Brevet FR3079092A1 — publié le 20190920

B16903 - 17-GR1-0789 1 CIRCUIT INVERSEUR Domaine La présente description concerne de façon générale les circuits électroniques et plus particulièrement les circuits logiques. La présente description s'applique plus particulièrement à la réalisation d'un inverseur. Exposé de l'art antérieur Les circuits inverseurs, ou inverseurs, sont des circuits permettant d'inverser un signal. Ces circuits sont des montages comprenant des transistors. Résumé Ainsi, un mode de réalisation prévoit un inverseur comprenant un interrupteur Z2-ELT. Selon un mode de réalisation, une première grille de l'interrupteur Z2-FET est reliée à une première borne 15 d'application d'un premier potentiel. Selon un mode de réalisation, l'interrupteur Z2-ELT est de type N. Selon un mode de réalisation, l'interrupteur Z2-EET est de type P. 20 Selon un mode de réalisation, l'inverseur comprend au moins deux interrupteurs Z2-EET. B16903 - 17-GR1-0789 2 Selon un mode de réalisation, un premier interrupteur est un interrupteur Z2-FET de type N et un deuxième interrupteur est un interrupteur Z2-FET de type P. Selon un mode de réalisation, le premier interrupteur a 5 son anode reliée à une deuxième borne d'application d'un deuxième potentiel et sa cathode reliée à une troisième borne d'application d'un troisième potentiel, et le deuxième interrupteur a son anode reliée à la deuxième borne et sa cathode reliée à une quatrième borne d'application d'un quatrième potentiel. 10 Selon un mode de réalisation, le deuxième potentiel est un potentiel d'alimentation. Selon un mode de réalisation, le quatrième potentiel est un potentiel de référence. Selon un mode de réalisation, le potentiel de référence est la masse. Selon un mode de réalisation, chaque interrupteur Z2- ELT comprend une deuxième grille. Selon un mode de réalisation, la deuxième grille est positionnée sur une face opposée à une face sur laquelle est 20 positionnée la première grille. Selon un mode de réalisation, la deuxième grille comprend une portion dopée de type N et une portion dopée de type P. Selon un mode de réalisation, la portion dopée de type 25 P est reliée à une cinquième borne d'application d'un cinquième potentiel positif et la portion dopée de type N est reliée à une sixième borne d'application d'un sixième potentiel négatif. Selon un mode de réalisation, chaque interrupteur Z2- EET comprend, sur un substrat : une région d'anode ; une région 30 de cathode ; une région dopée de type P séparant la région d'anode et la région de cathode ; et une région de grille isolée positionnée sur et en contact avec une portion de ladite région dopée de type P. B16903 - 17-GR1-0789 3 Brève description des dessins Ces 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 en relation 5 avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 est une vue en coupe schématique illustrant un interrupteur Z2-FET de type N ; la figure 2 est une vue en coupe schématique illustrant un interrupteur Z2-FET de type P ; 10 la figure 3 est un schéma électrique d'un mode de réalisation d'un inverseur ; et la figure 4 est un schéma électrique d'un autre mode de réalisation d'un inverseur. Description détaillée 15 De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. Par souci de clarté, seuls les éléments utiles à la compréhension des modes de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % près, de préférence à 5 % près. Dans la présente description, on utilisera le terme "connecté" pour désigner une liaison électrique directe, sans composant électronique intermédiaire, par exemple au moyen d'une piste conductrice, et le terme "couplé" ou le terme "relié", pour désigner soit une liaison électrique directe (signifiant alors "connecté") soit une liaison via un ou plusieurs composants intermédiaires (résistance, condensateur, etc.). B16903 - 17-GR1-0789 4 La figure 1 est une vue en coupe représentant schématiquement un interrupteur de type Z2-FET, et plus particulièrement d'un interrupteur IN de type