Brevet FR2496993A1 — publié le 19820625

1. La présente invention se rapporte à un condensateur variable permettant d'obtenir une variation r régulière et modérée de capacité. On utilise généralement une diode à jonction PN r comme diode à capacité variable parce que quand une tension de polarisation inverse est appliquée à la jonction PN les porteurs à proximité de la jonction se déplacent pour former ainsi une couche diélectrique et l'épaisseur de la couche diélectrique est soumise à la tension de polarisa- tion inverse. Une telle diode traditionnelle formant condensai- teur variable a une structure telle qu'une électrode à laquelle la tension de polarisation est appliquée sert également d'électrode pour lire la variation de capacité. Par conséquent, silln utilise une masse ayant une concen- tration régulière, la caractéristique de la variation de - capacité est telle que cette variation de capacité est relativement modérée quand une haute tension de polarisa- tion est appliquée, amenant ainsi la nécessité de contrôler le profil de diffusion au moyen d'implantation d'ions et S analogues. Cela représente une difficulté pour la production de tels dispositifs et même si le contrôle du profil de diffusion peut être accompli, il ne peut l'être que sur une gamme étroite. Par ailleurs, du fait de la structure ci-dessus décrité, la conception du circuit est quelque peu restreinte.De plus, avec une tension d'alimentation de S l'ordre de 12V, qui est une tension standard dans une voi- ture et autres, l'épaisseur de la couche diélectrique r formée selon le mouvement des porteurs est également restreinte. La présente invention a pour but de résoudre les inconvénients ci-dessus mentionnés. Selon la présente invention, on prévoit un condensateur variable qui comprend:E une masse d'un cristal semi-conducteur ayant au moins um surface en pente; - I I j. uane section de contrôle de couche diélectrique prévue sous la urface en pente; une section de lecture de la capacité prévue sur une autre surface dela masse; un moyen pour appliquer une tension ds polarisa- tion inverse à la section de contrôle de la couche diélec- trique; et une source de tension -ïariablIe pour appliquer la tension de polarisation invlerse, L'invent-ion sera mieUX Co.-moseet d:autres -'ut's carac%éristiquefs, détails et avau. -n de.=1i =c. apparaiuc, t palus cairnen'f au os del a de ',- itiou expli C t.e oui -a suivrse faits c; dC - dess-is schérat oees adrnexs lon'g %o1luemen't à ti'e dxeml e J. LLUS1t '.1.1U78 muC-, t S2!,_ _ -0' r-i *- :iok d e ue:', a-', -- i.-uels: *-:de-.-:.r. s î t_ i0... k. .-;.;. a;i: . Fz e5''t;_.,:. O.a e.., ?.:'._2./a:.:. -o = e sGé sur les dessins. La figu'.re - m lontre un do, tie i. e2 -etion, selon d'un condensateur variable 10 d"-.. jonction PN. Un_ masse d'un cristal semi-cornducteur i ú-ait e-n un matéeiau du type N, a dcux surfaces en pente 20 et une surface superieure horizontale. Dans une par'tie centrale de la surface supérieure est formée une région 12 du type P en tant que premiere Jonction PN. TUne electrode 13 de lecture de capacité faite en un matéeriau métallique, est formée en contact avec la région 12 du type P. Le long des deux surfaces en pente 20 placées des deux côtés de la région 12 de type P, sonirévues d'autres régions du type P 14 et 15 pour former une seconde jonction PN et une troisième jonction PN, respectivement. En contact avec les régions respectives 14 et 15 du type P sont formées des électrodes de commande (électrodes de polarisation) 16 et 17 faites en un matériau métallique. Le long du fond de la masse l1 est formée une électrode ohmique 18 (électrode opposée). Avec cet agencement, quand la tension de polarisation inverse VB est appliquée aux seconde et troisième jonctions PN formées le long des surfaces en pente 20,par une source de tension variable, l'épaisseur d'une couche diélectrique 19 qui est formée sous la première jonction PN varie modérément du fait de l'existen- ce des surfaces en pente 20. La variation de capacité est lue à l'électrode 13 de lecture de capacité. Ainsi, la structure telle que représentée sur la figure 1 fonctionne comme une diode à capacité variable. La figure 2 montrein autre mode de réalisation selon l'invention o est illustrée une structure réelle d'un condensateur variable 21 de Schottky. Entre la surface supérieure de la masse 11 du cristal semi-conducteur en un matériau du type N avec les surfaces en pente 20 et une électrode 22 delecture de capacité en un matériau métalli- que, est formée une barrière de Schottky. Des deux côtés de la barrière et le long des surfaces en pente 20 sont formées les régions 14 et 15 du type P en tant que première et seconde jonctionsPN, respectivement. Les électrodes de commande (électrodes de polarisalon) 16 et 17 faites en un matériau métallique, sont formées en contact avec les régions 14 et 15 