Brevet FR3120470A1 — publié le 20220909

L’invention concerne un condensateur (10) comprenant un empilement de couches (1) en un matériau semi-conducteur présentant une énergie de bande interdite supérieure à 2,3 eV, ledit empilement de couches (1) comportant : - une couche intermédiaire (3), électriquement isolante, présentant une résistivité supérieure à 10 kohm.cm et comprenant des dopants profonds de type n ou p produisant des niveaux d’énergie situés à plus de 0,4 eV de la bande de conduction ou de la bande de valence du matériau semi-conducteur, - deux couches de contact (2a,2b) présentant une résistivité inférieure ou égale à 10 kohm.cm et comprenant des dopants de type opposé à celui des dopants profonds de la couche intermédiaire (3), les deux couches de contact (2a,2b) étant disposées de part et d’autre de la couche intermédiaire (3) pour former deux jonctions pn. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 1 CONDENSATEUR COMPRENANT UN EMPILEMENT DE COUCHES EN MATERIAU SEMI-CONDUCTEUR A LARGE BANDE INTERDITE DOMAINE DE L’INVENTION La présente invention concerne le domaine des dispositifs micro-électroniques. Elle concerne en particulier un condensateur comprenant un empilement de couches en matériau semi-conducteur à large bande interdite. ARRIERE PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION L'intérêt pour les semi-conducteurs à large bande interdite, tels que le carbure de silicium, le nitrure de gallium ou le diamant, a considérablement augmenté au cours des dernières années, car les dispositifs de puissance et les systèmes intégrés d'alimentation basés sur ces matériaux peuvent gérer une densité de puissance beaucoup plus élevée par rapport à leurs homologues traditionnels en silicium, et ce avec des dimensions de zone active inférieures. Ils sont de plus en plus largement utilisés dans la fabrication de dispositifs fonctionnant à hautes tensions et hautes fréquences, pour répondre aux besoins de domaines montants de l'électronique, comme notamment les véhicules hybrides ou électriques. Au-delà des dispositifs de puissance actifs, un circuit micro-électronique requiert également des composants passifs, tels que des condensateurs, supportant de très hautes tensions (par exemple supérieures à 1000V, voire supérieures à 3000V), pour former des amortisseurs RC aptes à supprimer les transitoires de tension lors d’une commutation entre circuit fermé et circuit ouvert ; cela évite un endommagement par surcharge des dispositifs actifs. Les condensateurs à isolant céramique sont connus pour tenir de très hautes tensions. Ils présentent néanmoins plusieurs inconvénients : tout d’abord, leur taille importante empêche qu’ils soient intégrés au plus proche des dispositifs actifs ; la distance significative entre dispositifs actifs et passifs crée des inductances parasites, ceci devenant d’autant plus vrai que les fréquences de commutation augmentent. De plus, ces condensateurs ne sont pas compatibles avec une intégration au cours de la fabrication micro-électronique des dispositifs actifs, en salle blanche. Enfin, ils fonctionnent dans une gamme de températures limitée, typiquement entre la température ambiante et 125°C. OBJET DE L’INVENTION La présente invention vise à remédier à tout ou partie des inconvénients précités. Elle propose un condensateur comprenant un empilement de couches en matériau semi-conducteur à large bande interdite, apte à supporter de très hautes tensions, fiable, présentant des dimensions réduites et capable de fonctionner dans une gamme étendue de températures, typiquement jusqu’à 300°C. Le condensateur selon l’invention est en outre compatible avec les procédés de fabrication micro-électronique et peut donc être co-intégré monolithiquement près de dispositifs de puissance actifs. BREVE DESCRIPTION DE L’INVENTION L’invention concerne un condensateur comprenant un empilement de couches en un matériau semi-conducteur présentant une énergie de bande interdite supérieure à 2,3 eV, ledit empilement de couches comportant : - une couche intermédiaire, électriquement isolante, présentant une résistivité supérieure à 10 kohm.cm et comprenant des dopants profonds de type n ou p produisant des niveaux d’énergie situés à plus de 0,4 eV de la bande de conduction ou de la bande de valence du matériau semi-conducteur, - deux couches de contact présentant une résistivité inférieure à 10 kohm.cm et comprenant des dopants de type opposé à celui des dopants profonds de la couche intermédiaire, les deux couches de contact étant disposées de part et d’autre de la couche intermédiaire pour former deux jonctions pn. Selon d’autres caractéristiques avantageuses et non limitatives de l’invention, prises seules ou selon toute combinaison techniquement réalisable : les deux couches de contact présentent une résistivité supérieure à 1 mohm.cm, le condensateur définissant alors une capacité avec une résistance intégrée pour former un amortisseur RC ; les deux couches de contact présentent une résistivité inférieure ou égale à 1 mohm.cm, pour conférer un caractère purement capacitif au condensateur ; le condensateur comprend deux électrodes métalliques respectivement électriquement connectées aux deux couches de contact ; les dopants profonds sont présents dans la couche intermédiaire dans une concentration comprise entre 1x10 14 /cm 3 et 1x10 21 /cm 3 ; la couche intermédiaire présente une épaisseur comprise entre 10nm et 2mm, préférentiellement entre 500nm et 50 microns ; chaque couche de contact présente une épaisseur comprise entre 5nm et 50 microns, préférentiellement entre 50nm et 1 micron ; le matériau semi-conducteur de l’empilement de couches est choisi parmi le carbure de silicium (SiC), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AlN), les alliages ternaires ou quaternaires à base de nitrure, le nitrure de bore (BN), l’oxyde de gallium (Ga2O3) et le diamant ; le condensateur comprend un substrat support sur lequel est disposé l’empilement de couches ; le substrat support est composé d’un matériau semi-conducteur de même nature que le matériau semi-conducteur de l’empilement de couches ; le matériau semi-conducteur formant l’empilement de couches est le diamant, les dopants profonds de la couche intermédiaire sont de type n, et les dopants des couches de contact sont de type p et sont des atomes de bore ; les dopants profonds de la couche intermédiaire sont des atomes d’azote ; le matériau semi-conducteur formant l’empilement de couches est le carbure de silicium, les dopants profonds de la couche intermédiaire sont de type p et sont des atomes de vanadium, et les dopants peu profonds des couches de contact sont de type n et sont des atomes d’azote. BREVE DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques et avantages de l’invention ressortiront de la description détaillée de l’invention qui va suivre en référence aux figures annexées sur lesquelles : La présente un premier mode de réalisation d’un condensateur conforme à l’invention ; La présente un deuxième mode de réalisation d’un condensateur conforme à l’invention. Les mêmes références sur les figures pourront être utilisées pour des éléments de même type. Les figures sont des représentations schématiques qui, dans un objectif de lisibilité, ne sont pas à l’échelle. En particulier, les épaisseurs des couches selon l’axe z ne sont pas à l’échelle par rapport aux dimensions latérales selon les axes x et y ; et les épaisseurs relatives des couches entre elles ne sont pas nécessairement respectées sur les figures. Condensateur (10) comprenant un empilement de couches (1) en un matériau semi-conducteur présentant une énergie de bande interdite supérieure à 2,3 eV, ledit empilement de couches (1) comportant : - une couche intermédiaire (3), électriquement isolante, présentant une résistivité supérieure à 10 kohm.cm et comprenant des dopants profonds de type n ou p produisant des niveaux d’énergie situés à plus de 0,4 eV de la bande de conduction ou de la bande de valence du matériau semi-conducteur, - deux couches de contact (2a,2b) présentant une résistivité inférieure à 10 kohm.cm et comprenant des dopants de type opposé à celui des dopants profonds de la couche intermédiaire (3), les deux couches de contact (2a,2b) étant disposées de part et d’autre de la couche intermédiaire (3) pour former deux jonctions pn. Condensateur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les deux couches de contact (2a,2b) présentent une résistivité supérieure à 1 mohm.cm, le condensateur (10) définissant alors une capacité avec une résistance intégrée pour former un amortisseur RC. Condensateur (10) selon la revendication 1, dans lequel les deux couches de contact (2a,2b) présentent une résistivité inférieure ou égale à 1 mohm.cm, pour conférer un caractère purement capacitif au condensateur (10). Condensateur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel les dopants profonds sont présents dans la couche intermédiaire (3) dans une concentration comprise entre 1x10 14 /cm 3 et 1x10 21 /cm 3 . Condensateur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : - la couche intermédiaire (3) présente une épaisseur comprise entre 10nm et 2mm, préférentiellement entre 500nm et 50 microns, et - chaque couche de contact (2a,2b) présente une épaisseur comprise entre 5nm et 50 microns, préférentiellement entre 50nm et 1 micron. Condensateur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le matériau semi-conducteur de l’empilement de couches (1) est choisi parmi le carbure de silicium (SiC), le nitrure de gallium (GaN), le nitrure d’aluminium (AlN), les alliages ternaires ou quaternaires à base de nitrure, le nitrure de bore (BN), l’oxyde de gallium (Ga2O3) et le diamant. Condensateur (10) selon l’une des revendications précédentes, comprenant un substrat support (5) sur lequel est disposé l’empilement de couches (1). Condensateur (10) selon l’une des revendications précédentes, dans lequel : - le matériau semi-conducteur formant l’empilement de couches (1) est le diamant, - les dopants profonds de la couche intermédiaire (3) sont de type n, et - les dopants des couches de contact (2a,2b) sont de type p et sont des atomes de bore (B). Condensateur (10) selon la revendication précédente, dans lequel les dopants profonds sont des atomes d’azote (N). Condensateur selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel : - le matériau semi-conducteur formant l’empilement de couches est le carbure de silicium (SiC), - les dopants profonds de la couche intermédiaire (3) sont de type p et sont des atomes de vanadium (V), - les dopants des couches de contact (2a,2b) sont de type n et sont des atomes d’azote (N).