Brevet FR2975531A1 — publié le 20121123

B10741 - 10-T0-1097 1 DIODE SCHOTTKY VERTICALE CONTROLEE Domaine de l'invention La présente invention concerne une diode Schottky verticale contrôlée pour présenter une chute de tension en direct aussi faible que possible et un courant de fuite en inverse aussi faible que possible. La présente invention concerne égale-ment une application particulière d'une telle diode à un montage redresseur, couramment appelé redresseur ou alimentation de type "FORWARD". Etat de la technique La figure 1 représente de façon simplifiée le secondaire d'une alimentation de type FORWARD. Ce circuit est destiné à fournir une tension redressée VDC aux bornes d'une résistance ou autre charge à partir d'une tension alternative VAC. Le montage comprend, entre les bornes T1 et T2 d'une source de tension alternative VAC, deux diodes Dl et D2 connectées en série et en inverse. Dans l'exemple représenté où l'on souhaite que la tension VDC soit positive, les deux diodes ont leurs anodes interconnectées. Le circuit comprend aux bornes de la diode D2 une bobine L en série avec un ensemble formé d'un condensateur C et d'une résistance R montés en parallèle, la résistance constituant la charge du circuit. B10741 - 10-T0-1097 2 Quand la borne T1 (la borne supérieure dans la représentation de la figure) de la source de tension alternative VAC est positive, un courant I1 circule depuis cette borne T1 en passant par la bobine L, la résistance de charge R et la diode Dl vers la borne T2 de la tension d'alimentation alternative VAC. La diode D2 est alors connectée en inverse et doit supporter pratiquement toute la tension de l'alimentation alternative VAC. Elle doit donc être apte à supporter une forte tension en inverse. Quand la borne T1 est négative, la diode Dl est en inverse et un courant de roue libre I2 circule dans la bobine L, la charge R et la diode D2. Dans cette configuration, la diode Dl est en inverse et doit supporter pratiquement toute la tension de l'alimentation alternative. Ainsi les diodes Dl et D2 doivent avoir une tension de claquage élevée en inverse, et bien entendu présenter une chute de tension en direct aussi faible que possible. On va montrer qu'il se pose un problème pour réaliser de telles diodes qui présentent aussi un faible courant de fuite en inverse. Pour réaliser les diodes Dl et D2, on a proposé d'utiliser des diodes Schottky du type de celle illustrée de façon partielle en coupe et en perspective en figure 2. Cette diode est formée à partir d'une couche épitaxiée 1 faiblement dopée de type N sur un substrat 3 fortement dopé de type N. La couche 1 faiblement dopée de type N est revêtue d'une métallisation 5, formant un contact de type Schottky avec cette couche 1. La face supérieure de la structure est revêtue d'une première électrode principale, en l'occurrence une électrode d'anode A, et la face inférieure de la structure est revêtue d'une deuxième électrode principale, en l'occurrence une électrode de cathode K. La structure décrite jusqu'à présent constitue une diode Schottky verticale. Dans une telle diode, divers compromis, difficiles à satisfaire, doivent être respectés pour obtenir à la fois une faible chute de tension en direct, une B10741 - 10-T0-1097 3 forte tension de claquage en inverse et un faible courant de fuite en inverse. Ainsi, on a développé des diodes Schottky contrôlées. Ces diodes comprennent en outre, comme cela est représenté en figure 2, des rainures parallèles dont chacune contient un matériau conducteur 7 entièrement entouré d'un isolant 9, couramment de l'oxyde de silicium. Les conducteurs 7 sont connectés à une électrode de grille G (non représentée). L'électrode de grille G est connectée à un potentiel supérieur à celui de l'électrode d'anode pendant les phases où la diode Schottky doit être passante pour accroître la conduction à l'état passant en "enrichissant" les parties 10 de la couche 1 de type N comprises entre les rainures, ou au moins les zones situées au voisinage de ces rainures. L'électrode de grille G est connectée à un potentiel inférieur à celui de l'électrode d'anode pendant les phases où la diode Schottky est connectée en inverse pour "appauvrir" (déserter) les parties 10 de la couche 1 de type N comprises entre les rainures. Dans de telles structures, on profite en direct de l'enrichissement des parties 10. En conséquence, celles-ci doivent correspondre à une forte proportion de l'épaisseur de la couche 1. Il s'ensuit que la tenue en tension en inverse doit être faite également dans les régions 10. Ceci engendre un fort champ électrique au voisinage des angles inférieurs des conduc- teurs 7 et, pour prévenir une avalanche prématurée