du type Prespectivement. Par ailleurs, l'électrode ohmique (électrode opposée) 18 est formée le long du fond de la masse 11. Avec cet agencement, quand une tension de polarisation inverse est appliquée aux première et seconde jonction PN formées le long des surfaces en pente 20, l'épaisseur de la couche diélectrique 19 alors formée sous la barrière de Schottky, varie modérément du fait de la présence des surfaces en pente 20. La variation de capacité alors provoquée est lue à l'électrode 22 de lecture de capacité. Ainsi, la structure représentée sur la figure 2 fonctionne également comme une diode à capacité variable. La figure 3 montre un autre mode de réalisation de l'invention o est illustrée la structure réelle d'un condensateur variable appelé MIS 23. La masse du cristal semi-conducteur Il en un matériau du type N a des surfaces en pente 20 le long desquelles sont formées les première et seconde jonctions PN 14, 15, respectivement. Les électrodes de commande (électrode de polarisation) 16 et 17 faites en un matériau métallique sont formées en contact avec les régions 14 et 15 du type P. Par ailleurs, à la surface supérieure de la masse 11 est prévu un isolateur 24 tendu entre les régions 14 et 15 du type P. Une électrode de lecture de capacité est prévue sur l'isolateur 24. En effet, une structure MIS est formée sur une partie cen- trale de la surface supérieure qui est l'une des surfaces supérieures de la masse 11. Par ailleurs, l'électrode ohmique (électrode opposée) 18 est prévue le long du fond ou bas de la masse 11. Avec cet agencement, quand une tension de polarisation inverse est appliquée aux première et seconde jonctions PN formées le long des surfaces en pente 20, l'épaisseur de la couche diélectrique 19 formée sous la structure MIS, varie modérément du fait de la présence des surfaces en pente 20. La variation de capacité alors provoquée est lue à l'électrode 25 de lecture de capacité. Ainsi, la structure telle que représentée sur la figure 3 sert également de diode à capacité variable. En fait, le condensateur tel que décrit ci-dessus fonctionne de la même façon si la région du type Netlarthdmi type P sont formées de façon contraire. Sans être restreint à la section de lecture de la capacité, la section de contrôle de la couche diélectriquepeut également avoir une structure à jonction PN, une structure à barrière de Schottky ou une structure MIS. La figure 4 montre un circuit équivalent utilisé dans chacun des condensateurs variables des modes de réa- lisation ci-dessus décrits. Les bornes a et b sont des bornes de polarisation pour appliquer la tension de polarisation inverse aux première et seconde jonctiorsPN respectivement, tandis que les bornes c et d sont des bornes de lecture de capacité pour lire la variation de la capacité. Si C0 désigne la différence de capacité obtenue quand la tension de polarisation de la barrière de Schottky est zéro et quand la tension de polarisation de la structure MIS est zéro sans prendre en considération le glissement sur bande plate et si CD indique la dif- férence de capacité obtenue alors que la couche di&ectrique 19 croit, la différence de capacité C lue à chacune des sections de lecture de capacité (les électrodes 13,22 et 25) peut être exprimé- comme suit 1 =,1..*..*..****@ (1) C O C0CD Par ailleurs, si l'épaisseur de la couche diélectrique est désignée par d, la surface d'électrode par S et la constante diélectrique du cristal semi- conducteur par E, respectivement, la différence de capacité C de la couche diélectrique peut être exprimée comme suit D CD = Es S/d........... (2) Afin de concevoir le condensateur variable afin..DTD: qu'il ait une proportion importante de variation de capa- cité, la capacité CD peut être étudiée pour être faible par rapport à la capacité C0 comme cela est apparent à-la lecture de l'expression (1), et l'épaisseur de la couche diélectrique d peut être importante. Traditionnellement, l'épaisseur d de la couche diélectrique est fortement limitée du fait de la structure du condensateur variable n'ayant qu'une électrode servant d'électrode de polarisation ainsi que d' électrode is letu i capacité. Cependantselon la présente invention o les jonctions PN sont formées le long des surfaces en pente, lépaisseur d de la couche diélectrique 19 peut varier de façon modérée même si la tansion d'alimentation est de l'ordre de 12V comme on l'a mentionne ci-dessus et la couche diélectrique 19 peut en conséquence devenir remarquablement importante en comparaison à une couche traditionnelle. Par conséquent, on peut s;attendre à une augmentation remarquable de la variation de la capacité alors lue. Par ailleurs,la gammne variable de la capacité par rapport à la tension peut être conçue de façon appropriée. En particulier dans la strucóre MIS représentée sur la figutre 3, la proportion de variation de la capacité