Brevet FR2496991A1 — publié le 19820625

La présente invention se rapporte à un condensateur variable agencé de façon à contrtler avec précision la variation de capacité sur une large gamme. Traditionnellement, on a généralement utilisd comme condensateur variable, un élément à jonction PN tel que représenté sur la figure 1. Sur cette même figure, le repère 1 désigne une région de semi-conducteur du type N, le repère 2 une région de semi-conducteur du type P, le repère 3 une jonction PN, les repères 4 et 5 des électrodes ohmiques prévues dans les régions 1 et 2 respectivement, les repères 6 et 7 des bornes prévues dans les électrodes 4 et 5 respectivement, et 8 une couche diélectrique. Avec cet agencement, la couche diélectrique 8 croit et se rétrécit en réponse à une tension de polarisation appliquée aux bornes 6 et 7 et la variation de capacité alors provoquée est lue entre les bornes 6 et 7. Cependant, un condensateur variable traditionnel adoptant un tel élément à jonction PN présente les inconvénients qui suivent: (1) étant donné le fait qu'un condensateur variable traditionnel utilise l'augmentation ou la diminution de la couche diélectrique à la jonction PN qui dépend de la tension de polarisation, la capacité minimale est déterminée par la concentration en impuretés dans les régions de semi-conducteur tandis que la capacité maximum est déter- minée par l'augmentation de la composante de conductance. Par conséquent, il est pratiquement impossible de permettre une large gamme de variations de la capacité quand le facteur Q est important. De plus, plus la variation de capacité est importante plus le facteur Q deviend important. Par conséquent, un condensateur variable traditionnel présente des difficultés de conception de circuit. (2) étant donné le fait que l'alimentation en tension de polarisation pour faire varier la capacité et lire la variation capacitive est accomplie au moyen des bornes communes, le condensateur peut provoquer une variation de capacité non souhaitée en réponse à la tension du signal d'entrée lui-même quand le condensateur est adapté dans un circuit résonnant et autres, avec pour résultat une détérioration du signal. Par ailleurs, comme il faut un agencement de circuit spécifique ou l'inter- férence entre la tension de signal d'entrée et la tension de polarisation est faible,le condensateur variable traditionnel est restreint à peu d'usages6 (3) la concentration en impuretés dans les régions de semi- conducteur pour déterminer la capacité de la couche diélectrique est contrôlée par un moyen de contrble tel qu'une diffusion, une implantation d'ions et autres. Cependant, comme un tel moyen ne permet pas de réaliser un bon rendement, l'intégration dans un circuit intégré est pratiquement impossible. La présente invention a par conséquent pour objet de résoudre ces inconvénients traditionnels, et plus particulièrement de prévoir un condensateur variable o un élément de condensateur variable comprenant une section de contrble de couche diélectrique et une section de lecture de capacité est formé sur un substrat semi- conducteur et la capacité apparaissant à la section de lecture de capacité varie selon la distance entre la section de contrble de couche diélectrique et la section de lecture de capacité. Selon la présente invention, on prévoit un condensa- teur variable qui comprend: un substrat semi-conducteur; un certain nombre d'éléments de condensateur variable, chacun ayant une section de contrble de couche diélectrique et une section de lecture de capacité, toutes deux formées sur le substrat; un moyen d'application de tension de polarisation pour appliquer une tension de polarisation à la section de contrôle de couche diélectrique; et une source de tension variable pour appliquer la tension de polarisation, les distances respectives entre les sections de contrble de couche diélectrique et les sectionsde lecture de capacité étant différentes les unes des autres. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux dans la description explicative qui va suivre faite en référence aux dessins schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention et dans lesquels: - la figure 1 montre une vue en coupe d'un condensa- teur variable traditionnel; - les figures 2, 5, 6 et 7 montrent chacune une vue en coupe illustrant des modesde réalisation préférés selon l'invention; - les figures 8 (a) et (b) montrent une vue en coupe et une vue en plan illustrant toutes deux un autre mode de réalisation selon l'invention; et - les figures 3 et 4 montrent un graphique pour expliquer la présente invention. La présente invention sera maintenant décrite en détail en se référant au mode de réalisation préféré illustré sur les dessins. La figure 2 montre une vue en coupe illustrant un condensateur variable selon un mode de réalisation de l'invention, o le repère 9 désigne un substrat semi- conducteur tel que du silicium du type N, par exemple, et 10A, 1OB, 10C... désignent chacun un élément de conden- sateur variable ayant une section 13 de lecture de capacité et une section 