<Desc/Clms Page number 1>
L'invention concerne un. transistor à effet de champ (field- affect-transistor), constitue par un corps semi-conducteur,, compor- tant une zone superficielle d'un type de conduction qui, a une cer- taine distance sous la surface, passe en une zone du type de con- duction opposé, alors que sur la première zone mentionnée sont appliquées, l'une à côté de 1' autre, une électrode 'd'entrée ohmique .il; une électrode de sortie ohmique, séparées par une rainure, qui rétrécit le trajet de courant de l'électrode d'entrée vers l'élec- trode de sortie dans la première zone, au-dessus du passage vers la seconde zone, tandis que la seconde zone avec l'électrode y appliquée, forme l'électrode de "gate" ou vanne du système.
L'invention concerne en outre'des procédés de fabrica- .
..ion de tels dispositifs semi-conducteurs.
<Desc/Clms Page number 2>
Comme on le sait, le fonctionnement d'un transistor à effet de champ est basé sur le fait que lors de Inapplication d'u- ne tension de blocage à la vanne, il se forme, au passade entre la vanne et le trajet de courante une couche désertée (c'est-à- dire une couche ne comportant pratiquement pas de porteurs de charge), qui, suivant la grandeur de la tension d'arrêt appliquée, pénètre plus ou moins profondémentdans le trajet de courant de l'électrode d' entrée, vers l'électrode de sortie et peut, de ce fait., influencer fortement la conduction le long de ce trajet.
Une extension de la couche désertée du côté du trajet de courant du passage p-n est oDtenue en choisissant jour.la zone de trajet de courant du corps semi-conducteur une résistivité grande;, par rap- port à celle de l'autre côté de la barrière p-n dans la zone de vanne du corps semi-conductuer. 11 est en outre connu., que, de cet- te manière, un transistor à effet de champ permet d'obtenir une amplification d'énergie.
Avant de passer à la description de l'invention, on don- nera d'abord l'état de. la technique en @e qui concerne le transis- tor à effet de champ, et on l'expliquera à l'aide des fig. 1 à 3, qui représentent, en coupe longitudinale, trois forces de réali- sation connues.
La Demande de Brevet austra@ienne n 9642/52, rendue @u- blique en 1952, décrit déjà le principe du trensistor 2. effet de champ et explique le fonctionnement de ce transistor entre autres à l'aide de la forme de réalisation représentée sur la fig. 1. Le dispositif représenté sur la fig.1 est constitué par un corps monocristallin 1 dans lequel;, par une variation du dosage di- bain pendant le tirage du cirst@l,on réalise une zone semi-conductrice 2 du type n et une zone semi-conductrice 3 du type p, séparées par une barrière p-n 4.
Sur la zone 2, du type n, sont appliquées .L'électrode d'entrée oblique 5 et l'électrode de sortie ohmique 6, alors que la zone 3, du type p, forme, ensemble avec l'électrode 7 y appliquée, la vanne du système. Entre l'électrode d'entrée 5 et 1'électrode de sortie 6 on a fraisé, dans le corps semi-conducteur,
<Desc/Clms Page number 3>
une rainure 8, qui rétrécit le trajet de courant entre ces deux é- lectrodes dans la zone 2 du type n au-delà de la barrière p-n 4.
Bien que la constitution d'un tel transistor à effet de champ, dans lequel l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie sont disposées l'une à côté de l'autre et sont séparées par une rainure qui pénè- tre, à partir de la surface, dans le corps semi-conducteur dans la direction de l'électrode vanne soit utilisable en soi, la mise en oeuvre de ce procédé de fabrication, tel que décrit dans ladite Demande de Brevet, ne comporte pas les dispositions qui permettent, à ,l'aide d'une telle structure, de répondre aux conditions sévères qui sont imposées dans la pratique à un transistor à effet de champ, en ce qui concerne la reproductibilité, la stabilité, le bruit, la caractéristique de fréquence ainsi que le prix de revient.
Aussi a-t-on imaginé d'autres formes de réalisation qui sont représentées en coupe longitudinale sur les fig. 2 et 3. La section du transistor à effet de champ représenté sur la fig. 2, perpendiculaire au plan du dessin, est rectangulaire. Sur deux fa- ces opposées du corps sont appliquées l'électrode d'entrée 5 et l'électrode de sortie 6, qui forment des liaisons ohmiques avec la zone 2, du type n, du corps. Sur l'autre paire de faces opposées, sont disposées les vannes, constituées par les zones 3, du type p, et les électrodes y appliquées.
Pour éviter les effets de résistan- ce négative aux vannes résultant de l'injection de trous, à partir de l'électrode de sortie 6, dans les vannes, une partie 9 de la zo- ne 2, de type n, se trouvant entre l'électrode de sortie 6 et la ligne en pointillés 10, est dotée d'une teneur spécialement élevée en donneurs, et comporte ainsi une grande conductibilité électro- nique et, partant, une faible teneur en trous.
Une pénétration se produisant, pour une tension d'arrêt déterminée aux vannes, de la couche désertée dans la zone 2, du type n, est indiquée par la lignq en pointillés 10 : les deux parties qui forment la zone désertée sont cunéiformes, car la tension d'arrêt à la barrière de l'élec- trode vanne augmente dans le sens de l'électrode de sortie sous @e la chute de tension, le long du trajet de courant de
<Desc/Clms Page number 4>
l'endroit d'alimentation 5 vers l'électrode de sortie 6. La fig. 3 représente encore une autre forme de réalisation connue d'un tran- sistor à effet de champ, dont le corps semi-conducteur a, perpendi- culairement au plan du dessin, une section circulaire.
L'électrode d'entrée 5 et l'électrode de sortie 6 sont également appliquées ici sur deux faces opposées,à savoir sur les deux faces terminales du corps cylindrique. La zone 3, du type p, et l'électrode 7 y ap- pliquée, formant ensemble la vanne, entourent cependant sous forme d'une bague, la zone 2 du type n. L'extension de la couche désertée pour une tension d'arrêt déterminée à la vanne, indiquée par 10, est donc,dans ce cas, égalementune figure de révolution. Les deux dernières formes de réalisation mentionnées présentent un sérieux inconvénient : suivant ces formes de réalisation, il est pratique- gent très 'difficile de réaliser des transistors à effet de champ, à fréquence de coupure supérieure à 10 MHz.