N. En figure 1, l'interrupteur IN est plus particulièrement un interrupteur de 5 type Z2-FET à plan de masse double (de l'anglais "double ground planes" (DGP)). L'interrupteur IN est formé dans et sur une structure SOI (de l'anglais "Silicon On Insulator") comprenant une couche semiconductrice 1, couramment en silicium, reposant 10 sur une couche isolante 3, couramment désignée par l'appellation BOX (de l'anglais "Buried OXyde") et reposant elle-même sur un support semiconducteur 5, couramment en silicium. Le support semiconducteur 5 est utilisé comme grille arrière BG de l'interrupteur IN. Une zone active est délimitée dans la couche 1 15 et comprend des régions d'anode AN et de cathode KN (ou anode AN et cathode KN) séparées par une région intermédiaire 11. La région d'anode AN est fortement dopée de type P (P+) et se trouve à gauche sur la figure 1. La région de cathode KN est fortement dopée de type N (N+) et se trouve à droite sur la figure 1. La 20 région intermédiaire 11 est faiblement dopée de type P (P-) et se situe entre les régions d'anode AN et de cathode KN. A titre d'exemple, la région intermédiaire peut être en silicium-germanium comprimé. La grille arrière BG est divisée en une portion dopée de type P BGp et en une portion dopée de type N BGN. A titre de 25 variante, la grille arrière pourrait être seulement dopée de type P. La portion BGp est positionnée du côté de l'anode AN (à gauche en figure 1) et la portion BGN est positionnée du côté de la cathode KN. Les portions BGN et BGp sont séparées en figure 1 par des pointillés 6. Une grille isolée est formée sur une portion de 30 la couche 11 du côté de la région d'anode 7. La grille isolée comprend une couche de grille FGN appelée grille avant FGN en silicium polycristallin et une couche isolante 15 reposant sur la portion de la couche 11. Le fonctionnement de l'interrupteur Z2-ELT de type N IN 35 va maintenant être décrit. Pendant une phase de fonctionnement, B16903 - 17-GR1-0789 5 on applique un potentiel à la grille arrière BG. Plus particulièrement, la portion BGN est reliée à une borne d'application d'un potentiel positif et la portion BGp est reliée à une borne d'application d'un potentiel négatif. De plus, on 5 applique un potentiel positif à la grille avant FGN. Pour rendre l'interrupteur IN passant, on applique un potentiel positif à l'anode AN, puis une impulsion à un potentiel nul sur la grille avant FGN, ce qui a pour effet d'attirer des électrons sous la grille avant FGN de l'interrupteur IN. L'interrupteur IN est alors 10 dans un état de faible impédance et est donc passant. La figure 2 est une vue en coupe d'un interrupteur Ip Z2-FET de type P. L'interrupteur Ip de la figure 2 est similaire à l'interrupteur IN de la figure 1, ainsi l'interrupteur Ip comprend une couche semiconductrice 1 reposant sur une couche 15 isolante 3 qui repose elle-même sur une couche semiconductrice 5. La couche 1 est divisée en trois régions : une région d'anode Ap, une région intermédiaire 11 et une région de cathode Kp. La grille arrière et la grille avant de l'interrupteur Ip sont référencées respectivement BG et FGp. La différence entre l'interrupteur Ip 20 et l'interrupteur IN est que la grille isolée de l'interrupteur Ip est formée sur une portion de la couche 11 du côté de la région de cathode Kp (à droite en figure 2). La grille isolée comprend alors toujours la grille avant FGp et une couche isolante 15 reposant sur la portion de la couche 11. La grille arrière est 25 divisée en deux portions, une dopée de type N (BGN) et une dopée de type P (BGp). Le fonctionnement de l'interrupteur Z2-ELT de type P Ip va maintenant être décrit. Pendant une phase de fonctionnement, la grille arrière BG est reliée à une borne d'application d'un 30 potentiel. Plus particulièrement, la portion BGp est reliée à une borne d'application d'un potentiel positif et la portion BGp est reliée à une borne d'application d'un potentiel négatif. De plus, on applique un potentiel nul à la grille avant FGp. Pour