Brevet FR2509906A1 — publié le 19830121

I La présente invention se rapporte à un condensateur variable conçu de façon que sa capacité varie linéairement en réponse à des variations d'une tension de polarisation inverse. On sait bien utiliser,comme condensateur variable, un élément à jonction P-N tel que représenté sur la figure 1 Sur cette figure, le répère 1 désigne une oùche de semi- conducteur du type N, 2 est une région de semi-conducteur du type P, 3 est une jonction P-N, 4 et 5 sont des électrodes disposées dans la couche 1 et la région 2, et 6 et 7 désignent des bornes de sortie qui sont disposées pour les électrodes 4 et 5 respectivement, 8 étant une couche diélectrique s'étendant de la jonction P-N 3 etprincipale- ment d'un côté de la couche 1 du type N o la concentration en impuretésest faible Dans la configuration ci-dessus du condensateur variable, la couche diélectrique 8 se dilate et se contracte selon la tension de polarisation inverse appliquée aux bornes 6 et 7, le changement de capacité dû à la dilatation ou à la contraction de la couche di Lèctri- que 8 pouvant être lu entre les bornes 6 et 7. Cependant, un tel condensateur variable convention- nel utilisant un élément à jonction P-N présente les inconvénients qui suivent: comme la dilation de la couche diélectrique devient faible, en particulier si la tension de polarisation inverse est importanb la capacité varie comme si elle était saturée, comme le montre la ligne en trait plein de la figure 2, au lieu d'une variation linéaire montrée par la ligne en pointillé du même graphique, ce qui limite la gamme utilisable du condensateur variable lorsqu'on l'emploie dans un circuit d'accord électronique et autres. En conséquence, la présente invention a pour objet principal de surmonter les inconvénients ci-dessus- mentionnés du domaine conventionnel de la technique concer- nant les condensateurs variables, en prévoyant un condensa- teur variable ayant une barrière permettant la production d'une couche diélectrique et une région de semi-conducteur permettant la croissance de la couche diélectrique pour faire varier l'aiieen coupe de la région de semi- conducteur en s'éloignant de la barrière. Selon l'invention, on prévoit un condensateur variable qui comprend: un organe semi-conducteur ayant une barrière permettant la production d'une couche diélectrique et une région de semi-conducteur permettant la croissance de la couche diélectrique; - une électrode de contrôle de couche diélectrique et une électrode commune disposées aux deux extrémités de l'organe semi-conducteur; et un moyen d'application de tension de polarisation inverse pour appliquer une tension de polarisation inverse à la barrière aux deux électrodes; la région de semi-conducteur étant formée de façon que son aire en coupe varie graduellement à partir de la barrière. L'invention sera mieux comprise, et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement au cours de la descretion 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 les figures 1 et 2 montrent une vue en coupe et un graphique d'un condensateur variable conventionnel, la tension inverse étant indiquée sur l'axe des abscisses et la capacité sur l'axe des ordonnées; les figures 3 et 4 montrent la théorie de la présente invention, o (a) est une vue en perspective schématique, (b) est une vue en coupe schématique et (c) est une vue en plan schématique; les figures 5 et 6 montrent des vues en coupe de modes de réalisation de l'invention; la figure 7 est un graphique expliquant la présente invention; et les figures 8 et 9 sont des vues en coupe d'autres modes de réalisation selon l'invention. Les figures 3 et 4 montrent la théorie de la présente invention: (a) est une vue en perspective schématique; (b) est une vue en coupe schématique; et (c) est une vue en plan schématique. Sur ces figures, le repère 9 désigne une barrière dans une structure MIS ou dans une structure à jonction de Schottky, provoquant la production d'une couche diélec- trique, le repère 10 désigne une région de semi-conducteur faite d'un conducteur du type P ou du type N permettant la croissance de la couche diélectrique, 11 désigne une région de contrôle de couche diélectrique qui se compose d'une région