Cmax/Cmin est exprimée comme suit: C.,,:= d ó _ do 'l) 0max = d 0 dc 0 +....... (3) Cmin do B ú0 d La lettre dO0 désigne l'épaisseur de l'isolateur 24 et E0 est la constante diélectrique de l'isolateur 24. Avec cet agencement, il est facile d'élever la proportion de variation de capacité à environ 70, ce qui est extrême- ment important en comparaison avec des agencemer*stmàd.4ris Les figures 5 (a), (b) et (c) illustrent chacune un autre mode de réalisation selon l'invention. La figure 5 (a) montre une structure d'un circuit intégré o un certain nombre de condensateurs variables du type à jonctin PN sont intégrés dans la masse 11 du cristal semi-conductar. Les condensateurs variables sont en alignement pour permet- tre ainsi au dispositif d'obtenir totalement une caracté- ristique de variation de capacité souhaitée. Dans ce cas, les condensateurs variables respectifs peuvent être conçus pour avoir des caractéristiques différentes de capacité ou pour être utilisés indépendamment. La figure 5 (b) illustre une structure de la masse o également la partie centrale du substrat pour former la section de lecture de capacité comprend des surfaces en pente 20'. Ainsi, comme la croissance de la couche diélectrique 19 reçoit une autre variation, on peut obtenir une caractéristique de variation de capacité différente. La figure 5 (c) illustre une structure de la mas- se o un certain nombre de condensateurs variables sont prévus dans la masse 11 du substrat semi-conducteur en alignement dans sa direction longitudinale. La masse telle que construite ci-dessus peut être utilisée telle qu'elle est si les condensateurs variables sont connectés en ali- gnement, ou autrement on peut l'utiliser en tant qu'une pièce obtenue en la coupant aux parties indiquées par les lignes en pointillés sur le dessin. Les surfaces en pente dans As modes de réalisaion ci-dessus décrits peuvent recevoir une pente souhaitée grâce à un moyen mécanique connu de meulage. Par ailleurs, en choissant un matériau ayant un cristal spécifique comme masse et en choisissant un liquide chimique approprié d'attaque pour forcer ainsi le liquide à réagir sur la masse, on peut former des surfaces en pente ayant une pente souhaitée en toutes positions sur la masse. Comme on l'a décrit ci-dessus, comme la présente invention est agencée de façon que l'épaisseur de la couche diélectrique varie modérément par ce que la section de contrôle de la couche diélectrique est forméele longde surfaces en pente, la couche diélectrique peut croître de façon importante, agrandissant ainsi la variation de capacité. Par ailleurs, bien que l'on prévoie deux sections de contrôle de la couche diélectrique pour l'application de la tension de polarisation par les électrodes de commande (électrodes de polarisation) dans les modes de réalisation cidessus décrits, le nombre des sections de contrôle de la couche diélectrique peut être de un ou plus de deux uniquement si la croissance de la couche diélectrique se trouvant en dessous de la section de lecture de capacité peut être efficacement contrôlée. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Condensateur variable caractérisé en ce qu'il comprend: une masse d'un cristal semi-conducteur (11) ayant au moins une surface en pente (20); Une section de contrôle de couche diélectrique (16,'17) prévue sous ladite surface en pente; une section de lecture de capacité (13) prévue sur une autre surface de ladite masse; un moyen pour appliquer une tension de polari- sation inverse à ladite section de contrôle de couche diélectrique; et une source de tension variable (26) pour appliquer ladite tension de polarisation inverse. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux des surfaces en pente ou plus sont formées et en ce que la section de contrôle de couche diélectrique précitée est prévue sous chacune des- dites surfaces en pente. 3. Condensateur selon la revendication 2, caractérisé en ce que la surface de la masse précitée sur laquelle est formée la section de lecture de capacité précitée est en pente. 4. Condensateur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la section de lecture de capacité précitée a une structure MIS. 5. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3,caractérisé en ce que la section de lecture de capacité a une structure de barrière de Schottky. 6. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de lecture de capacité précitée a une structure à jonction PN. 7. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de contrôle de couche diélectrique précitée a une structure MIS. 8. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de contrôle de couche diélectrique précitée a une structure de barrière de Schottky. 9. Condensateur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la section de contrôle de couche diélectrique précitée a une structure de jonction PN.