Brevet FR2536910A1 — publié le 19840601

O La présente invention concerne les transistors à effet de champ (TEC) à double grille et, plus spécialement, les TEC à double grille qui produisent un signal de sortie de haute puissance. Les TEC à double grille de la technique antérieure possèdent les propriétés voulues de gain élevé aux hautes fréquences, par exemple dans la bande Ku En outre, on peut modifier le gain en faisant varier la tension de polarisation appliquée à la deuxième grille Les TEC à double grille de la technique antérieure possèdent la propriété non souhaitable de produire une puissance de sortie basse, d'environ dix milliwatts. Les TEC à une seule grille de la technique antérieure, en particulier ceux du type décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n' 3 993 515 qui sont montés par "assemblage inversé sans fil", peuvent produire, comme il est souhaitable, des puissances de plusieurs centaines de milliwatts, mais ils ne peuvent produire aux hautes fréquences un gain élevé ajusté - Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, une pastille de TEC possède au moins un plot de drain et un plot de source, ainsi que de multiples électrodes connectées à chacun desdits plots, possède au moins deux plots de-griile et de multiples électrodes 'connectées à chaque plot de grille, et possède de multi- ples autres électrodes, et un support de transistor comprend un substrat électriquement isolant et thermiquement conducteur et, montées sur celuici, une borne de source, une borne de drain, une première borne de grille, une deuxième borne de grille, et une borne supplémentaire Le support et la pastille sont disposés de telle manière que le plot de drain de la pastille-soit électriquement connecté à la borne de drain du support, le plot de source de la pastille soit électriquement connecté à la borne de source du support, l'un des plots de grille de la pastille soit électriquement connecté à la première borne de grille du support, l'autre des plots de grille de la pastille soit électriquement connecté à la deuxième borne de grille du support, et les autres électrodes de la pastille soient électriquement connectées à la borne supplémentaire du support. 25369 10 La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques'et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés 2 parmi lesquels: la figure 1 est une vue en plan d'une pastille de TEC classiquement utilisée pour produire un TEC de puissance à une seule grille; la figure 2 est une vue en élévation et en section droite, suivant les lignes 2-2,de la pastille de TEC de la figure 1; la figure 3 est une vue en plan d'un support de TEC de puissance à une seule grille au-dessus duquel est placée -la pastille de TEC de la figure 1, indiquée en trait interrompu, selon la technique antérieure; la figure 4 est une vue en élévation et en section droiteé suivant les lignes 4-4, du support de la figure 3 et de la pastille de la figure 1 selon la technique antérieure; la figure 5 est un schéma électrique d'un TEC de puissance à une seule grille ayant la structure présentée sur les figures 3 et 4 selon la technique antérieure; -la figure 6 est une vue en plan d'un support de TEC de puissance à double grille au-dessus duquel est placée la pastille de TEC de la figure 1, indiquée en trait interrompu, selon un mode de réalisation préféré de l'invention; la figure 7 est une vue en élévation et en section droite, suivant les lignes 7-7, du support de la figure 6 et de la pastille de la figure 1 selon un mode de réalisation préféré de l'invention; et la figure 8 est un schéma électrique d'un TEC de puissance à double grille ayant la structure présentée sur les figures 6 et 7 selon un mode de réalisation préfér'é de l'invention. On se reporte maintenant aux figures 1 et 2, qui représentent respectivement une vue en plan et une vue en élévation et en section droite d'une pastille de TEC destinée à'être utilisée dans la fabrication d'un TEC de puissance à une seule grille La pastille 10 comprend un substrat semiconducteur 12 d'arséniure de gallium (Ga As) sur lequel est déposée une couche 14 à dopage N de Ga As, dlune épaisseur d'environ 0, 3/um Sur la couche 14, se trouve un tracé d'électrodes et de plots à décrire ci-après Alors que le tracé matériel des plots et des dlectrodes est identique dans lap- plication à une seule grille de la