de semi-conducteur inversement conductrice ou d'un isolateur pour restreindre la croissance de la couche diélectrique Le répère 12 désigne une section de lecture de capacité et le repère 13 est une électrode ohmique disposée sur la région 10 de amÉi-conducteur. Avec cet agencement, quand une tension de polarisa- tion inverse est appliquée à la barrière 9, la couche diélectrique croit dans la région de semi-conducteur 10 et s' étend avec 1 'augmentation de la tens 1 on de polarisation inverse. Dans ce cas, la couche diélectrique qui a atteint la limite de la région de contrôle 11 qui est en contact avec la région de semi-conducteur 10 ne peut s'étendre dans cette région de contrôle 11 et ne s'étend que dans la région de semi-conducteur 10 Cela signifie qu'il est possible de régler la façon dont s'étend la couche diélectrique en réponse à la polarisation inverse, en concevant de façon appropriée la configuration à la limite La capacité entre la section de lecture de capacité 12 et l'électrode ohmique 13 est déterminée selon la configuration de la couche diélectrique et la relation de position entre l'extrémité de cette couche diélectrlàe et la section de lecture de capacité. La présente invention utilise la théorie ci-dessus concernant la croissancecb la couche diélectrique. Les figures 5 et 6 montrent des vues en coupe et en perspective d'une structure pratique d'un mode de réalisation du condensateur variable selon l'invention. Sur ces figures, le repère 14 désigne une région de semi-conducteur du type P, 15 est une région de semi- conducteur du type N qui est-en contact avec la région de semi-conducteur du type P, 16 est un isolant entourant les régions 14 et 15, 17 et 18 désignent une électrode de contrôle de couche diélectrique et une électrode commune disposées respectivement dans ces régions-14 et 15. La jonction P-N 3 est formée perpendiculairement à la direction de l'épaisseur de la région de semi-conducteur sur la figure 5 tandis qu'elle est formée horizontalement en sens longitudinal à la région de semi-conducteur de la figure 6 Dans les deux cas, la concentration en impumtés dans la région de semi-conducteur du type P o la couche diélectrique doit croître est déterminée à une valeur plus faible que celle de la région de semi-conducteur 15 du type N et la configuration de la région de semi-conducteur 14 du type P est conçue de façon que son aire en coupe devienne de plus en plus petite tandis quielle s'éloigne de la jonction P-N 3 Pour que l'aire en coupe devienne de plus en plus petite, la distance entre les limites 19 de l'isolant 16 et la région 14 de semi-conducteur du type P peut être conçue pour rétrécir tandis que l'on s'éloigne de la jonction 3 du type P-N, en courbant les lignes limites, par exemple. Dans cette condition, quand une tension de polarisa- tion inverse est appliquée aux électrodes 17 et 18 afin de polariser en inverse la jonction P-N, la couche dié- lectrique 8 croît principalement de la jonction Pr N dans la région de semi-conducteur 14 du type P o la concentra- tion en impuretésest faible A ce moment, comme la couche diélectrique se dilate le long des lignes limites courbées 19 même lors d'une forte tension de polarisation inverse, la dilatation devient aig Ue et ne s'émousse pas comme on le voit dans des condensateurs variables conventionnels. En effet, comme la charge électrique qui est chargée dans la région de semi-conducteur 14 du type P du fait de la tension de polarisation inverse et la charge spatiale qui se produit dans la couche diélectrique en se basant sur la charge électrique dans la région 14 de semi- conducteur du type P restent en équilibre sensiblement de un à un, quand une tension de polarisation inverse est appliquée, la couche diélectrique 8 vient se dilater dans la région de semi-conducteur 14 du type P qui est plus étroite du fait des limites courbées 19 Par conséquent, la couche diélec- trique peut fortement se dilateroeprésentant ainsi une forte variation capacitive. En se référant à la figure 7 qui montre la caracté- ristique de capacité, on peut voir que la variation de capacité ne se sature même si la tension de polarisation inverse est élevée. La configuration de la région de semi-conducteur telle que