16 de contrble de couche diélectrique. La section 13 de lecture de capacité comprend une région 11 du type P formée dans le substrat 9 du type-N et une électrode métallique 12 formée dans la région 11 du type P, tandis que la section de contrble de couche diélectrique 16 comprend au moins une région 14 du type P formée adjacente à la région 11 du type P et une électrode métallique 15 prévue dans la région 14 du type P. Les distances L1, L2, L3,... entre les sections respectives de lecture de capacité 13 et les sections respectives de contrble de couche diélectrique 16 des éléments de condensateur variable 10A, 10B, 10C..., sont agencées pour différer les unes des autres. Le repère VB désigne une tension de polarisation qui est appliquée en commun aux sections de contr le de couche diélectrique 16 des éléments de condensateur variable 10A, 10B,. 10C,... par une source de tension variable 20, les repères 17 et 18 désignent des bornes de lecture-de capacité et le repère 19 est une électrode obmique prévue le long de la surface inférieure au fond du substrat semi-conducteur 9. Avec cet agencement, la caractéristique de la capacité C de l'un des éléments de condensateur variable par rapport à la tension de polarisation VB apparaitté que représentée sur la figure 3. La capacité C augmente pour atteindre la valeur maximum Cmax quand la tension de polarisation est nulle ou presque-nulle. Cependant, tandis que la tension de polarisation augmente vers l'arrière par de lents degrés jusqu'à représenter une valeur particulière Vt (valeur de seuil) de l'élément, la capacité C baisse rapidement pour atteindre la valeur minimum Cmin et elle est ensuite maintenue à cette condition. La valeur de seuil Vt varie selon les distances L1, L2, L30^. entre les sections de lecture de capacité 13 et les sections de contrble de couche diélectrique 16 des éléments de caadmeabur variable 10A, 10B, 10C..., et donc plus la distance est importante plus elle est importçxnte. Par conséquent, quand une tension de polarisation est appliquée en commun aux éléments de condensateur variable ayant des valeurs différentes de seuil et qui sont intégrés en parallèle dans le substrat semi-conducteur 9 de la- figure 2, la caractéristique de capacité totale semble varier d'une façon échelonnée comme le montre la figure 4, o les caractéristiques respectives, comme le montre la figure 3, sont continuellement connectées. Si la capacité maximum respective Cmax des éléments 249.6991 de condensateur variable 10A, 10B, 10C... est déterminée à une faible valeur et qu'un certain nombre d'éléments de condensateurs variables 10A, 1OB, 10C... sont intégrés, les largeurs des étapes ou échelons dans la caractéristique de la figure 4 se trouvent plus petites, obtenant ainsi une variation raide et aigUe. En conséquence, la proportion de Cmax/Cmin peut ttre amenée à une valeur élevée et la gamme de variation totale de la capacité est rendue plus importante. Par ailleurs, comme seulement certains des éléments sont actonnés sensitivement en réponse à la tension de polarisation dans une certaine gamme tandis que les autres sont maintenus pourtrte à Cmax ou Cmin afin de maintenir ainsi une condition stable vis-à-vis de la variation de la tension de polarisation, la variation du facteur Q peut être maintenue à une faible valeur. La caractéristique de la capacité C et la tension de polarisation VB peuvent ttre déterminées comme on le souhaite en contrtlant les distances L1, L2, L3... entre les sections de lecture de capacité 13 et les sections de contrble de couche diélectrique 16 dans le substrat semi-conducteur 9. La figure 5 montre un autre mode de réalisation selon l'invention o la section de lecture de capacité 13 a une structure MIS qui comprend une pellicule d'isole- ment 20 telle qu'une pellicule oxydante par exemple, qui est formée sur le substrat semi-conducteur 9 et une électrode 21 formée sur la pellicule isolante. La figure 6 montre un autre mode de réalisation selon l'invention o la section de lecture de capacité 13 a une structure de barrière de Schottky qui comprend une barrière métal-semi-conducteur qui est formée entre le substrat semi-conducteur 9 etun métal souhaité 22 qui y est formé. Comme on l'a décrit ci-dessus, la section de lecture de capacité 13 peut avoir toute structure à jonction PN, structure MIS et structure de barrière de Schottky. Cependant, la section de contrble 16 de la couche diélectrique peut également avoir chacune de ces structures. Par ailleurs, quand les sections 13 et 16 sont arrangées pour former des jonctions PN dans le substrat semi-conducteur tout autour, toute forme de conduction souhaitée peut ttre choisie. La figure 7 illustre un autre mode de réalisation selon l'invention o des régions isolées 23 sont formées entre des éléments de condensateur variable et adjacents respectifs 10A, 10B, 10C.... Les régions isolées 23 peuvent ttre formées par tout matériau isolé tel qu'une pellicule oxydante, du verre et autres ou autrement, elles peuvent être construites en tant qu'une structure d'iso- lement contre l'air