetteur du transistor, la référence 13 une zone de type P servant de premier collecteur et la référence 14 une zone de type P servant de deuxième collecteur. On va considérer le cas où l'on souhaite que le deuxième collecteur 14 fournisse un courant I2 de faible intensité devant le courant Il fourni par le premier collecteur 13.Un premier moyen pour le réaliser est représenté en figure 2; il consiste à augmenter la distance émetteur/collecteur pour le collecteur 14 (correspondant au collecteur du transistor T2 de la figure 1). En ce cas, si l'on considère comme négligeable le taux de recombinaison des porteurs minoritaires dans la base,le rapport entre les courants circulant dans le collecteur 14 et dans le collecteur 13 est sensiblement identique à l'inverse du rapport entre les distances émetteur/collecteur correspondantes. Dans le cas de la figure 3, le périmètre du premier collecteur 13 en regard de l'émetteur 12 est plus important que le périmètre correspondant du collecteur 14. Le rapport entre les porteurs minoritaires recueillis par le collecteur 14 et ceux recueillis par le collecteur 13 est sensiblement proportionnel au rapport des périmètres. Si l'on veut obtenir une source de courant d'intensité aussi faible que possible, on peut d'abord réduire autant que faire se peut le courant I1. Mais celui-ci est lié à la valeur de la résistance R représentée en figure 1 et, pour des raisons pratiques, il n'est pas souhaitable d'augmenter de façon trop importante cette valeur des résistances importantes étant difficiles à réaliser en circuit intégré et étant sujettes à des dérives thermiques. Il serait également possible de disposer une résistance dans l'émetteur du transistor T2, mais à nouveau on se heurte au problème des dérives thermiques.Quant au rapport de division lié aux structures de collecteur, comme cela est représenté en figures 2 et 3, on ne peut pas dans la pratique atteindre des rapports nettement supérieurs à la dizaine (c'està-dire I1/12N10) Un objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de transistors multicollecteurs permettant d'atteindre un rapport de l'ordre du 1/100e ou du 1/1000e entre les courants circulant dans deux collecteurs distincts. Pour atteindre cet objet ainsi que d'autres, la présente invention prévoit un transistor latéral multicollecteurs dans lequel l'un des collecteurs est placé à une distance déterminée de l'émetteur, la zone intermédiaire entre l'émetteur et ce collecteur étant bornée par les limites en forme de canal d'au moins un autre collecteur. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles La figure 1 illustre un montage de transistors en miroir de courant selon l'art antérieur; les figures 2 et 3 illustrent des transistors multicollecteurs selon l'art antérieur; les figures 4A et 4B sont respectivement une vue de dessus et une coupe schématique d'un transistor à deux collecteurs pouvant servir de source de courant de faible valeur selon la présente invention; et la figure 5 illustre une structure de transistor multicollecteurs selon la présente invention. Un transistor à deux collecteurs selon la présente invention peut-être réalisé dans un caisson 20 de type N, formé par exemple par épitaxie sur un substrat de type P et entouré de murs d'isolement, comme le montrent les figures 4A et 4B. Sur ce caisson est formée une zone diffusée de type N+ à fort niveau de dopage 21 sur laquelle sera placé le contact de base. L'émetteur 22 est constitué d'une zone de type P formée par implantation ou diffusion et sensiblement centrée dans le caisson 20. Cet émetteur est entouré sur la plus grande partie de sa périphérie par une première région de type P23 constituant un premier collecteur. La distance entre l'émetteur et la portion du collecteur qui 11 entoure est d'une valeur aussi faible que possible compatible avec les données technologiques de fabrication et les courants destinés à passer de l'émetteur 22 au collecteur 23. A une distance plus grande de l'émetteur 22 est disposée une seconde région 24 de type P servant de second collecteur. Ce second collecteur 24 se situe en regard de la partie de l'émetteur 22 non entourée par le premier collecteur 23, ce premier collecteur 23 définissant une zone de canal 25 délimitant les dimensions, en vue de dessus, de la base entre l'émetteur 22 et le second collecteur 24. Une telle structure permet d'atteindre des rapports entre les courants circulant dans les collecteurs 23 et 24 pouvant être de l'ordre de 1000 à 1. Bien que la structure selon la présente invention permette d'atteindre le résultat souhaité et qu'il soit inutile d'en expliquer le fonctionnement, la demanderesse va donner ci-dessus une explication probable des raisons pour lesquelles on obtient le résultat annoncé ci-dessus étant entendu qu'une erreur dans cette explication théorique ne saurait nuire à la protection du dispositif défini dans les revendications ci-après. Une fois que la tension base/émetteur d'un transistor tel que celui de la figure 4A est fixée, en l'occurence par la valeur de la résistance R et de la tension d'alimentation (figure 1), ceci définit la concentration des porteurs minoritaires injectés par l'émetteur dans la base près de la jonction émetteur/ base. Ces porteurs se déplacent ensuite par diffusion. Ceux qui atteignent le premier collecteur 23 sont immédiatement collectés.Par contre, les porteurs qui se dirigent vers la zone de canal 25 diffusent dans toutes les directions. Une fraction de ces porteurs atteint les parois de