FR2477777A1 - Transistor bipolaire de puissance - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION SE RAPPORTE A UN TRANSISTOR BIPOLAIRE DE PUISSANCE. SELON L'INVENTION, LE TRANSISTOR COMPREND UNE REGION DE BASE 12, UNE REGION DE COLLECTEUR 13 QUI SONT INTERCONNECTEES PAR UNE HETEROJONCTION. L'INTERVALLE DE BANDE INTERDITE DE LA REGION DU COLLECTEUR EST PLUS LARGE QUE CELUI DE LA REGION DE BASE. LORSQUE LE TRANSISTOR EST CONSTITUE A BASE DE SILICIUM, LE COLLECTEUR EST CONSTITUE D'UN SILICIUM AMORPHE OU POLYCRISTALLIN CONTENANT DE L'OXYGENE, TANDIS QUE LORSQU'IL EST CONSTITUE D'UN ALLIAGE A BASE D'ARSENIURE DE GALLIUM, LE COLLECTEUR EST CONSTITUE D'UN CRISTAL MELANGE D'ARSENIURE DE GALLIUM ET D'ARSENIURE D'ALUMINIUM. SELON L'INVENTION, IL EST POSSIBLE DE REDUIRE LA TENSION DE SATURATION ET LA PERTE DE PUISSANCE DU TRANSISTOR LORS DE LA CONDUCTION.
Description
La présente invention a pour objet un transistor bipolaire,
et plus particulièrement un transistor bipolaire de puissance.
Avec la tendance récente de rationalisation et d'automation de diverses installations industrielles, on a fait de plus en plus appel à l'électronique.
Dans les alimentations de puissance d'un calculateur électro-
nique et dans des appareils de commande tels que des dispositifs de commande de moteurs utilisés pour des chariots élévateurs, les automobiles à moteur électrique, etc, des appareils de commande électrique d'appareils industriels, les appareils
d'entraînement de ventilateurs et de compresseurs de condition-
neurs d'air, les dispositifs de commande de machines-outils commandées numériquement, toutes ces machines et dispositifs
requérant pour leur commande une puissance électrique importan-
te, on utilise habituellement les thyristors étant donné que les thyristors à grande puissance de commande peuvent être
aisément disponibles.
Compte tenu des caractéristiques de fonctionnement des thyristors, la chute de tension d'entraînement dans le thyristor au moment du fonctionnement est d'environ 0,7 V à 1,5 V, ce qui est supérieur à la chute de tension dans un transistor, et une fois que le thyristor devient conducteur, il est impossible de l'arrêter, autrement dit de le rendre non conducteur, tant que
la tension à son anode n'a pas atteint zéro. Bien que la comman-
de d'arrêt, ou de mise hors circuit, soit rendue possible par utilisation d'un circuit de commande coûteux et compliqué, un
tel circuit s'accompagne d'inconvénients.
La fabrication d'un transistor bipolaire requiert une technique de fabrication plus fine que celle d'un transistor et même lorsqu 'un
transistor ayant la même surface d'élément que celle d'un thyris-
tor peut être obtenu, la surface effective pour la conduction du courant est comprise entre le tiers et le cinquième de celle
du transistor, de sorte que la chaleur dégagée par le transis-
tor augmente, ce qui le rend inutilisable pour des puissances
importantes.
D'autre part, la chute de tension dans un transistor à l'é-
tat de fonctionnement est de 0,5 V ou moins, ce qui est plus faible que l'intervalle de 0,7 Volt à 1, 5 volt du thyristor, et le transistor peut aisément être arrêté en lui appliquant une polarisation négative entre ses électrodes de base, et d'émission. De plus, en comparaison avec le thyristor, le
transistor présente l'avantage d'une vitesse élevée de fonc-
tionnement. Par suite, une recherche exhaustive a été con-
duite pour obtenir un transistor de puissance qui soit sus-
ceptible de laisser passer et puisse contrôler des puissances comparables à celle d'un thyristor; ceci a été obtenu avec
succès conformément à l'invention.
Un objet principal de l'invention concerne donc un
transistor de puissance perfectionné.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un transis-
tor bipolaire présentant une perte de puissance inférieure à
celle d'un transistor classique.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un transistor de puissance perfectionné présentant une tension de saturation de collecteur inférieure aux transistors de
l'art antérieur au moment de la conduction.