La fréquence de coupure est en effet inversement proportionnelle.au produit de la capacité de la vanne et de la résistance entre l'électrode d'entrée etl'élec- trode de sortie, d moins pour autant que celle-ci se trouve entre tes vannes, Tant cette capacité que cette résistance sont propor- tionnelles à la longueur du trajet de courant de l'électrode d'en- Grée vers l'électrode de sortie, pour autant que celles-ci se trou- vent entre les vannes, et de ce fait, la fréquence de coupure est nversement proportionnelle au carré de cette longueur.
Or., dans es formes de réalisation dans lesquelles les vannes se trouvent @oujours entre 1-*électrode d'entrée et l'électrode de' sortie, il @st évidemment impossible de réduire, d'une manière arbitraire, cet, e longueur, qui est en effet approximativement égale à la longueur les vannes, dans la direction du trajet de courant, de sorte qu'il @i@te une limite supérieure pratique de la fréquence de coupure.
L'invention fournit entre autres des dispositions plus acllement réalisables, pour obtenir un transistor à effet de h mp, ne présentant pas ou guère les inconvénients des dispositifs @onnus précités, et qui, à plusieurs points de vue, entre autres n @e qui concerne la reproductibilité, le bruit, la fréquence de
<Desc/Clms Page number 5>
coupure et la stabilité, présentent des propriétés particulière- ment intéressantes. L'invention recourt, à cet effet, à une forme d'exécution, qui, en principe, ressemble à la forme de réalisation représentée sur la fig. l, mais fournit en outre des dispositions faciles à mettre en oeuvre, assurant à une telle forme d'exécution, une réalisation particulièrement appropriée pour la pratique.
Dans un transistor à effet de champ, constitué par un corps semi-conducteur, comportant une zone superficielle d'un type de éonduction déterminé, qui à une certaine distance sous cette surface passe en une zone de type de conduction opposé, alors que sur la première zone sont appliquées une électrode d'entrée ohmi- que et une électrode de sortie ohmique, l'une à côté de l'autre, mais séparées par une rainure qui rétrécit le trajet de courant de l'électrode d'entrée vers l'électrode de sortie dans la première zone au-dessus de la barrière vers la seconde zone, tandis que la seconde zone et l'électrode y appliquée constituent la vanne du système, conformément à l'invention, la première zone mentionnée consiste,
du moins pour la partie située à la surface et sur la- quelle sont appliquées l'électrode d'entrée et l'électrode de sorti en une couche diffusée dans cette surface, de même type de conduc- tion que ladite première zone, tandis que la rainure traverse, du moins localement, entre ces électrodes, la surface de la couche diffusée au-dessus de la vanne. De préférence, la première zone est entièrement constituée par une couche diffusée dans la surfa- ce. Par une couche diffusée dans la surface, il y'a lieu d'enten- d@e ici une couche qui est introduite dans le corps par diffusion d'une ou de plusieurs impuretés d'un type déterminé, à partir d'un fluide, en particulier d'un gaz, ou bien d'un liquide ou d'une substance solide, par l'intermédiaire de cette surface.
Elle doit @@e nettement distinguée d'une couche obtenue par alliage (un pr@cédé, qui, précédemment a été parfois' appelé aussi diffusion), d s lequel la couche du corps semi-conducteur est d'abord dissou- t dans un bain, appliqué sur la couche, et se dépose ensuite, pen- da@t le refroidissement ultérieur, à sa place originale avec ségré-
<Desc/Clms Page number 6>
gation d'impuretés qui existaient dans -ce bain.
Une particularité de la couche diffusée réside entre autres dans 'levait qu'une telle couche présente dans la.surface et immédiatement au-dessous de la surface, le long de laquelle cette impureté s'est diffusée dans le corps, une assez grande teneur en impuretés, c'est-à-dire qu'elle présente une surface à faible résistance ohmique, tandis qu'à mesu- re que l'on pénètre plus porfondément dans la couche cette teneur en impuretés et partant ..aussi la conductibilité locale diminuent fortement. Par contre dans le cas d'une couche appliquée par al- liage, en générale la teneur dans la couche -est très élevée, sur toute la profondeur de pénétration.
La présente invention tire parti,entre autres, de l'existence d'une surface à faible résis- tance ;ohmique dans une couche diffusée, cornue il sera expliqué par la suite. Lorsque le corps semi-conducteur est constitué par du germanium, la résistivité du corps semi-conducteur, dans la ',sur- face à faible résistance ohmique de la. couche diffusée est choisie, de préférence, inférieure à 0,5ohm/cm Lorsque le corps semi-conduc- teur est en siliciumla résistivité du corps semi-conducteur dans .la surface à basse résistance oblique de la couche diffusée est de préférence, choisie inférieure à 1 ohm/ cm.
Outre davantage par rapport aux dispositifs connus, re- présentés sur les fig. 2 et 3, dans lesquels la barrière de la van- ne se trouve toujours entre 1'Électrode d'entrée et l'électrode de sortie, de sorte que la plus courte distance obtenable entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie est limitée par la largeur indispensable de cette barrière de vanne, alors que dans le dispositif conforme à l'invention, cette limitation est beau- coup moins stricte, par suite du fait que l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie se trouvent toutes deux sur la zone superfi- cielle à basse résistance ohmique de la couche diffusée, le bruit est plus faible.
En effet, le bruit dépend de la diffusion des por- teurs de charge minoritaires et, cornue l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie se trouvent toutes deux sur une zone super-
<Desc/Clms Page number 7>
ficielle à faible résistivité, le nombre de porteurs de charge minoritaires disponibles et donc la diffusion des porteurs de' char- ge minoritaires sont faibles, de sorte que le bruit est réduit.
Entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie, on a prévu, dans la première zone mentionnée, une rainure, qui traverse,du moins localement, la surface de la couche diffusée au-dessus de la. vanne. C'est uniquement à l'endroit de la rainure, que cette sur- face à basse résistance ohmique est interrompue. Par la présence de cette surface à basse résistance ohmique, l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie sont, en quelque sorte, déplacées jusqu'à proximité de la rainure. 'Aussi, le transistor à effet de champ con- forme à l'invention offre-t-il l'avantage additionnel d'une faible résistance en série, et, par suite de la présence d'une zone à fai- ble résistance ohmique pour l'électrode de sortie., une haute stabi- lité.