représentée sur les figures 5 et 6 peut facilement être formée en modifiant les conditions de la technique de diffusion largement utilisées, et il est également possible de déterminer la configuration comme on le souhaite, selon les buts voulus. En outre, toute sorte de région de semi-conducteur et de région de contrôle de Duche diélectrique peut être choisi Les figures 8 et 9 montrent d'autres modes de réalisation de l'invention o on prévoit une section 20 de lecture de capacité qui comprend une électrode 21 disposée à cheval sur les régions de semi-conducteur 14 et 15. La section de lecture de capacité 20 est configurée en une structure à jonction P-N bien connue,en une structure MIS ou en une structure à jonction de Schottky Selon ce mode de réalisation, en particulier, la variation capacitive qui est contrôlée par la tension de polarisation inverse appliquée entre l'électrode 17 de contrôle de couche diélectrique et l'électrode commune* 18, est lue à une borne de lecture de capacité R 2 qui est disposée entre l'électrode 21 de lecture de capacité et l'électrode commune 18 La relation entre la tension de polarisation inverse et la capacité est telle que représentée sur la figure 7 o la variation capacitive ne se sature pas même si la tension de polarisation inverse est élevée. Comme on l'a décrit ci-dessus, un condensateur variable selon l'invention comprend une barrière pour la production d'une couche diélectrique et une région de semi- conducteur pour la croissance de la couche diélectrique et la couche de semi-conducteur o la couche diélectrique doit s'étendre estconçue pour se rétrécir tandis qu'elle s'écarte de la barrière Cela conduit à une augmentation de la variation capacitive au moment de l'augmentation de la tension de polarisation inverse, ce qui permet d'obtenir une variation capacitive linéaire en réponse à la variation de la tension de polarisation inverse Par conséquent, quand on utilise le condensateur variable dans un circuit d'accord électronique, il est possible d'obtenir une large gamme d'utilisation et d'améliorer la performance du circuit d'accord électronique. R E V E N D I C A T I 0 N S 1 Condensateur variable caractérisé en ce qu'il comprend: un organe semiconducteur ayant une barrière ( 9) permettant la production d'une couche diélectrique ( 8), et une région de semi-conducteur ( 14) permettant la croissance de la couche diélectrique; une éLectrode de contrôle de couche diélectrique ( 17) et une électrode commune ( 18) aux deux extrémités de l'organe semi-conducteur; et un moyen d'application de tension de polàrisation inverse (VR) pour appliquer une tension de polarisation inverse pour ladite barrière, auxdites électrodes; ladite région de semiconducteur étant formée de' façon que son aire en coupe varie graduellement en s'eloi- gnant de la barrière. 2 Condensateur variable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une section de lecture de capacité ( 20) qui est disposée dans la région de semi- conducteur. 3 Condensateur variable selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une borne de lecture de capacité (R 1) disposée entre l'électrode de contrôle de couche diélectrique et l'électrode commune. 4 Condensateur variable selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend de plus une borne de lecture de capacité (R 2) disposée entre l'électrode commune et la section de lecture de capacité. Condensateur variable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend de plus un isolant ( 16) disposé de façon à entourer la région de semi-conducteur. 6 Condensateur variable selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région de semi-conducteur comprend une région de semi-conducteur du type P ayant une jonction P-N et une région de semi- conducteur du type N. 7 Condensateur variable selon la revendication 6, caractérisé en ce que la région de semi-conducteur pour faire croître la couche diélectrique précitée est configurée dans la région de semiconducteur du type P ayant une plus faible concentration en impuretés que celle de la région de semi-conducteur du type N et en ce que la région de semi- conducteur du type est formée de façon que son aire en coupe diminue en s'éloignant de la jonction P-N.