Un autre objet encore de l'invention est de prévoir un
transistor susceptible d'être incorporé dans un circuit inté-
gré (IC).
Pour atteindre ces objets, conformément à l'invention,
on utilise un matériau spécifique pour la région du collec-
teur du transistor bipolaire tel que la largeur de bande interdite de la région du collecteur soit plus importante que celle de la couche de la région de base. Avec une telle construction, dans le cas d'un transistor NPN, une barrière à potentiel élevé est formée à l'encontre de la migration des trous provenant de la base en direction du collecteur, de
sorte que le rendement ou l'efficacité d'injection des élec-
trons provenant du collecteur vers la base à l'état de satu-
ration peut être amélioré par rapport aux transistors classi-
ques, d'o il s'ensuit que le gain 0(j de courant inverse devient important, amenant une plus faible chute de tension à l'état de conduction. Le matériau spécifique comprend le silicium amorphe ou le silicium polycristallin contenant de l'oxygène. Conformément à l'invention, on prévoit un transistor bipolaire du type comprenant une région d'émission émetteur, une région de base ou base et une région de collecteur ou collecteur, caractérisé en ce que la région de collecteur présente un intervalle de bande interdite plus large que celle de la région de base et constituée d'un matériau ayant un type de conductivité différent de celui de la région de base. L'invention apparaîtra plus clairement à l'aide de la
description qui va suivre, faite en référence aux dessins
annexés dans lesquels:
- La figure 1 est une vue en coupe montrant la construc-
tion fondamentale d'un transistor bipolaire conforme à l'in-
vention, - la figure 2 est un diagramme de niveau d'énergie
expliquant les relations entre les intervalles de bande inter-
dite des diverses régions du transistor illustrées à la figure 1. - La figure 3A est une vue en coupe montrant le détail
de construction d'un transistor bipolaire conforme à l'in-
vention, - la figure 3B montre les caractéristiques de tension du collecteur en fonction de celles du courant du collecteur du transistor montré dans la figure 3A et d'un transistor de
l'art antérieur.
-Les figures 4A à 4E montrent les étapes successives de
fabrication du transistor bipolaire illustré à la figure 1.
- La figure 5 est une vue en coupe montrant une modifica-
tion d'un transistor bipolaire conforme à l'invention.
- La figure 6 est un diagramme de niveau d'énergie
utile pour expliquer les relations existant entre les inter-
valles de bande interdite des régions respectives du transis-
tor montré à la figure 5.
- Les figures 7 et 8 sont des vues en coupe montrant
d'autres modes de réalisation de l'invention.
- La figure 9 montre les caractéristiques de tension
en fonction de celles de courant entre l'émetteur et le col-
lecteur du transistor montré à la figure 8 et d'un transistor
de l'art antérieur.
- La figure 10 est une vue en coupe montrant un autre mode
de réalisation encore de l'invention.
Lorsqu'un transistor est utilisé avec son émetteur mis à la masse, étant donné que la tension de saturation entre son émetteur et son collecteur durant la conduction est rédui- te, la perte de puissance du transistor peut être réduite
comme il est bien connu dans la technique.
Conformément à la théorie de fonctionnement généralement admise d'un transistor, la tension de saturation VCs entre l'émetteur et le collecteur d'un transistor dont l'émetteur est mis à la masse peut être approximativement illustrée par l'équation 1 suivante kT L. JCiS. c VCS logdi CKI - (1) q - _ Ic - N Ib b dans laquelle IC représente le courant de collecteur et IB le courant de base, & N le gain de courant de la base mise à la masse, etdI le gain de courant inverse de base mis à la masse lorsque les connexions entre émetteur et collecteur sont inversées. En ce qui concerne l'équation 1 référence est faite à J.J. EBERS et J.L. MOLLIS dans l'article intitulé: "Large Signal Behavior of Junction Transistor", PROCEEDINGS OF IRE, Vol. 42, P. 17 61, 1954. Comme il peut être noté de l'équation 1, la tension de saturation VCs diminue lorsque le gain de courantd N et le gain de courant inverse d%< approche de l'unité. En particulier, lorsqu'un état de saturation élevée (Ic/Ib- O) apparaît dû à un courant d'entraînement de base
IB important, la tension de saturation Vcs est déterminée seule-
ment par le gain de courant inverse u de sorte que la tension de saturation devient faible lorsqueodI approche l'unité. En
conséquence, dans une application dans laquelle la tension de sa-
turation doit être faible, particulièrement dans un transistor de puissance auquel se rapporte l'invention, il est essentiel d'avoir une construction telle que le gain de courant inverse
puisse être proche de l'unité.