Sous la surface à basse résistance ohmique de la zone diffu- sée, la résistivité augmente fortement et la rainure doit au moins se poursuivre jusque dans cette zone pour se trouver dans le rayon d'action de la zone désertée de la vanne. De préférence, la plus courte distance entre l'électrode d'entrée et 1-'électrode de sortie, mesurée le long de la surface du corps semi-conducteur, est choisie plus petite que le double de la, plus courte distance entre l'élec- trode d'entrée et la barrière d.e la vanne et/ou la plus courte distance entre 1.'électrode de sortie et la barrière de la vanne.
Il y a lieu de noter que, par électrode d'entrée et électrode de sortie, on entend, soit le corps de contact proprement dit sur le corps semi-conducteur ou bien, lorsqu'une zone à basse résistance oblique est prévue immédiatement avant le corps de contact en cau- se, l'électrode d'entrée virtuelle respectivement l'électrode de sortie virtuelle, qui se trouve à l'endroit où le. zone à basse résistance ohmique s'arrête dans la direction de l'autre électrode.
Suivant un autre aspect de l'invention, on a ménagé en- tre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie une ra. inure as- sez longue. De préférence, la longueur de la rainure dépasse 1,5
<Desc/Clms Page number 8>
fois la plus petite des deux plus grandes dimensions de l'élec- trode d'entrée et de l'électrode de sortie. C'est ainsi que, des- dites électrodes, l'une peut être appliquée pour ainsi dire centra- lement sur la première zone et être entièrement entourée par la rainure, tandis qu'en dehors de cette rainure, se trouve l'autre électrode. En vue en plan, l'une des électrodes, par exemple l'é- lectrode d'entrée est, de préférence, circulaire, tandis que l'au- tre électrode affecte la forme d'une bague et entoure concentrique- ment la première.
L'une des électrodes peut également être de forme ' lenticulaire et être entourée, du moins sur une grande partie, par l'autre électrode. Dans une autre forme de réalisation encore, 1, électrode d'entrée et l'électrode de sortie affectent toutes deux la forme d'un peigne, dont les dents sont enchevêtrées, mais sont séparées par la rainure déjà mentionnée. Par le ménagement d'une rainure assez longue, c'est-à-dire une rainure plus longue qu'une rainure droite, il peut en outre être avantageux que la transcon- ductance, généralement appelée g, augmente sans ou-il en résulte une augmentation de la capacité qui est proportionnelle à la sur- face de contact. Cet aspect de l'invention peut également être réalisé de manière très simple dans cette forme de réalisation.
La première zone mentionnée, dans laquelle se trouve le trajet de cou:- rant de l'électrode d'entrée vers l'électrode de sortie est, de préférence, du type de conduction n, étant demie qu'en général, la mobilité des électrons est plus grande que celle des trous.
Suivant un autre aspect de l'invention, ce transistor à effet de champ peut être réalisé de manière simple et reproducti- ble. C' est ainsi que, dans un corps de conduction n', on peut réa- liser par diffusion d'un donneur une couche superficielle diffu- sée. Sur l'une des faces du corps, on peut appliquer, par alliage, un accepteur, qui forme la vanne. Sur la. couche superficielle dif- fusée, située en regard, on applique, l'une à côté de l'autre, 1' électrode d'entrée ohmique et l'électrode de sortie ohmique. Entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie, on ménage, par exem-
<Desc/Clms Page number 9>
ple par mordançage, une rainure qui,entre ces électrodes, perce localement au moins la surface à basse résistance oblique de la couche diffusée.
En outre, en tirant parti de 1'effet que, par l'application de la surface à basse résistance ohmique de la cou- che diffusée, les électrodes d'entrée et de sortie sont rappro- chées, on peut facilement réduire à moins de 250 /u la plus courte distance entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie. De préférence cette distance est choisie inférieure à 125/u ou même inférieure à 50 /u.
Dans un procédé conforme à 1'invention, on diffuse dans un corps semi-conducteur d'un type de conduction déterminé, une couche superficielle du type de conduction opposé, et sur une par- tie de cette couche, on applique une électrode d'entrée ohmique et une électrode de sortie ohmique entre lesquelles on ménage, par exemple par mordançage, une rainure qui, du moins localement, perce la surface de la couche diffusée entre ces électrodes. On peut également appliquer sur la couche diffusée dans la surface une électrode ohmique et ensuite, par l'enlèvement d'une partie de ces électrodes, subdiviser cette électrode ohmique en une électro- de d'entrée et une électrode de sortie séparées. En même temps, ou après on. ménage la rainure, par exemple, par mordançage.
De pré- férence, la rainure est'ménagée par voie électrolytique, autour d'une électrode oblique et lorsque l'une des électrodes ohmiques e est disposée centralement, de préférence autour de l'électrode centrale. Cela peut s'effectuer dans un bain de mordançage appro- priée en appliquant à ladite électrode une tension positive par rapport audit bain. Pendant le mordançage électrolytique, on peut tirer parti de l'effet que, lors de l'application d'une tension dans le sens de l'arrêt entre une électrode et la vanne, le mor- d3nçage se poursuit et est prolongé jusqu'à ce que la rainure at- teigne la couche désertée correspondant à la tension d'arrêt en cause.
Le trajet de courant dans le corps semi-conducteur se
<Desc/Clms Page number 10>
trouve dans ladite première zone entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie d'une part, et la. barrière p-n'de la vanne d'autre part. De préférence, la barrière p-n de la vanne est dispo- sée, par rapport à l'électrode d'entrée et l'électrode de'sortie d'une manière que, vue dans la direction perpendiculaire au tra- jet du courant de l'électrode d'entrée vers l'électrode de sortie, elle recouvre eu moins parteillement l'électrode d'entrée ou 1' électrode de sortie, voire les deux.
La description des figures 4 à 8 du dessin annexé, don- né à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent tant du texte que du dessin faisant, bien entendu, partie de.1' invention.
Les fig. 4 et 5 montrent en coupe deux formes deféalisa-
EMI10.1
tion d'un transistor à effet de ch21rLp, conforme à i'inve=ziion9
Les fig. 6 et 7 sont des vues en plan de deux autres formes de réalisation d'un transistor à effet de champ conforme à l'invention.