technique antérieure et dans- l'application à double grille de l'invention, l'usage qui est fait des électrodes et des plots est différent,. Ainsi, sur les figures 1 et 2, les lettres S (source), D (drain) et G (grille) qui ne sont pas mises entre parenthèses se rapportent à l'usage des plots et des électrodes selon l'invention, tandis que ces mêmes lettres placées entre-parenthèses se rapportent à l'usage des diectrodes et des plots selon la technique antérieure. Toutes les électrodes S, D et G se trouvent entre des lignes i 6-16 et 1818 de la figure 1 On trouve quatre plots, 20, 22, 24 et 26, sur la figure 1 Toutes les électrodes et tous les plots sont typi- quement faits en or et sont déposées sur le substrat 14. Dans la technique antdtieure, il existe deux plots de drain 20, 22 par exemple Le plot (D) 20 est connecté à deux lectrodes (D) 20 a et 20 b De m 8 me, il existe deux plots de grille 24 et 26 dans la technique antérieure Par exemple, le plot de grille (G) 26 est connecté à quatre électrodes (G) 26 a, 26 b, 26 c et 26 d En se repor- tant à la figure 2, on notera que la surface supérieure des cinq électrodes (s) 30, 32, 34, -36 et 38 de la technique antérieure sont situées au-dessus de la couche 14 par rapport aux quatre électrodes (D) 20 a, 20 b, 22 a et-22 b Les huit électrodes (G) (qui ne sont pas numérotées sur la figure 2 en raison de leur petite taille) sont disposdes dans des creux de la couche 14 pour faciliter la fabrica- tion, Les cinq électrodes (S) ne sont connectées à aucun plot de source,mais, au contraire, selon la technique antérieure, sont diec- triquement connectées ensemble par un support à décrire ci-après. Bien que ceci ne soit pas indique sur la figure 2, la surface spé- rieure des plots 20, 22, 24 et 26 se trouve à la même hauteur que la surface supérieure des électrodes (S). Dans une pastille typique de la technique antérieure, le tracé des électrodes et des plots présenté sur les figures 1 et 2 peut se répéter, à l'exception d'une électrode (S) d'extrémité (par exemple 38) Ainsi, un groupe de plots et d'électrodes s'étendant entre les électrodes 30 et 26 d, et les incluant, est placé à gauche de l'électrode 30 Puisque les électrodes groupées répétées ne sont pas nécessaires à l'invention, elles ne sont pas représentées. Selon l'invention, l'utilisation des divers plots et électrodes diffère par rapport à la technique antérieure Par exemple, comme on peut le voir sur la figure 1, les électrodes 22 a et 22 b sont traitées en électrodes de source, et non en électrodes de drain comme dans la technique antérieure De même, le plot 22 connecté aux électrodes 22 a et 22 b est traité en plot de source, et non en plot de drain Les électrodes 30, 32 et une partie de 34 sont traitées en électrodes de drain, et non en électrodes de source Enfin, les électrodes de grille connectées au plot de grille 24 sont traitées en électrodes de la grille 1,ltandis que les électrodes de grille connectées au plot de grille 26 sont traitées en 'électrodes de la grille 2 du TEC à double grille, et non simplement en électrodes de grille du TEC à grille unique. Dans la technique antérieure, la pastille 10 de TEC est montée par assemblage inversé sans fil (retournement avant montage) sur un support 50 représenté en plan sur la figure 3 et en section droite sur la figure 4, à laquelle on va maintenant se reporter - Ainsi, les figures 3 et 4 représentent un TEC de puissance à une seule grille du point de vue mécanique, tandis que la figure 5 le représente du point de vue électrique En ce qui concerne la figure 3, la pastille 10 n'est représertée qu'en trait interrompu de façon que la forme du support puisse aisément se voir En outre, puisque -les échelles des figures 3 et 4 sont plus petites que:celles des figures 1 et 2, seuls les plots de grille et de drain, et non les électrodes, sont illustrés et les électrodes de source sont simplement repré- sentées sous forme d'un seul bloc allongé au lieu d'électrodes dis- tinctes Des parenthèses sont employées avec les symboles G, D et S pour maintenir la cohérence avec les figures 1 et 2; Le support 50 comporte un élément 52 en forme de T retourné (comme on peut le voir sur la figure 4) qui est fait en cuivre pour assurer une bonne conduction de la -chaleur et une con- nexion électrique avec toutes les électrodes de source (S) Pour assurer des caractéristiques