en prévoyant des espaces vides. En prévoyant ainsi les régions isolées 23, les interférences électriques entre les éléments adjacents respectifs, c'est-à-dire la variation du facteur Q, par exemple, peuvent ttre empochées. Bien que les éléments de condensateur variable dans les modes de réalisation ci-dessus décrits soient agencés pour avoir des valeurs différentes de seuil, ils ne sont pas restreints à de tels agencements. Par exemple, on peut les répartir en certains groupes afin que les valeurs de seuil diffèrent pour des groupes respectifs. Par ailleurs, les éléments ne doivent pas ttre disposés de façon que les valeurs de seuil varient graduellement et régulièrement jusqu'à une certaine direction horizontale du substrat semi-conducteur. Comme les sections de-contrble de la couche diélectrique des éléments respectifs sont couramment alimentées de la même tension de polarisation, il est possible de toujours obtenir la caractéristique telle que représentée sur la figure 4 si la capacité varie de façon échelonnée même si des éléments ayant différentes valeurs de seuil sont disposés au hasard. Les figures 8 (a) et (b) montrent un autre mode de réalisation selon l'invention illustrant une structure (a) o les sections de contrôle de couche diélectrique 16 et les sections de lecture de capacité 13 sont placées alternativement et leur motif d'électrode (b) o les repères 13A et 16A désignent des électrodes des sections 13 et 16, respectivement. Comme cela est apparent à la lecture de la description qui précède, la présente invention, o un certain nombre d'éléments de condensateur variable ayant chacun une section de contrble de couche diélectrique et une section de lecture de capacité sont formés sur un substrat semi- conducteur de façon que les distances respectives entre les sections de contrble de couche diélectrique et les sections de lecture de capacité diffèrent les unes des autres a les effets qui suivent (1) la variation de capacité est contrtlée avec précision sur une large gamme parce que la caractéristique de variation de capacité par rapport à la tension de polarisation peut ttre étudiée comme on le souhaite. (2) il est possible de restreindre la variation du facteur Q à une valeur aussi faible que possible, ainsi que de concevoir la variation capacitive sur une large gamme. (3) la variation capacitive provoquée par le signal d'entrée lui-même est restreinte pour être faible avec pour résultat une détérioration extrêmement moindre du signal parce que la borne de la tension de polarisation et la borne de lecture de capacité sont prévues indépendam- ment. (4) on peut s'attendre à un meilleur rendement parce qu'il n'est pas nécessaire de prévoir une implantation d'ions en tEnt que moyen de contrble des impuretés. (5) étant intégré dans un substrat commun au circuit intégré semiconducteur, le condensateur variable permet à la pièce d'être diminuée en dimension et d'être de poids léger, contribuant ainsi à la réduction du prix de production. Il faut noter que chaque distance entre la section de contrble de couche diélectrique et la section de lecture de capacité est celle se trouvant entre les positions de ces sections o elles débutent sensiblement leur comportemenit sur le substrat semi-conducteur. R E V E N D I C A T I 0 NS 1. Condensateur variable caractérisé en ce qu'il comprend: un substrat semi-conducteur (9); un certain nombre d'éléments de condensateur variable (10A, lOB, 10C...), chacun ayant une section de contr1le de couche diélectrique (16) et une section de lecture de capacité (13) toutes deux formées sur ledit substrat; un moyen d'application de tension de polarisation (17, 18) pour appliquer une tension de polarisation à ladite section de contrble de couche diélectrique; et une source de tension variable (20) pour appliquer ladite tension de polarisation, les distances respectives (L1, L2, L3) entre lesdites sections de contrtle de couche diélectrique et lesdites sections de lecture de capacité étant différentes les unes des autres. 2. Condensateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que des régions isolées (23) sont prévues entre des éléments de condensateur variable adjacents respectifs. 3. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de contrble de couche diélectrique précitée a une structure de jonction PN. 4. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions I ou 2, caractérisé en ce que la section de contrtle de couche diélectrique précitée a une structure MIS. 5. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de contr1le de couche diélectrique précitée a une structure de barrière de Schottky. 6. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions I ou 2, caractérisé en ce que la section de lecture de capacité précitée a une structure de jonction PN. 7. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de lecture de capacité précitée a une structure MIS. 8. Condensateur selon l'une quelconque des revendica- tions 1 ou 2, caractérisé en ce que la section de lecture de capacité précitée a une structure de barrière de Schottky.