La fige 8 est une coupe d'une autre forme de réalisa- tion d'un transistor à effet de champ conforme à l'invention.
Sur la fige 4, une électrode d'entrée 5 et une électrode de sortie 6 forment des liaisons ohmiques avec la couche diffusée du type n. Les électrodes 5 et 6, âisposées l'une à côté de l'autre sont séparées par la rainure 8 çui pénètre dans la couche 2 sur une profondeur telle qu'elle se trouve dans le rayon d'action de la couche désertée, de la barrière p-n 4 de l'électrode vanne 7. Un exemple de l'extension de la couche désertée est représenté par la ligne en pointillés 10.
La plus courte distance entre l'électro- de d'entrée et l'électrode de sortie, environ 125 microns, est no- tablement inférieure à la largeur de la barrière p-n 4, mesurée dans la direction du trajet de courant de l'électrode d'entrée vers l'électrode de sortie', c'est-à-dire, sur la figure, de la gauche vers la droite.
<Desc/Clms Page number 11>
Pour la fabrication du transistor représenté sur la fig.
4, on part, par exemple, d'un corps monocristallin de type de con- duction p, dont les dimensions sont indiquées par la ligne en poin- tillés 11. La section du corps original, perpendiculaire au plan du dessin, est pratiquement rectangulaire. Une impureté donneuse est diffusée dans ce corps de conduction p, de sorte que le corps est entouré, de toutes parts, d'une zone de conduction n. On en- lève alors le côté inférieur du corps, par exemple par un mordan- çage chimique et on applique la vanne 7 sur la zone' 3 libérée, de conduction p.
L'électrode d'entrée 5 et l'électrode de sortie 6 sont ensuite appliquées sur une face du corps semi-conducteur dis- posée en regard de la vanne et ensuite on mordance le corps d'une manière telle que la couche superficielle, de conduction n, soit enlevée partout, sauf aux endroits se trouvant entre l'électrode d'entrée et l'électrode de sortie.
Ensuite, on réalise par mordan- çage une rainure 8, dans la surface du corps comprise entre les électrodes 5 et 6, et cela d'une manière telle que le fond de la rainure ne se rapproche pas trop près de la barrière p-n 4. Le tra, jet de courant de l'électrode 5 vers l'électrode 6 est incurvé, sous la rainure 8, vers la barrière de vanne 4, de sorte que ce tra jet peut facilement être interrompu par la couche désertée sans qu' il y ait de danger que la. couche désertée atteigne l'électrode d' entrée ou l'électrode de sortie avant que cette interruption ne se produise. Lors du mordançage, la surface à basse résistance ohmi- ' que de la couche diffusée est entièrement enlevée entre les con- tacts 5 et 6.
Voici la description de quelques stades de ce procédé.
On part d'un corps se*1-conducteur de conduction p, cons- titué par du germanium, contenant, comme accepteur, de l'indium, en une quantité telle que la résistivité soit d'environ 1 ohm/cm..
La diffusion s'effectue en faisant passer un mélange de vapeur de trichlorure d'antimoine et d'hydrogène gazeux, sur le corps de type p tout en chauffant celui-ci dans un four, pendant environ une heure et demie, à environ 770 C. La. vitesse de passage
<Desc/Clms Page number 12>
de l'hydrogène gazeux est d'environ 42 litres par heure ; vapeur 'de trichlorure d'antimonie s'obtient en chauffant, dans une encein, te fermée qui communique avec le four, une certa.ine quantité de trichlorure d?antimoine à une température d'environ 50 C.
La vanne 7 sur la zone 3 de conduction p s'obtient en appliquant par alliage sur cette zone une certaine quantité d'in- dium à la température d'environ 450 C. Après que ce contact est appliqué, on réalise l'électrode d'entrée 5 et l'électrode de sorti 6, en précipitant, par voie électrolytique, du nickel à l'endroit approprié. Les conditions de cette précipitation ne sont pas cri- tiques.
Le mordançage d'une partie déterminée du corps semi-con- ducteur 1 peut être obtenu en recouvrant les parties restantes d' une couche protectrice, de manière à exposer uniquement la partie en cause au mordançage ou bien en plongeant uniquement la partie en cause du corps' semi-conducteur dans le moyen de mordançage, par exemple de l'eau oxygénée à 20%; le mordançage s'effectue à en- viron 70 C.
- Au.lieu d'enlever par mordançage le cote inférieur du corps original avant d'appliquer la vanne 7, 'la vanne 7 peut être réalisée par alliage à travers la barrière p-n, située du coté inférieur,' jusque dans la zone de type p. Il est évident que la barrière p-n doit être percée, par exemple par mordançage, afin d'isoler les contacts 3 et 6 du contact 7.
L'application de la barrière p-n par diffusion.présente un avantage :'on obtient une barrière p-n plane, 'de sorte que le. transistor est plus facilement reproductible et qu'il'satisfait mieux aux conditions imposées en ce qui concerne le réglage du trajet de courant.
, 'Il y a lieu de noter qu'il est possible de réaliser plu- sieurs variantes en ce qui concerne le procédé de fabrication et le dimensionnement exact du transistor à effet de champ sans sor-
EMI12.1
tz l ¯ . ésente invention. cet ainsi., par exemple, que
<Desc/Clms Page number 13>
la surface supérieure ou une partie de celle-ci peut être recouver- te d'une couche d'électrode et que, par la suite, on peut subdiviser par une rainure, en deux électrodes séparées 5 et 6, en enlevant la. matière de l'électrode sur un trajet assez étroit.
Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 5, les électrodes 5 et 6 recouvrent pratiquement toute la.surface- supérieure du corps semi-conducteur. Le mordancage est alors réa- lisé d'une manière telle qu'il ne subsiste qu'une petite partie de la barrière p-n 4, et la zone 3, de conduction p. Pour le reste, le procédé est identique à celui décrit à l'aide de la fig. 4.