de bonne dissipation thermique, la partie verticale 52 a du T a typiquement une section droite trapdzol- dale, comme cela est illustré sur la figure 4 Le support 50 contient également deux cales de surélévation en céramique 54 et 56 'qui sont parallèles à la partie 52 a et qui la bordent de part et d'autre. Sur chaque cale en céramique se trouve une couche de cuivre, 58 et respectivement De courtes longueurs de fil de liaison 62 et 64 sont connectées entre les plots de grille 24 et 26 respectifs de la pastille et la couche de cuivre 58 De même, de courtes longueurs de fil de liaison 66 et 68 sont connectées entre les plots de drain 20 et 22 respectifs de la pastille et la couche de cuivre 60 Ainsi, les plots de grille 24 et 26 sont électriquement connectés ensemble par la couche de cuivre 58, les plots de drain 20 et 22 sont élec- triquement connectés ensemble par la couche 60, et les électrodes de source sont électriquement connectées ensemble par l'aire 52 a en forme de T, qui sert également à dissiper la chaleur produite dans les électrodes de source et d'autres parties de la pastille 10. La couche 58 est la connexion de grille du transistor, désignée par la lettre minuscule ú de la figure 3 La couche 56 est la connexion de drain du transistor, désignée par la lettre minuscule d de la figure 3, et l'élément 52 en forme de T est la connexion de source du transistor, désignée par la lettre minuscule S de la figure 3. La figure 5 illustre, sous forme de montage électrique, le transistor qui est représenté d'un point de vue mécanique sur les figures 3 et 4 Les lettres entre parenthèses sont les désignations D, G et S de la technique antérieure correspondant aux désignations de la pastille sur les figures 1 et 2, tandis que les désignations des bornes par les lettres minuscules d, g et S servent à assurer la cohérence avec les désignations équivalentes de la figure 3. Les figures 6, 7 et 8, auxquelles on va maintenant se reporter, montrent comment la pastille des figures 1 et 2, qui est initialement destinée à être utilisée en TEC de puissance à une seule grille, est utilise -pour produire un TEC à double grille présentant une capacité de traitement de puissance supérieure à celle d'un TEC A double grille selon la technique antérieure La figure 6 est une vue en plan d'un TEC à double grille selon llinven- tion Le TEC comprend un support 70 et, indiquée en trait interrompu de la même façon que sur la figure 3, la pastille 10 de TEC des figures 1 et 2 Comme pour la figure 3, seuls les plots de grille et de drain (un est utilisé comme source) et la zone générale de source (drain) sont représentés La figure 7 est une vue en élévation et en section droite, suivant les lignes 7-7 de la figure 6, mais elle montre une pastille 10 de TEC en position. Le support 70 comprend un substrat 72 fait de préfé- rence en oxyde de béryllium (Be O) sur lequel est déposé un tracé conducteur typiquement fait de cuivre et d'or L'oxyde de béryllium est connu pour être un bon isolant électrique et un bon conducteur thermique Le tracé conducteur comporte un plot de drain 74 aligné et électriquement connecté avec le plot de drain 20 de la pastille , un plot de source 76 aligné et électriquement connecté avec le plot de source 22 (qui est un plot de drain dans la technique anté- rieure), un premier plot de grille 78 aligné et électriquement connecté avec le plot de grille Gl,24,de la pastille 10 et un deuxième plot de grille 80 aligné et électriquement connecté avec le plot de grille G 2,26, de la pastille 10 Le tracé conducteur comporte également un plot 82 aligné et électriquement connecté avec-toutes les électrodes 30, 32 34, 36 et 38 Les divers plots et électrodes présents sur la pastille 10 sont soudés A leurs plots associés présents sur -le support 70 La chaleur qui est produite dans la pastille 10 lorsque celle-ci conduit un courant parvient également, via les divers plots, au substrat 72 de Be O, puis aux autres parties du circuit (non représentées) en vue de la dissipation finale dans l'atmosphère. Les plots 74, 76, 78 et 80 sont les bornes du tran- sistor à double grille et sont indiqués par des lettres minuscules correspondant aux lettres du montage électrique de transistor TEC à double grille de la figure 8 Ainsi, le plot 74 est le plot d de drain du transistor, le plot 76 est le plot S de source du tran- sistor, lequel