rendre l'interrupteur Ip passant, on applique un potentiel nul à la 35 cathode Kp, puis une impulsion à un potentiel positif sur la B16903 - 17-GR1-0789 6 grille avant FGp, ce qui a pour effet d'attirer des trous sous la grille avant FGp de l'interrupteur Ip. L'interrupteur Ip est alors dans un état de faible impédance et est donc passant. La figure 3 est un schéma électrique d'un mode de 5 réalisation d'un inverseur 20 comprenant un interrupteur Z2-FET de type N IN et un interrupteur Z2-FET de type P Ip. En figure 3, les interrupteurs Z2-FET de type N et de type P sont symbolisés sous la forme d'une diode à laquelle on a rajouté certaines connexions. L'anode de la diode correspond à 10 l'anode de l'interrupteur et sa cathode correspond à la cathode de l'interrupteur. Ce symbole comprend des connexions symbolisant la grille avant FGN et les deux portions dopées de la grille arrière BGN et BGp. La connexion symbolisant la grille avant FGN est positionnée du côté latéral (à gauche en figure 3) du symbole 15 de diode, du côté de l'anode pour l'interrupteur Z2-EET de type N et du côté de la cathode pour l'interrupteur Z2-EET de type P. La connexion symbolisant la portion dopée de type N BGN de la grille arrière est positionné du côté latéral (à droite en figure 3) du symbole de la diode du côté de l'anode. La connexion symbolisant 20 la portion dopée de type P BGp de la grille arrière est positionnée du côté latéral (à droite en figure 3) du symbole de la diode du côté de la cathode. De plus pour aider à différencier l'interrupteur Z2-FET de type N de l'interrupteur Z2-FET de type P, le symbole de l'interrupteur Z2-EET de type P comprend côté 25 cathode un rond noir. Dans l'inverseur 20, les interrupteurs IN et Ip sont connectés en série entre une borne d'application d'un potentiel d'alimentation Vdd et une borne d'application d'un potentiel de référence Vss, par exemple la masse. Plus particulièrement, 30 l'anode de l'interrupteur IN est reliée, de préférence connectée, à la borne d'application du potentiel Vdd et la cathode de l'interrupteur IN est reliée, de préférence connectée, à une borne de sortie fournissant un potentiel de sortie Vout. L'anode de l'interrupteur Ip est reliée, de préférence connectée, à la borne 35 de sortie fournissant le potentiel de sortie Vout et la cathode B16903 - 17-GR1-0789 7 de l'interrupteur Ip est reliée, de préférence connectée, à la borne d'application du potentiel de référence Vss. Les grilles avant des interrupteurs IN et Ip sont reliées, de préférence connectées, à une borne d'application d'un potentiel d'entrée Vin. 5 Les portions dopées de type N des grilles arrières des interrupteurs IN et Ip sont reliées, par exemple connectées, à une borne d'application d'un potentiel VN positif. Les portions dopées de type P des grilles arrières des interrupteurs IN et Ip sont reliées, par exemple connectées, à une borne d'application 10 d'un potentiel Vp négatif. Dans la mesure où la cathode de l'interrupteur Ip reçoit le potentiel de référence (Vss), généralement nul, une impulsion positive sur le potentiel d'entrée Vin rend l'interrupteur Ip passant. Le potentiel de sortie est alors égal au potentiel Vss. 15 Dans la mesure où l'anode de l'interrupteur IN reçoit le potentiel positif (Vdd), une impulsion négative ou nulle sur le potentiel d'entrée Vin rend l'interrupteur IN passant. Le potentiel de sortie est alors égal au potentiel Vdd. La figure 4 est un schéma électrique d'un mode de 20 réalisation d'un inverseur 30 comprenant un interrupteur Z2-FET IN et d'un transistor MOS T à canal N. L'inverseur 30 est similaire à l'inverseur 20 à la différence que l'interrupteur Ip est remplacé par le transistor T. Lorsque le potentiel d'entrée Vin est positif, le 25 transistor T devient passant et le potentiel de sortie est alors égal au potentiel Vss. Dans la mesure où l'anode de l'interrupteur IN reçoit un potentiel positif (Vdd), une impulsion négative ou nulle sur le potentiel d'entrée Vin rend l'interrupteur IN passant. Le 30 