Les fige 6 et 7 représentent des contacts de forme autre que rectangulaire. Dans la forme de réalisation représentée sur la fig. 6, on a prévu.., au lieu d'une rainure droite, une rainure assez longue 8, en donnant à l'électrode d'entrée 5, vue en plan, la forme d'une lentille. L'électrode d'entrée 5 est en grande par- tie entourée par l'électrode, de sor ti e 6. Il est assez simple de fixer les conducteurs d'entrée aux endroits 12 et 14, d'autant plus que le conducteur de l'électrode d'entrée est appliqué sur la partie la plus large de l'électrode en forme de lentille.
Dans la forme de 'réalisation représentée sur la fig. 7, l'électrode d'entrée 5 et l'électrode de sortie 6 sont également séparées par une longue rainure 8. Les électrodes affectent la for- !:le de peignesdont les dents s'enchevêtrent de la manière indiquée sur la figure. Dans ces formes de réalisation, la rainure 8 peut être obtenue, par exemple, par un mordancage chimique ou électro- lytique.
La fig. 8 représente une forme de réalisation particuliè- re d'un transistor à effet de champ conforme à l'invention. Dans le corps semi-conducteur 1 est diffusée une couche superficielle 2 de conduction n. La vanne est constituée par la zone 3 de conduction ) et par l'électrode 7 y appliquée. Les électrodes obliques 5 et 6 ont appliquées sur la zone de conduction n. Dans la vue en plan, le contact 5 est circulaire et le contact annulaire 6 entoure.con-
<Desc/Clms Page number 14>
centriquement le contact 5.
Le contact 6 est constitué par exemple par du nickel précipité par voie électrolitique et le contact 5 est par exemple obtenu en appliquant une certaine quantité de soudure d'étain et d'antimoine (en poids 99% d'étain et 1% d'antimoine) sur l'extrémité d'un fil de cuivre étamé 12 et en soudant celui-ci, à environ 290 C, à la zone 2 de type n. La rainure 2 est obtenue par mordançage électrolytique et on utilise l'effet de la couche déser- tée de la barrière de vanne 10. A cet effet, le corps semi-conduc- teur est entièrement recouvert d'une couche protectrice, sauf la surface comprise entre les deux électrodes 5 et 6 et, dans cet état il est plongé dans un bain de mordançage constitué par une solution aqueuse à 10% d'hydroxyde de potassium. L'électrode 5 est reliée à la terre, et à la vanne 5 on entretient une tension de-10 V.
Une contre-électrode, prévue dans le bain de mordançage est portée à une tension de -0,1 V. Le mordançage s'effectue à la température ambiante normale et se produit d'une manière sélective dans l'en- tourage de l'électrode 2 et se poursuit jusqu'à ce que la rainure atteigne la zone désertée 10: On peut ainsi réaliser d'une manière très simple un transistor à effet de champ conforme à l'invention, à tension de coupure désirée.
La couche 2 de type n étant appliquée par diffusion, elle présente une surface à faible résistivité. Cette surface à faible résistivité s'étend également après le mordançage encore à partir du contact 6, jusqu'au cercle 13, de sorte que l'électrode de sortie est, pour ainsi dire, déplacée vers le cercle 13 et de ce fait, se trouve près de l'électrode d'entrée 5, malgré le fait que la dis- tance proprement dite entre les électrodes 5 et 6, est assez gran- de. Cet avantage particulier, qui est attribuable au fait que la couche de type n est une couche diffusée, facilite la fabrication d'un transistor à effet de champ conforme à l'invention.
La configuration représentée,sur la fig. 8 offre encore l'avantage supplémentaire que, peur des dimensions équivalentes, elle fournit le rapport maximum de la longueur de' la rainure à
<Desc/Clms Page number 15>
la surface d'électrode et de plus, qu'elle facilite encore le mor- dançage par voie électrolytique de la rainure.
Il va de soi que, au lieu de germanium, on peut égale- mentutiliser d'autres conducteurs et composés semi-conducteurs, par exemple le silicium déjà mentionné. De nombreuses autres varian- tes sont possibles. Le trajet de courant de l'électrode d'entrée vers l'électrode de sortie peut également se trouver dans une zone de conduction p. Cependant, ce trajet de courant est prévu, de pré- férence, dans une zone de type n, étant donné qu'en général, les électrons sont plus mobiles que.les trous.
<Desc / Clms Page number 1>
The invention relates to a. field effect transistor (field-affect-transistor), formed by a semiconductor body, comprising a surface area of a conduction type which, at a certain distance below the surface, passes into an area of the opposite type of conduction, while on the first mentioned zone is applied, one beside the other, an ohmic input electrode. an ohmic output electrode, separated by a groove, which narrows the current path from the input electrode to the output electrode in the first zone, above the passage to the second zone, while the second zone with the electrode applied there, forms the electrode of "gate" or valve of the system.
The invention further relates to methods of manufacture.
..ion of such semiconductor devices.
<Desc / Clms Page number 2>
As is known, the operation of a field effect transistor is based on the fact that when a blocking voltage is not applied to the valve, it is formed, as it passes between the valve and the current path. a deserted layer (that is to say a layer comprising practically no charge carriers), which, depending on the magnitude of the applied stop voltage, penetrates more or less deeply into the current path of the electrode d 'input, to the output electrode and can therefore strongly influence the conduction along this path.
An extension of the deserted layer on the current path side of the pn passage is achieved by choosing the current path area of the semiconductor body to have a large resistivity ;, compared to that on the other side of the semiconductor body. pn barrier in the valve area of the semiconductor body. It is also known that, in this way, a field effect transistor makes it possible to obtain energy amplification.
Before proceeding to the description of the invention, we will first give the state of. the technique relating to the field-effect transistor, and will be explained with the aid of FIGS. 1 to 3, which represent, in longitudinal section, three known realization forces.
Australian Patent Application No. 9642/52, published in 1952, already describes the principle of the trensistor 2.field effect and explains the operation of this transistor, among others, using the embodiment shown. in fig. 1. The device shown in fig.1 consists of a monocrystalline body 1 in which ;, by varying the dosage of bath during the drawing of the cirst @ l, a semiconductor zone 2 of the n type and a p-type semiconductor zone 3, separated by a pn barrier 4.
On zone 2, of type n, are applied. The oblique input electrode 5 and the ohmic output electrode 6, while zone 3, of type p, forms, together with the electrode 7 applied thereto, the system valve. Between the input electrode 5 and the output electrode 6 has been milled, in the semiconductor body,
<Desc / Clms Page number 3>
a groove 8, which narrows the current path between these two electrodes in the n-type zone 2 beyond the p-n barrier 4.