Un procédé permettant d'obtenir un gain de courant inverse
otI proche de l'unité est de rendre la concentration d'impu-
retés du collecteur suffisamment supérieure à celle de la
base. Des transistors bien connus du type alliage de germa-
nium et les transistors à seul silicium diffusé ont une telle construction et ils présentent la plus faible tension de saturation
par rapport aux divers types de transistors de l'art anté-
rieur. Cependant, même avec ces transistors, la concentration
de support injecté dans la région de base devient plus éle-
vée en fonctionnement sous courant important, de sorte que le rendement d'injection du support minoritaire à partir du collecteur vers la base diminue, ce qui fait baisser le
gain de courant inverse il Lorsqu'on désire un fonctionne-
ment sous fort courant, il devient nécessaire d'augmenter la concentration d'impuretés de la base de façon à diminuer la résistance de la base. Ceci diminue également le gain de courant inverse d. En conséquence, avec la construction des transistors de l'art antérieur, on atteint une limite
en ce qui concerne l'abaissement de la tension de saturation.
Conformément à l'invention, on a attachéuneattention
particulière au rendement d'injection des supports minoritai-
res à la frontière entre base et collecteur. Plus particuliè-
rement, on a considéré qu'une diminution dans le rendement d'injection provenant du collecteur vers la base lorsque le transistor fonctionne sous fort courant est provoquée par l'augmentation dans l'injection de trous provenant de la
région de base se dirigeant vers la région du collecteur.
Pour résoudre le problème posé, on a pensé que si le nombre de trous s'écoulant de la région du collecteur vers la région de base pouvait être limité, il deviendrait possible
d'utiliser efficacement les électrons des supports minoraitai-
res injectés en provenance de la région du collecteur vers la
région de base et on a découvert que les intervalles de ban-
de interdites de la région du collecteur devaient être agran-
dies par rapport à celles de la région de base.
Comme décrit plus loin, des matériaux préférés compor-
tant un intervalle de bande interdite large sont utilisés pour former la région de collecteur. Dans cette structure, la vitesse de recombinaison des supports minoritaires doit être faible à la frontière entre les régions de collecteur et de base. Les exemples de tels matériaux sont le cilicium amorphe et le silicium cristallin contenant de l'oxygène. Dans ce cas,
de façon à diminuer la résistivité, on utilise un silicium poly-
cristallin ou un silicium amorphe contenant 5 x 1O19cm3 d'une impureté donneur ou accepteur. La quantité d'oxygène incorporée dans le silicium polycristallin doit être supérieure à 2 atomes % de manière à obtenir un intervalle de bande interdite effective large et doit être inférieure à 50 atomes % de façon à ne pas
augmenter la résistivité.
Dans un transistor utilisant une région de base GaAs, on utilise un cristal mélangé de GaAs - AlAs contenant plus de
lx,108cmf3 d'une impureté donneur ou accepteur.