potentiel de sortie est alors égal au potentiel Vdd. A titre de variante, à partir de la structure de la figure 3, on peut remplacer l'interrupteur IN par un transistor MOS à canal P. On appelle ici, comme cela est usuel : B16903 - 17-GR1-0789 8 - couche semiconductrice faiblement dopée, une couche dont la concentration en atomes dopants est comprise entre 1014 et 5x1015 atomes/cm3 ; - couche semiconductrice fortement dopée, une couche dont la 5 concentration en atomes dopants est comprise entre 1017 et 1018 atomes/cm3 ; et - couche semiconductrice très fortement dopée, une couche dont la concentration en atomes dopants est comprise entre 1018 et 1020 atomes/cm3. 10 Des modes de réalisation particuliers ont été décrits. Diverses variantes et modifications apparaîtront à l'homme de l'art. En particulier, on pourrait utiliser des interrupteurs Z2- EET de type N et de type P ayant une grille arrière entièrement dopée faiblement de type P, aussi appelé interrupteur Z2-FET à 15 plan de masse simple. Divers modes de réalisation avec diverses variantes ont été décrits ci-dessus. On notera que l'homme de l'art pourra combiner divers éléments de ces divers modes de réalisation et variantes sans faire preuve d'activité REVENDICATIONS1. Inverseur comprenant un interrupteur Z2-FET (IN ; Ip). 2. Inverseur selon la revendication 1, dans lequel une première grille (FGN, FGp) de l'interrupteur Z2-FET (IN, Ip) est 5 reliée à une première borne d'application d'un premier potentiel (Vin). 3. Inverseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l'interrupteur Z2-ELT est de type N (IN). 4. Inverseur selon la revendication 1 ou 2, dans lequel 10 l'interrupteur Z2-EET est de type P (Ip). 5. Inverseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, comprenant au moins deux interrupteurs Z2-FET (IN, Ip). 6. Inverseur selon la revendication 5, dans lequel un premier interrupteur (IN) est un interrupteur Z2-FET de type N et 15 un deuxième interrupteur (Ip) est un interrupteur Z2-FET de type P. 7. Inverseur selon la revendication 6, dans lequel le premier interrupteur (IN) a son anode reliée à une deuxième borne d'application d'un deuxième potentiel (Vdd) et sa cathode reliée 20 à une troisième borne d'application d'un troisième potentiel (Vout), et le deuxième interrupteur a son anode reliée à la deuxième borne et sa cathode reliée à une quatrième borne d'application d'un quatrième potentiel (Vss). 8. Inverseur selon la revendication 7, dans lequel le 25 deuxième potentiel (Vdd) est un potentiel d'alimentation. 9. Inverseur selon la revendication 7 ou 8, dans lequel le quatrième potentiel (Vss) est un potentiel de référence. 10. Inverseur selon la revendication 9, dans lequel le potentiel de référence (Vss) est la masse. 30 11. Inverseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, dans lequel chaque interrupteur Z2-FET (IN, Ip) comprend une deuxième grille (BG). B16903 - 17-GR1-0789 10 12. Inverseur selon la revendication 11, dans lequel la deuxième grille (BG) est positionnée sur une face opposée à une face sur laquelle est positionnée la première grille (FGN, FGp). 13. Inverseur selon la revendication 11 ou 12, dans 5 lequel la deuxième grille (BG) comprend une portion dopée de type N (BGN) et une portion dopée de type P (BGp). 14. Inverseur selon la revendication 13, dans lequel la portion dopée de type P (BGp) est reliée à une cinquième borne d'application d'un cinquième potentiel (Vp) positif et la portion 10 dopée de type N (BGN) est reliée à une sixième borne d'application d'un sixième potentiel négatif (VN). 15. Inverseur selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, dans lequel chaque interrupteur Z2-FET (IN, Ip) comprend, sur un substrat : 15 une région d'anode (AN, Ap) ; une région de cathode (KN, Kp) ; une région dopée de type P (11) séparant la région d'anode (.74p Ap) et la région de cathode (KN, Kp) ; et une région de grille isolée (FGN, FGp) positionnée sur 20 et en contact avec une portion de ladite région dopée de type P (11).