Although the constitution of such a field effect transistor, in which the input electrode and the output electrode are arranged next to each other and are separated by a penetrating groove, from the surface, in the semiconductor body in the direction of the valve electrode is usable per se, the implementation of this manufacturing process, as described in said Patent Application, does not include the provisions which allow, with the aid of such a structure, to meet the severe conditions which are imposed in practice on a field effect transistor, with regard to reproducibility, stability, noise, frequency characteristic as well than the cost price.
We have also imagined other embodiments which are shown in longitudinal section in FIGS. 2 and 3. The section of the field effect transistor shown in FIG. 2, perpendicular to the plane of the drawing, is rectangular. On two opposite sides of the body are applied the input electrode 5 and the output electrode 6, which form ohmic bonds with the zone 2, of type n, of the body. On the other pair of opposite faces are arranged the valves, formed by the zones 3, of the p type, and the electrodes applied thereto.
To avoid the effects of negative resistance to the valves resulting from the injection of holes, from the output electrode 6, into the valves, a part 9 of zone 2, of type n, located between the output electrode 6 and the dotted line 10 have a specially high donor content, and thus have high electronic conductivity and hence low hole content.
A penetration occurring, for a determined stop voltage at the valves, of the deserted layer in zone 2, of type n, is indicated by the dotted line 10: the two parts which form the deserted zone are wedge-shaped, because the stop voltage at the valve electrode barrier increases in the direction of the output electrode under the voltage drop along the current path of
<Desc / Clms Page number 4>
the feed point 5 to the output electrode 6. FIG. 3 shows yet another known embodiment of a field effect transistor, the semiconductor body of which has, perpendicular to the plane of the drawing, a circular section.
The input electrode 5 and the output electrode 6 are also applied here on two opposite faces, namely on the two end faces of the cylindrical body. Zone 3, of type p, and the electrode 7 applied thereto, together forming the valve, however surround, in the form of a ring, zone 2 of type n. The extension of the deserted layer for a determined stop voltage at the valve, indicated by 10, is therefore, in this case, also a figure of revolution. The last two embodiments mentioned have a serious drawback: according to these embodiments, it is very difficult in practice to produce field effect transistors with a cut-off frequency greater than 10 MHz.
The cut-off frequency is in fact inversely proportional to the product of the capacity of the valve and the resistance between the input electrode and the output electrode, unless this is between your valves. Both this capacitance and resistance are proportional to the length of the current path from the input electrode to the output electrode, as long as these lie between the valves, and therefore, the cutoff frequency is inversely proportional to the square of this length.
Now, in the embodiments in which the valves are always located between 1 - * input electrode and the output electrode, it is obviously impossible to reduce, in an arbitrary manner, this length. , which in effect is approximately equal to the length of the valves, in the direction of the current path, so that there is a practical upper limit of the cutoff frequency.
The invention provides, among other things, more easily achievable arrangements for obtaining an h mp effect transistor, exhibiting little or no the drawbacks of the aforementioned known devices, and which, from several points of view, inter alia does not concerns reproducibility, noise, frequency of
<Desc / Clms Page number 5>
cut-off and stability exhibit particularly interesting properties. For this purpose, the invention makes use of an embodiment which, in principle, resembles the embodiment shown in FIG. 1, but further provides easy to implement arrangements, ensuring such an embodiment, a particularly suitable for practice.
In a field-effect transistor, consisting of a semiconductor body, comprising a surface area of a determined type of conduction, which at a certain distance below this surface passes into an area of the opposite type of conduction, while on the first zone are applied an ohmic input electrode and an ohmic output electrode, next to each other, but separated by a groove which narrows the current path from the input electrode to the output electrode in the first zone above the barrier to the second zone, while the second zone and the electrode applied to it constitute the valve of the system, according to the invention, the first mentioned zone consists,
at least for the part located on the surface and on which are applied the input electrode and the output electrode in a layer diffused in this surface, of the same type of conduction as said first zone, while the groove crosses, at least locally, between these electrodes, the surface of the layer diffused above the valve. Preferably, the first zone is entirely constituted by a layer diffused in the surface. By a layer diffused in the surface, it is meant here a layer which is introduced into the body by diffusion of one or more impurities of a determined type, from a fluid , in particular of a gas, or else of a liquid or a solid substance, via this surface.
It should be clearly distinguished from a layer obtained by alloying (a process, which previously has sometimes been called also diffusion), in which the layer of the semiconductor body is first dissolved in a bath, applied to the layer, and then deposited, during the subsequent cooling, in its original place with segregated
<Desc / Clms Page number 6>
gation of impurities which existed in -this bath.
A peculiarity of the diffused layer lies, among other things, in the fact that such a layer present in the surface and immediately below the surface, along which this impurity has diffused into the body, a fairly high content of impurities, that is to say that it has a surface with low ohmic resistance, while as one penetrates more deeply into the layer this content of impurities and hence ... also the local conductivity decreases strongly. On the other hand, in the case of a layer applied by alloying, in general the content in the layer is very high, over the entire depth of penetration.
The present invention takes advantage, among other things, of the existence of a low ohmic resistance surface in a diffused layer, retort will be explained later. When the semiconductor body is germanium, the resistivity of the semiconductor body, in the ', low ohmic resistance surface of the. The diffused layer is preferably chosen to be less than 0.5 ohm / cm When the semiconductor body is silicon the resistivity of the semiconductor body in the low oblique resistance surface of the diffused layer is preferably chosen less at 1 ohm / cm.
In addition to more compared to the known devices, shown in FIGS. 2 and 3, in which the barrier of the valve is always between the input electrode and the output electrode, so that the shortest obtainable distance between the input electrode and the output electrode. output is limited by the essential width of this valve barrier, whereas in the device according to the invention, this limitation is much less strict, owing to the fact that the input electrode and the output electrode both are on the low ohmic resistance surface area of the scattered layer, the noise is lower.
In fact, the noise depends on the diffusion of the minority charge carriers and, however, the input electrode and the output electrode are both located on a super- zone.
<Desc / Clms Page number 7>
low resistivity, the number of available minority charge carriers and therefore the diffusion of minority charge carriers is low, so noise is reduced.