Dans l'exemple illustré à la figure 1, le transistor
bipolaire 10 conforme à l'invention comprend une région émet-
teur 11 du type N à concentration d'impuretés élevée, une cou-
che 12 de base de type P et une couche 13 collecteur à concen-
tration d'impureté élevée, ces couches étant superposées dans l'ordre mentionné. Quoique dans la figure 1, le transistor soit représenté schématiquement, la couche 12 de base et le
collecteur 13 forment une hétérojonction caractérisant l'in-
vention, tandis que la région de collecteur 13 est constituée d'un matériau ayant une faible vitesse de recombinaison des
supports minoritaires à la frontière entre la couche de collec-
teur 13 et la région de base 12, étant constituée par exemple par un silicium polycristallin contenant de l'oxygène ou un silicium amorphe. Dans le transistor illustré à la figure 1, les électrodes 14, 16 et 15 sont respectivement attachées à la surface de la couche il émettrice de type N, la surface de la couche 13 de collecteur et la surface latérale de la couche 12 de base de type P. Il est avantageux que la concentration d'impuretés de la couche il d'émetteur de type N soit supérieure à 5 x 1019cm-3, que celle de la couche de base 12 de type P soit comprise entre 5x1013 et 5xlO18cm-3, et que celle de la région de collecteur 13 de type N soit supérieure à 5 x lO19cnf3. Avec une telle construction, comme il peut être noté des schémas de niveau
d'énergie des couches, 11, 12 et 13, l'intervalle de bande in-
terdite Eg3 de la couche 13 de collecteur de type N devient plus important que l'intervalle Eg2 de la couche de base 12 de type P. Dans la figure 2, Egl montre l'intervalle de bande interdite de la couche il d'émetteur de type N, AE C représente une valeur discontinue possible apparaissant à la bande de conduction entre les couches de base et de collecteur (dans
la description qui suit, la couche d'émetteur de type N, la
couche de base de type P et le collecteur de type N sont désignés comme émetteur, base et collecteur respectivement), AEV représente la valeur en excès de l'intervalle de bande
interdite, caractéristique de la présente invention qui appa-
raît compte tenu de l'intervalle de bande plus grand se situant
entre la bande de valence et X niveau de Fermi.
Dans ce transistor 10, la valeur discontinue ÀEC appa-
raissant à la bande -de conduction à l'hétérojonction entre la base et le collecteur est égale à la différence d'aEinité électronique entre la base et le collecteur, tandis que la valeur discontinue ^EV apparaissant à la bande de valence est égale à (Eg3 - Eg2 - AEc)- Compte tenu de cette discontinuité dans la valeur de la valence, une barrière à potentiel élevé se formerait à l'encontre de trous s'écoulant depuis la base
vers le collecteur empêchant ainsi-l'écoulement de tels trous.
Pour cette raison, lorsque la concentration d'impuretés de la base est élevée, et même si la concentration du support dans
la base augmente au moment de la saturation, le rendement d'in-
jection des électrons provenant du collecteur vers la base
ne diminue pas avec pour résultat que le gain de courant in--
verse devientélevé, diminuant ainsi la tension de saturation.
En d'autres termes, lorsque l'intervalle de bande interdite Eg3 de la région collecteur est plus large que celle Eg2 de la région de base décrite ci-dessus, il est possible d'empêcher ou de limiter sensiblement les trous s'écoulant de la base vers le collecteur. En conséquence, même lorsque la valeur discontinue AEC apparaît à la bande valence, il est possible de rendre large la différence relative entre les électrons et les trous s'écoulant entre les régions de base et de collecteur. En conséquence, même sous fonctionnement à courant important, il est possible d'avoir un gain de courant inverse oI important, et par suite, il est possible de diminuer considérablement la
perte de puissance dans le transistor.
La figure 3B montre la caractéristique de tension Vs
en fonction du courant IC du transistor bipolaire de l'in-
vention illustré dans la figure 3A, figure qui montre avec plus de détail le transistor 10 de la figure 1 et qui en diffère en ce que une couche de renforcement 18 de collecteur est interposée entre la couche de collecteur 13 et l'électrode collectrice. La couche d'émetteur 11 comprend une couche de silicium contenant 1 x 10 20cm-3 de phosphore et elle présente une épaisseur de 2 microns. La couche de base 12 comprend une couche-de silicium contenant 1015 cm3 de bore
et présente une épaisseur de 30 microns. La couche 13 de col-
lecteur comprend une couche de silicium polycristallin con-
tenant 5x 1o20cm3 de phosphore et 20 Mole % (AàEV = O.leV) ou 30 mole % (EV = 0.2eV) d'oxygène tandis que la couche
de renforcement de collecteur 18 comprend une couche de sili-
cium polycristallin ayant une concentration de phosphore x 1020cm-3. Les caractéristiques de tension du collecteur en fonction du courant de collecteur d'un transistor de l'art antérieur montré à la figure 3 ont été obtenues à partir d'un
transistor ayant la construction montrée à la figure 3A, à ce-
ci près que la couche du collecteur 13 ne contient pas d'oxy-
gène (AEV = 0). Comme il a été noté à partir des caracté-
ristiques illustrées à la figure 3B, dans le transistor de l'invention dans lequel on a AEV = 0.1 eV ou 0.2 eV, le courant de collecteur commence à augmenter à une tension de collecteur plus faible que dans le cas (art antérieur) dans
lequel AEV = 0, ce qui signifie que la tension de satura-
tion du collecteur au moment de la conduction peut être rendue
inférieure d'environ 0,2 volt par rapport à l'art antérieur.