ce canal; c'està-dire le premier collecteur 23, une fraction diffuse plus loin dans le canal. Donc, par carré élémentaire de canal, seul une fraction, en gros constante, des porteurs minoritaires continue à se propager. Ce fonctionnement obéit, par analogie, aux mêmes lois que la propagation d'une onde électromagnétique dans une ligne à pertes. Le pourcentage des porteurs minoritaires qui atteignent la sortie du canal, c'est-à-dire le collecteur 24, s'atténue donc de façon sensiblement exponentielle en fonction du nombre de carrés formant le canal,-c'est-à-dire du rapport entre la longueur et la largeur du canal. C'est cette atténuation exponentielle qui explique que l'on puisse atteindre les très forts rapports d'atténuation exposés ci-dessus. On notera qu'une telle atténuation exponentielle ne pouvait être atteinte par les structures de l'art antérieur illustrées en figures 2 et 3 dans lesquelles on pouvait grossièrement séparer spatialement les porteurs minoritaires émis par l'émetteur 12 et atteignant respectivement les collecteurs 13 et 14. Il y avait alors une atténuation sensiblement linéaire.On notera également que la structure selon la présente invention illustrée à titre d'exemple en figure 4A ne constitue pas une simple superposition des figures 2 et 3. Cette superposition consisterait par exemple, dans le cas de la figure 2, à augmenter la valeur du périmètre du collecteur 13 en regard de l'émetteur 12 et à diminuer corrélativement la valeur du périmètre du collecteur 14, ou bien dans le cas de la figure 3 à éloigner la partie du collecteur 14 en regard de l'émetteur 12. Dans les deux cas, il y a encore séparation spatiale entre les porteurs minoritaires émis par l'émetteur 12 en direction des deux collecteurs distincts, et l'on n'obtient pas l'effet exponentiel selon la présente invention. Il résulte de l'exposé théorique précédent que le canal 25 selon la présente invention n'est pas nécessairement linéaire mais peut être courbe ou même en zigzag. Le transistor selon la présente invention sera réalisé pour que son fonctionnement soit essentiellement du type latéral et non pas vertical, car alors les avantages du canal seraient partiellement perdus. Ainsi, le fond du caisson 20 peut être muni d'une semelle implantée de type + N , la distance entre le fond des diffusions P et cette semelle étant de préférence aussi faible que possible pour favoriser le fonctionnement latéral. A titre d'exemple numérique, on notera que dans la pratique un caisson tel que représenté en figure 4A peut avoir une dimension de l'ordre de 100 x 200 microns, l'émetteur ayant un diamètre de l'ordre de 20 microns, la distance entre l'émetteur 22 et le premier collecteur 23 pouvant être de l'ordre de 4 microns, la largeur du canal 25 de l'ordre de 10 microns et la longueur de ce canal pouvant varier entre 10 et 15 microns, la profondeur de diffusion P étant de l'ordre de 3 p et sa résistance par carré de 100 à 200 ohms, la profondeur de diffusion N+ étant de l'ordre de 2,5jeu et sa résistance par carré de quelques ohms; le caisson ayant une épaisseur de 10 à 15vu et une couche enterrée d'une résistance par carré de 10 à 30 ohms étant prévu. La figure 5 représente un mode de réalisation possible d'un transistor multicollecteurs selon l'invention. Ce transistor, comme celui des figures 4A et 4B est constitué dans un caisson 20 de type N. Il comprend une zone de contact de base B de type N et un émetteur E de type P. Il comprend en outre hu#it collecteurs désignés par les références C1 à C8. Les collecteurs C1 à C3 sont disposés autour de l'émetteur de façon classique, conformément au modèle de l'art antérieur illustré en Figure 3. Par contre les collecteurs C6 à C8 sont~disposés selon l'invention à l'extrémité de canaux délimités par ces collecteurs C1 à C3 et par les collecteurs supplémentaires C4 à C5. On peut ainsi, pour une tension de commande base/émetteur fixée obtenir huit courants ayant entre eux des relations prédéterminées, le rapport entre les valeurs extrêmes pouvant atteindre et dépasser 1000. La présente invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui ont été explicitement décrits mais en comprend les diverses variantes et généralisations contenues dans le domaine des revendications ci-après. REVENDICATIONS 1. Transistor latéral multicollecteurs caractérisé en ce que au moins l'un des collecteurs est placé à une distance déterminée de l'émetteur, la zone intermédiaire entre l'émetteur et ce collecteur étant bornée par les limites en forme de canal d'au moins un autre collecteur. 2. Transistor latéral multicollecteurs selon la revendication 1 a deux collecteurs, caractérisé en ce que le premier collecteur entoure l'émetteur sur la plus grande partie de sa périphérie, les frontières de ce premier collecteur se prolongeant en face de la partie de la périphérie restée libre de l'émetteur pour délimiter un canal et en ce que le second collecteur est disposé en face de l'extrémité du canal opposée à l'émetteur. 3. Transistor latéral multicollecteurs selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est du type PNP et en ce qu'il comprend une couche enterrée du type N 4. Application d'un transistor multicollecteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 pour former une source de courant de très faible intensité caractérisé en ce que ce transistor est monté en miroir de courant. 5. Circuit intégré monolithique caractérisé en ce qu'il comprend un transistor selon l'une quelconque des revendications 1 à 3.