Between the input electrode and the output electrode, there is provided, in the first mentioned zone, a groove which crosses, at least locally, the surface of the layer diffused above the. valve. It is only at the location of the groove that this low ohmic resistance surface is interrupted. By the presence of this low ohmic resistance surface, the input electrode and the output electrode are, in a way, moved to the vicinity of the groove. Thus, the field effect transistor according to the invention offers the additional advantage of a low series resistance, and, as a result of the presence of a zone of low ohmic resistance for the output electrode, high stability.
Under the low ohmic resistance surface of the diffused zone, the resistivity increases sharply and the groove must at least continue into this zone in order to be within the radius of action of the deserted zone of the valve. Preferably, the shortest distance between the input electrode and the output electrode, measured along the surface of the semiconductor body, is chosen to be less than double the, shorter distance between the semiconductor body. inlet electrode and the valve barrier and / or the shortest distance between the outlet electrode and the valve barrier.
It should be noted that, by input electrode and output electrode, is meant either the contact body itself on the semiconductor body or else, when a low oblique resistance zone is provided immediately before the contact body at the bottom, the virtual input electrode respectively the virtual output electrode, which is located where the. low ohmic resistance zone stops in the direction of the other electrode.
According to another aspect of the invention, there is provided between the input electrode and the output electrode a ra. inure quite long. Preferably, the length of the groove exceeds 1.5
<Desc / Clms Page number 8>
times the smaller of the two largest dimensions of the input electrode and the output electrode. Thus, of the said electrodes, one can be applied so to speak centrally on the first zone and be entirely surrounded by the groove, while outside this groove is the other electrode. . In plan view, one of the electrodes, for example the input electrode, is preferably circular, while the other electrode takes the form of a ring and concentrically surrounds the first. .
One of the electrodes can also be lenticular in shape and be surrounded, at least over a large part, by the other electrode. In yet another embodiment, 1, input electrode and output electrode both take the form of a comb, the teeth of which are interlocked, but are separated by the already mentioned groove. By providing a long enough groove, that is to say a groove longer than a straight groove, it can also be advantageous that the transducer, generally referred to as g, increases without or resulting therefrom. an increase in capacitance which is proportional to the contact area. This aspect of the invention can also be carried out very simply in this embodiment.
The first mentioned zone, in which is the neck path: - rant from the input electrode to the output electrode is, preferably, of the type of conduction n, being half that in general, the mobility of the electrons is larger than that of holes.
According to another aspect of the invention, this field effect transistor can be produced in a simple and reproducible manner. Thus, in a conduction body n ', a diffused surface layer can be produced by diffusion from a donor. On one side of the body, an acceptor can be applied by alloy, which forms the valve. On the. The diffused surface layer, located opposite, is applied next to each other, the ohmic input electrode and the ohmic output electrode. Between the input electrode and the output electrode, care is taken, for example
<Desc / Clms Page number 9>
ple by etching, a groove which, between these electrodes, locally pierces at least the oblique low resistance surface of the diffused layer.
Further, by taking advantage of the effect that by applying the low ohmic resistance surface of the diffused layer the input and output electrodes are brought together, one can easily reduce to less than 250 / u the shortest distance between the input electrode and the output electrode. Preferably this distance is chosen to be less than 125 / u or even less than 50 / u.
In a process according to the invention, a surface layer of the opposite conduction type is diffused in a semiconductor body of a determined type of conduction, and on part of this layer an electrode of is applied. ohmic input and an ohmic output electrode between which is provided, for example by etching, a groove which, at least locally, pierces the surface of the layer diffused between these electrodes. It is also possible to apply to the diffused layer in the surface an ohmic electrode and then, by removing a part of these electrodes, to subdivide this ohmic electrode into a separate input electrode and an output electrode. At the same time, or after one. saves the groove, for example, by etching.
Preferably, the groove is arranged electrolytically around an oblique electrode and when one of the ohmic electrodes e is centrally disposed, preferably around the central electrode. This can be done in a suitable etching bath by applying to said electrode a voltage positive with respect to said bath. During electrolytic etching, advantage can be taken of the effect that, upon application of a voltage in the stop direction between an electrode and the valve, the etching continues and is prolonged until. that the groove reaches the deserted layer corresponding to the stop voltage in question.
The current path in the semiconductor body is
<Desc / Clms Page number 10>
located in said first zone between the input electrode and the output electrode on the one hand, and the. p-n'barrier of the valve on the other hand. Preferably, the pn barrier of the valve is disposed, with respect to the inlet electrode and the outlet electrode in such a manner that, viewed in the direction perpendicular to the flow path of the valve. input electrode to the output electrode, it covers less evenly the input electrode or 1 output electrode, or both.
The description of Figures 4 to 8 of the accompanying drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the text and from the drawing being, of course, part of it. .1 invention.
Figs. 4 and 5 show in section two forms of realiza-
EMI10.1
tion of a ch21rLp effect transistor, conforming to i'inve = ziion9
Figs. 6 and 7 are plan views of two other embodiments of a field effect transistor according to the invention.
Figure 8 is a section through another embodiment of a field effect transistor according to the invention.
In the pin 4, an input electrode 5 and an output electrode 6 form ohmic bonds with the diffused layer of type n. The electrodes 5 and 6, arranged one beside the other are separated by the groove 8 which penetrates into the layer 2 to a depth such that it is within the radius of action of the deserted layer, of the pn barrier 4 of the valve electrode 7. An example of the extension of the deserted layer is represented by the dotted line 10.
The shortest distance between the input electrode and the output electrode, about 125 microns, is significantly less than the width of the pn barrier 4, measured in the direction of the current path of the electrode. input to the output electrode ', that is to say, in the figure, from left to right.
<Desc / Clms Page number 11>
For the manufacture of the transistor shown in FIG.
4, we start, for example, with a monocrystalline body of the p-conduction type, the dimensions of which are indicated by the dotted line 11. The section of the original body, perpendicular to the plane of the drawing, is practically rectangular. . A donor impurity is diffused in this p-conduction body, so that the body is surrounded on all sides by an n-conduction zone. The lower side of the body is then removed, for example by chemical etching, and the valve 7 is applied to the freed zone 3, of p conduction.