De cela, il résulte qu'il est possible d'obtenir un transistor présentant une perte de puissance inférieure à celle d'un
transistor de l'art antérieur.
Selon l'invention, il s'est confirmé qu'il est possible théoriquement de réduire la tension de saturation du collecteur
à moins de 0,01 volt.
Le procédé de fabrication d'un transistor conforme à l'invention sera décrit maintenant en faisant référence
aux figures 4A à 4E.
Tout d'abord, un substrat de silicium à résistivité élevée de type P a été préparé qui présentait une résistivité de 10 ohm-cm, une concentration de 1 x 10 15cm 3 de bore et
une épaisseur de 150 microns. Comme décrit plus loin, ce subs-
trat est utilisé comme couche de base. Un silicium polycris-
tallin de type N+ contenant de l'oxygène et une impureté à haute concentration était déposé sur une face du substrat 21 jusqu'à former une épaisseur de 0,5 microns de façon à
constituer une couche collecteur N+ 22 à l'hétérojonction.
La couche de collecteur 22 était formée par le procédé sui-
vant. Plus particulièrement, un mélange de gaz de monosilane
SiH4, de monoxyde d'azote N20 et de phosphure PH3 était intro-
duit dans un réacteur en phase vapeur et les produits réagis-
sant étaient laissés à réagir à une température de 650C en utilisant l'azote comme gaz vecteur. Le rapport des flux de monosilane, de monooxyde d'azote et de phosphure était SiH4/N20/PH3 _ 1/0.5/0.01. La teneur d'oxygène du silicium polycristallin était de 30 atomes % et la largeur de l'intervalle de bande interdite telle que déterminée par la méthode d'absorption optique était supérieure de 0,25
électron volt à celle du silicium monocristallin. L'inter-
valle de bande de valence AEg entre le silicium monocris-
tallin et le silicium polycristallin était de 0,2 eV.
Cet état est illustré à la figure 4A. Comme montré, une couche 23 de silicium polycristallin contenant 5 x 120 cm 3 d'un phosphure était formée sur la couche collecteur 22 jusqu'à une épaisseur de 100 microns par un procédé bien connu. Cet état est illustré à la figure 4B. Ensuite, la surface exposée du substrat 21, c'est-à-dire la surface opposée à la couche de collecteur 22 était polie jusqu'à une épaisseur de 32 microns par un procédé approprié formant ainsi une couche de base 24. Ensuite, la surface exposée de la couche de base 24 était amenée par dessus et on y faisait
diffuser 1 x 0l19cnC3 de bore sur environ un micron d'épais-
seur à partir de la surface 'exposéede la couche de base 24 de façon à former une couche de contact de base 25 par dessus la surface entière de la couche de base 24. Cet état est
illustré à la figure 4C.
Ensuite, on fait diffuser du phosphore dans une région choisie de la couche de base exposée 24 de façon à former une région d'émetteur 26 ayant une épaisseur de deux microns et -3 une concentration d'impuretés de 1 x 10 cm. Cet état est
illustré à la figure 4D.
Finalement, des électrodes 27, 28 et 29 étaient fixées respectivement à la région émetteur 26, à la région de base 21 et à la région de collecteur 23 de façon à obtenir un transistor bipolaire de l'invention comme illustré à la figure 4E.
Dans les figures 4D et 4E, on n'a pas décrit les opéra-
tions bien connues de masquage et d'isolation interélectrode
nécessaires pour former la région d'émetteur et les électrodes.