est typiquement connecté à la terre comme cela-est illustré sur la figure 8, le plot 78 est la borne gl du plot de grille du transistor et le plot 80 est la borne g 2 du plot de grille du transistor. Alors que, comme cela est illustré sur les figures 6, 7 et 8, il n'existe pas de connexion du plot 82 de source 52/D 1 avec l'extérieur, il peut être souhaitable, dans certaines applications, qu'une connexioh de ce plot à d'autres éléments de circuit (non repré- sentés) existe et on réalisera aisément cette connexion en ajoutant simplement le circuit voulu sur le substrat 72 de Be O en connexion' mutuelle appropriée avec le plot 82. Si l'on observe les figures i et 2 et les figures 6, 7 et 8, on comprendra que, selon l'invention, les électrodes qui sont - classiquement utilisées comme sources sont, selon l'inventions uti- lisées comme drains, les électrodes 30, 32 et 34 (figure 1) en étant des exemples, les électrodes qui sont classiquement-utilisées comme drains sont, selon l'invention, utilisées comme sources, les élec- trodes 22 a et 22 b en étant des exemples, et les diverses électrodes de grille qui sont normalement connectées électriquement ensemble (voir figure 3) sont électriquement séparées en deux grilles, G 1 et G 2. On comprendra que, par l'emploi d'une pastille 10 de TEC (figure 1) qui est classiquement employée dans la fabrication d'un TEC de puissance à grille unique en combinaison avec un support selon l'invention qui connecte les électrodes de la-pastille d'une manière différente du support de la technique antérieure et qui produit des connexions externes différentes, comme cela est illustré sur les figures 6 et 7, il est réalisé un TEC à double grille pouvant traiter des puissances de nombreuses fois supérieures à celle d'un TEC à double grille classique En outre, d'autres circuits et-élé- ments de-circuit (non représentés) peuvent également être placés sur le substrat 72 de Be O et être couplés aux plots 74, 76 e 78 et 80, de la manière voulue. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'ima- giner, à partir du dispbsitif dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratifet nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. : R E V E N D I C A T I 0 N S - -Transistor à effet de champ à double grille comprenant une pastille ( 10) de transistor d effet de champ et un support ( 50); ladite pastille possédant a) des électrodes de source ( 30, 32, 34, 36, 38) et des premier et deuxième plots de drain ( 20, 22) avec de multiples électrodes ( 20 a, 20 b, 22 a, 22 b) et b) possédant au moins deux plots de grille ( 24, 26) avec de multiples électrodes ( 24 a-24 d, 26 a-26 d); ledit support possédant une première, une deuxième et une troisième borne ( 52, 60, 58) qui sont électriquement isolées les unes des autres et qui sont connectées à des éléments respectifs des électrodes de source, des plots de drain et des plots de grille; ledit transistor étant caractérisd en ce que ledit support comporte un substrat ( 70) fait d'une matière qui est électriquement isolante, afin d'assurer l'isolation électrique entre lesdits plots et lesdites électrodes, et qui est thermiquement conducteur; ladite deuxième borne du support est divisée de façon à former une borne de source ( 76) et une borne de drain ( 74), et -20 ladite troisième borne du support est divisée de manière à former une première et une deuxième borne de grille ( 78, 80); le support et la pastille sont disposés de sorte que le premier et le deuxième desdits plots de grille-( 24, 26) de la pastille sont respectivement connectés à la première et à la deuxième borne de grille du support, ledit premier et ledit deuxième plot de drain de la pastille sont respectivement connectés aux bornes de source et de drain du support, et lesdites électrodes de source de la pastille sont connectées à ladite première borne du support. 2 Transistor selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat est en oxyde de béryllium. 3 Transistor selon La revendication 2, caractérisé en ce que lesdites électrodes de source de la pastille font fonction d'électrodes de source et de drain, toutes étant connectées à ladite première borne du support et n'étant connectées à aucun des plots de la pastille. 4 Transistor selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que lesdites électrodes sont disposées suivant une ligne allongée: -