The input electrode 5 and the output electrode 6 are then applied to a face of the semiconductor body arranged opposite the valve and then the body is etched in such a way that the surface layer, of conduction n, is removed everywhere, except at the places between the input electrode and the output electrode.
Next, a groove 8 is produced by etching in the surface of the body between the electrodes 5 and 6, and this in such a way that the bottom of the groove does not come too close to the pn barrier 4. The current flow from the electrode 5 to the electrode 6 is curved, under the groove 8, towards the valve barrier 4, so that this flow can easily be interrupted by the deserted layer without there being is in danger that the. deserted layer reaches the input electrode or the output electrode before this interruption occurs. During etching, the low ohmic resistance surface of the diffused layer is completely removed between contacts 5 and 6.
Here is the description of some stages of this process.
We start with a p-conduction se * 1-conductor, constituted by germanium, containing, as acceptor, indium, in an amount such that the resistivity is about 1 ohm / cm.
Diffusion is carried out by passing a mixture of vapor of antimony trichloride and gaseous hydrogen over the p-type body while heating it in an oven for about an hour and a half at about 770 C. . Passage speed
<Desc / Clms Page number 12>
of hydrogen gas is about 42 liters per hour; vapor 'of antimony trichloride is obtained by heating, in a closed chamber which communicates with the oven, a certain quantity of antimony trichloride at a temperature of about 50 C.
The valve 7 on the p conduction zone 3 is obtained by applying an alloy to this zone a certain quantity of aluminum at a temperature of about 450 C. After this contact is applied, the electrode d is made. 'input 5 and output electrode 6, electrolytically precipitating nickel at the appropriate location. The conditions of this precipitation are not critical.
The etching of a determined part of the semiconductor body 1 can be obtained by covering the remaining parts with a protective layer, so as to expose only the part in question to the etching or by dipping only the part in question of the etching. semiconductor body in the etching medium, for example 20% hydrogen peroxide; etching takes place at approx. 70 C.
- Instead of removing the lower side of the original body by etching before applying valve 7, 'valve 7 can be made by alloying through the pn barrier, located on the lower side,' up to the type zone p. It is obvious that the p-n barrier must be pierced, for example by etching, in order to isolate contacts 3 and 6 from contact 7.
The application of the p-n barrier by diffusion has an advantage: 'a planar p-n barrier is obtained,' so that the. transistor is more easily reproducible and that it better satisfies the conditions imposed with regard to the adjustment of the current path.
It should be noted that it is possible to make several variations with regard to the manufacturing method and the exact dimensioning of the field-effect transistor without output.
EMI12.1
tz l ¯. present invention. this so., for example, that
<Desc / Clms Page number 13>
the upper surface or a part thereof may be covered with an electrode layer and which, subsequently, can be subdivided by a groove, into two separate electrodes 5 and 6, by removing it. electrode material on a fairly narrow path.
In the embodiment shown in FIG. 5, electrodes 5 and 6 cover substantially the entire upper surface of the semiconductor body. The etching is then carried out in such a way that only a small part of the p-n barrier 4 remains, and the zone 3, of p conduction. For the rest, the process is identical to that described with the aid of FIG. 4.
The pins 6 and 7 represent contacts of shape other than rectangular. In the embodiment shown in FIG. 6, there is provided .., instead of a straight groove, a fairly long groove 8, giving the input electrode 5, plan view, the shape of a lens. The input electrode 5 is largely surrounded by the output electrode 6. It is quite simple to fix the input conductors at locations 12 and 14, especially since the conductor of the input electrode is applied to the widest part of the lens-shaped electrode.
In the embodiment shown in FIG. 7, the input electrode 5 and the output electrode 6 are also separated by a long groove 8. The electrodes affect the size of the combs, the teeth of which interlock as shown in the figure. In these embodiments, the groove 8 can be obtained, for example, by chemical or electrolytic etching.
Fig. 8 shows a particular embodiment of a field effect transistor according to the invention. In the semiconductor body 1, a surface layer 2 of n conduction is diffused. The valve is formed by the conduction zone 3) and by the electrode 7 applied to it. The oblique electrodes 5 and 6 have applied to the conduction zone n. In the plan view, the contact 5 is circular and the annular contact 6 surrounds.
<Desc / Clms Page number 14>
centrically contact 5.
Contact 6 consists for example of electrolytically precipitated nickel and contact 5 is for example obtained by applying a certain amount of solder of tin and antimony (by weight 99% of tin and 1% of antimony ) onto the end of a tinned copper wire 12 and soldering it, at about 290 C, to zone 2 of type n. The groove 2 is obtained by electrolytic etching and the effect of the deserted layer of the valve barrier 10 is used. For this purpose, the semiconductor body is entirely covered with a protective layer, except the surface. between the two electrodes 5 and 6 and, in this state, it is immersed in an etching bath consisting of a 10% aqueous solution of potassium hydroxide. Electrode 5 is connected to earth, and valve 5 maintains a voltage of -10 V.
A counter electrode, provided in the etching bath, is brought to a voltage of -0.1 V. The etching takes place at normal room temperature and occurs selectively in the surround of the etching. electrode 2 and continues until the groove reaches the deserted area 10: A field effect transistor according to the invention can thus be produced in a very simple manner, with the desired cut-off voltage.
Since the n-type layer 2 is applied by diffusion, it has a low resistivity surface. This low resistivity surface also extends after the etching again from the contact 6, up to the circle 13, so that the output electrode is, so to speak, moved towards the circle 13 and thus, is located near the input electrode 5, despite the fact that the actual distance between the electrodes 5 and 6 is quite large. This particular advantage, which is attributable to the fact that the n-type layer is a diffused layer, facilitates the manufacture of a field effect transistor according to the invention.
The configuration shown in FIG. 8 still offers the additional advantage that, in the absence of equivalent dimensions, it provides the maximum ratio of the length of the groove to
<Desc / Clms Page number 15>
the electrode surface and furthermore further facilitates the electrolytic slitting of the groove.
It goes without saying that, instead of germanium, other conductors and semiconductor compounds can also be used, for example the silicon already mentioned. Many other variations are possible. The current path from the input electrode to the output electrode can also be in a p-conduction region. However, this current path is preferably provided in an n-type zone, since in general electrons are more mobile than holes.