Dans le mode de réalisation ci-dessus décrit, l'inter-
valle de bande interdite de la région d'émetteur de type N peut être rendu plus large que celui de la région de base de type P, et dans ce cas, la région d'émetteur est constituée du même matériau que la région de collecteur, c'est-à-dire en un silicium polycristallin contenant de l'oxygène. La figure illustre un autre mode de réalisation d'un transistor bipolaire conforme à l'invention dans lequel les parties correspondantes à celles illustrées à la figure 1 sont désignées par les mêmes références numériques. Le transistor montré à la figure 5 comprend une couche émetteur 1i de type N, une couche 12 de base de type P, une couche 13 collecteur à concentration d'impuretés élevée et des électrodes 14, 15 et 16 fixées aux couches respectives de la même manière que dans la figure 1. Cependant, il diffère du transistor illustré à la figure 1 en ce qu'une couche 32 de type N à résistivité
élevée est interposée entre la couche 12 de base et le collec-
teur 13. Cette couche 32 de type N- est prévue afin d'amélio-
rer la tension de blocage et elle est constituée de silicium ayant une résistivité de 15 ohm-cm présentant une concentration d'impuretés (phosphore) de 3 x 1014cm-3 et une épaisseur de
microns.
Comme montré par le diagramme d'interdiction de col-
lecteur montré à la figure 6, l'intervalle de bande interdite du collecteur Eg3 de la couche 13 de collecteur de type N est rendu plus large que l'intervalle de bande Eg2 interdite de la base de la couche 12 de base de type P (autrement dit, Eg35.Eg2). En outre, l'intervalle de bande interdite Eg3i de la région 32 de type N est déterminé de façon à être égal à l'intervalle de bande interdite de base Eg2 (autrement dit Eg3 = Eg2). L'intervalle de bande interdite Eg3I de la couche 33 de type N ne doit pas être plus large que l'intervalle de bande interdite de base Eg2. En effet, si l'intervalle de bande interdite Eg3v est supérieur à l'intervalle de bande
interdite de base Eg2l une barrière de potentiel à l'en-
contre des trous serait formée dans la bande de valence entre la base et le collecteur à résistance élevée, de sorte que même si le transistor est porté à l'état saturé, les trous ne pourraient être injectés dans le collecteur à résistivité élevée en provenance de la base, avec pour résultat que la couche 32 à résistivité élevée ne pourrait être soumise à une modulation de conductivité, ce qui augmenterait la tension
de saturation.
Dans la figure 6, AEC représente une valeur discontinue apparaissant à la bande de conduction entre la base et le collecteur, LEV représente une valeur discontinue apparaissant
àla bande de valence, et X représente le niveau de Fermi.
Dans ce cas, l'intervalle de bande interdite de l'émet-
teur Egl peut être choisi plus important que l'intervalle de bande interdite de base Eg2. Là encore l'émetteur et la base
sont reliés par une hétérojonction.
Comme le transistor 10 montré à la figure 1, le transis-
tor 30 a un gain de courant inverse important "I rendant ainsi
faible la tension de saturation à l'état de fonctionnement.
Un autre mode de réalisation de l'invention appliqué à un transistor à base de déplétion ou à un transistor à induction statique bipolaire sera maintenant décrit en faisant référence à la figure 7. Un exemple d'un transistor à base de déplétion est décrit dans l'article de H. IWASAKI, 0. OZAWA et Y. SASAKI intitulé: "A depleted base transistor", Proc. 9ème Conf. Solid State Devices, Tokyo 1977, supplément au Japan J. Appliéd Physics, Vol. 17-1, pp. 245, 1978 et un exemple d'un transistor à induction statique bipolaire est décrit dans l'article de J. NISHIZAWA, T. OHNI, Y. MOCHIDA, T. MATSUYAMIA et S. IIDA intitulé "Bipolar Mode Static Induction Transistor (BSIT) - High Speed Switching Devices Int. Electron Devices Mtg, P. 676, 1978. La base du transis- tor 40 est constituée d'arsénure de gallium (GaAs), par exemple. Le transistor comprend d'autre part une région émettrice de type N à concentration élevée d'impuretés ou source 41 constituée de GbAs contenant 5 x 1018cm 3 tellurium et une région de base de type P (ou porte) 42 constituée de GaAs contenant 1 x 1018cm-3 cadmium (Cd). Ces régions 41 et 42 sont formées dans la région 43 de collecteur à haute résistivité fabriqué: en GaAs contenant 1 x 1014cmz3 de tellurium. La région de base 42 est formée par un procédé bien connu de façon à avoir une configuration en coupe dans
laquelle la région de base 42 entoure la région d'émetteur 41.