de la diode, conduit à l'utilisation d'un isolant 9 de forte épaisseur (de l'ordre de 0,8 }gym pour une tension d'avalanche d'environ 120 V). La grille fonctionne de façon satisfaisante en direct pour réduire la résistance de la diode Schottky mais devient peu efficace en inverse et ne peut plus assurer le pincement de la région comprise entre les rainures car la forte épaisseur d'oxyde retarde le phénomène de pincement qui devrait permettre de limiter le courant de fuite. B10741 - 10-T0-1097 4 Résumé de l'invention Un mode de réalisation de la présente invention vise à pallier au moins certains des inconvénients des diodes Schottky contrôlées connues. Un mode de réalisation de la présente invention vise à réaliser une diode Schottky contrôlée qui présente une faible chute de tension en direct et un très faible courant de fuite en inverse même pour des tensions inverses supérieures à une centaine de volts. Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention prévoit une diode Schottky contrôlée de type vertical comprenant un substrat semiconducteur fortement dopé d'un premier type de conductivité ; une couche mince faiblement dopée du premier type de conductivité ; des rainures remplies d'un conducteur entouré d'un isolant s'étendant dans ladite couche mince selon une première direction ; des bandes parallèles du deuxième type de conductivité s'étendant dans ladite couche mince selon une deuxième direction orthogonale à la première direction ; une première électrode sur la face supérieure de la diode formant un contact Schottky avec ladite couche mince ; une deuxième électrode sur la face inférieure de la diode ; et une électrode de commande solidaire dudit matériau conducteur. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le substrat est en silicium et le matériau conducteur est 25 entouré d'oxyde de silicium. Selon un mode de réalisation de la présente invention, les rainures ont une profondeur de l'ordre de 3 à 5 }gym, et les bandes ont une profondeur de l'ordre de 0,5 }gym et sont espacées d'environ 1 }gym. 30 Un mode de réalisation de la présente invention prévoit un redresseur de type "FORWARD" comprenant deux diodes Schottky telles que ci-dessus, connectées en série et en inverse, la cathode de l'une étant connectée à la grille de l'autre. B10741 - 10-T0-1097 Brève description des dessins Ces objets, caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non-limitatif 5 en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1, décrite précédemment, représente schématiquement le secondaire d'une alimentation de type FORWARD ; la figure 2, décrite précédemment, est une vue en coupe et en perspective d'un exemple de diode Schottky contrôlée selon l'état de la technique ; la figure 3 représente le secondaire d'une alimentation de type FORWARD utilisant des diodes Schottky contrôlées ; et la figure 4 est une vue en coupe et en perspective 15 illustrant une diode Schottky contrôlée selon un mode de réalisation de la présente invention. Par souci de clarté, de mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures et, de plus, comme cela est habituel dans la représentation des campo- 20 sants semiconducteurs, les figures 2 et 4 ne sont pas tracées à l'échelle. Description détaillée La figure 3 représente un schéma du secondaire d'une alimentation de type FORWARD, similaire à celui de la figure 1, 25 mais dans lequel les diodes Dl et D2 sont remplacées par des diodes contrôlées CD2 et CD1. La grille de la diode CD2 est reliée à la cathode de la diode CD1 et la grille de la diode CD1 est reliée à la cathode de la diode CD2. Ainsi, quand l'une des diodes CD2 ou CD1 est en direct, sa grille est reliée à un 30 potentiel fortement positif par rapport à celui de sa cathode, et l'autre diode est en inverse, sa grille étant reliée à un potentiel fortement négatif par rapport à celui de sa cathode. Un avantage de ce schéma est qu'il est autocontrôlé. Il n'est pas nécessaire de prévoir de circuit de contrôle externe. La 35 simple connexion illustrée permet d'obtenir l'effet recherché. B10741 - 10-T0-1097 6 Toutefois, l'utilisation de diodes Schottky du type de celle illustrée en figure 2 est problématique pour des tensions VAC élevées. En effet, comme on l'a indiqué précédemment, la couche d'isolement de grille doit alors être épaisse, conduisant à l'inefficacité de la grille pour limiter le courant de fuite en inverse. Ainsi, on prévoit ici, pour ce type de montage, d'utiliser une diode Schottky contrôlée, modifiée de la façon illustrée en figure 4 pour devenir une diode contrôlée Schottky/bipolaire. En figure 4, les mêmes éléments qu'en figure 2 sont désignés par de mêmes références. On a omis en figure 4, par souci de clarté, de représenter la couche de contact Schottky 5 et la couche d'électrode supérieure d'anode A. En plus des éléments représentés en figure 2, la diode de la figure 4 comprend, dans la couche épitaxiée 1 faiblement dopée de type N, des bandes 11 parallèles entre elles et dopées de type P. Ces bandes s'étendent selon une direction sensible-ment orthogonale aux rainures contenant les conducteurs de grille 7. En direct, la diode de la figure 4 fonctionne sensiblement comme la diode de la figure 2. Quand la diode est polarisée à l'état passant et que les conducteurs 7 sont polarisés positivement, la conductivité de la région 10 entre les rainures augmente du fait de l'enrichissement résultant de la polarisa- tion positive des conducteurs 7. C'est dans le fonctionnement en inverse que la diode de la figure 4 présente un avantage important par rapport à celle de la figure 2. En effet, dans les régions 13 situées entre les bandes 11, il se produit un appauvrissement (une désertion), c'est-à-dire que la zone N apparaît comme beaucoup moins dopée et vide de porteurs dans cette région 13. C'est cette désertion dans ces régions 13 qui "protège" la diode Schottky en inverse contre les courants de fuite sans que la grille ait à intervenir. On notera que les régions désignées par B10741 - 10-T0-1097 7 les références 13 et 10 sont incluses dans une seule et même partie de la couche 1. En conclusion, dans la diode de la figure 4, pour la conduction en direct, la polarisation négative de la grille amé- liore la conduction, tandis que, en inverse, ce sont les bandes P qui agissent pour déserter les régions 13 et la grille ne sert alors qu'à obtenir la tenue en tension souhaitée. A titre d'exemple d'ordres de grandeur, pour une diode Schottky destinée à supporter une tension inverse de l'ordre de 10 100 volts l'épaisseur de la couche épitaxiée 1 pourra être de l'ordre de 8 }gym, les régions conductrices 7 pourront avoir une largeur de l'ordre de 3 }gym et une profondeur de l'ordre de 3 à 5 }gym, et 15 être espacées d'environ 1,5 }gym, la couche d'oxyde de silicium 9 pourra avoir une épaisseur de l'ordre de 0,8 }gym, les bandes 11 de type P pourront avoir une largeur de l'ordre de 1 }gym et une profondeur de l'ordre de 0,5 }gym, et être espa-20 cées d'environ 1 }gym. Ainsi, une diode contrôlée Schottky/bipolaire du type de celle de la figure 4 pourra présenter, pour les mêmes perfor- mances en direct et en tension inverse, des courants de fuite 5 fois inférieurs à ceux observés avec une diode telle que celle 25 de la figure 2 ayant les mêmes dimensions. Des modes de réalisation particuliers de la présente invention ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, tous les types de conductivité et les polarisations pourront être inversés. De 30 même les dimensions des divers éléments pourront être adaptées aux conditions d'utilisation désirées. Enfin, bien qu'un seul exemple de circuit d'utilisation ait été décrit, il sera clair que les diodes contrôlées Schottky/bipolaire décrites ici pourront être utilisées dans de nombreuses applications dans 35 lesquelles on cherche à obtenir une diode à chute de tension en B10741 - 10-T0-1097 8 direct aussi faible que possible, présentant une tension de claquage élevée en inverse et un faible courant de fuite en inverse. REVENDICATIONS1. Diode Schottky contrôlée de type vertical comprenant : un substrat semiconducteur (3) fortement dopé d'un premier type de conductivité ; une couche mince (1) faiblement dopée du premier type de conductivité ; des rainures remplies d'un conducteur (7) entouré d'un isolant (9) s'étendant dans ladite couche mince selon une première direction ; des bandes parallèles (11) du deuxième type de conductivité s'étendant dans ladite couche mince selon une deuxième direction orthogonale à la première direction ; une première électrode (A-5) sur la face supérieure de la diode formant un contact Schottky avec ladite couche mince ; une deuxième électrode (K) sur la face inférieure de la diode ; et une électrode de commande solidaire dudit matériau conducteur (7). 2. Diode Schottky contrôlée selon la revendication 1, 20 dans laquelle le substrat est en silicium et le matériau conducteur (7) est entouré d'oxyde de silicium (9). 3. Diode Schottky selon la revendication 1 ou 2, dans laquelle les rainures ont une profondeur de l'ordre de 3 à 5 }gym, et les bandes (11) ont une profondeur de l'ordre de 0,5 }gym et 25 sont espacées d'environ 1 }gym. 4. Redresseur de type "FORWARD" comprenant deux diodes Schottky selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, connectées en série et en inverse, la cathode de l'une étant connectée à la grille de l'autre.