La région 43 du collecteur légèrement dopée est constituée de GaAs contenant 1 x 1014cmz3 de tellurium. En dessous de la région de collecteur légèrement dopée 43, est disposée une région de collecteur fortement dopée du type N+ 44 constituée de Gao,7Alo3. Cette région de collecteur 44 contient x 1018cm73 de tellurium, concentration d'impuretés élevée caractéristique de l'invention, et en dessous de la
région de collecteur 44 est disposée une couche 45 de renfor-
cement collecteur constituée de GaAs contenant 5 x 1018cm-3 de tellurium. Les électrodes 46, 47 et 48 sont attachées aux surfaces respectives de la région 41 d'émetteur de type N,
de la région de base 42 de type P et de la région 45 de col-
lecteur de type N. Les dimensions relatives des régions
respectives sont illustrées à la figure 7.
La valeur de la résistance de la région 43 de collec-
teur à haute résistivité est choisie telle que lorsque la région de base 42 de type P et la région 41 d'émetteur de type N ont le même potentiel, la couche de déplétion s'étendant à partir de la région 42 de base de type P vers la région de collecteur 43 à résistivité élevée, interrompt le chemin
entre l'émetteur 41 et le collecteur 44.
D'autre part, l'intervalle de bande interdite de la région 44 de collecteur de type N est plus large que celui de la région de base de type P 42, et l'intervalle de bande
interdite de la région de collecteur 43 de type N à résisti-
vité élevée est rendu égaleà celle de la région de base de type P. Ce transistor modifié 40 présente également un gain de courant inverse important et peut rendre faible la tension
de saturation de la même manière que le transistor 30 illus-
tré à la figure 5.
La figure 8 montre une application de l'invention à un transistor de conductance dont un exemple a été décrit dans l'article T. SUDO, H. KODMA,T. SUZUKI et Y. MIZUSHIMA ayant pour titre: "Characteristics of the Conductance Transistors", Trans. IECE Japan, 55-C, n0 il pages 565 - 1972. Le transistor 50 montré à la figure 8 comprend un substrat de
silicium de type N ou une région de base 52 de type N présen-
tant une résistivité de 30 ohm-cm et contenant 2 x 1-014cm'3 de phosphore, et une région émetteur de type P+ à haute concentration d'impuretés, c'est-à-dire contenant x 1018cm-3 de bore et formée par diffusion de bore dans une région prédéterminée de la région de base 52 de type N. Une couche 53 diffusée de phosphore (concentration d'impuretés de 1 x 1020cm 3) est également formée dans la région de base de type N 52 et une électrode base 53' est attachée à la couche
de base 53. Conformément à l'invention, une région de collec-
teur 54 de type N+ est constituée de silicium amorphe et contenant 1 x 1020cm-3 de phosphore comme impureté, et une
électrode 56 collecteur est fixée à la région collecteur 54.
Une électrode émetteur 55 est appliquée à la surface de la région émetteur 51 de type P. De la même manière que dans les modes de réalisation précédents, l'intervalle de bande interdite de la couche 54 de collecteur de type N est rendu plus large que celle de la couche 52 de base de type N de façon à prévoir entre elles
une hétérojonction. Des dimensions type relatives de ce tran-
sistor sont illustrées à la figure 8.
Le silicium amorphe utilisé pour former le collecteur est préparé de la manière suivante. Ce silicium amorphe contient de l'hydrogène et est formé par décomposition de Silane SiH4 dans un tube à décharge. L'argon était utilisé comme gaz vecteur et était mélangé avec le silane dans un rapport SiH4/Ar = 0.1. La pression de gaz était de 1
Torr et la vitesse de croissance était de 1 micron/ heure.
Du phosphure PH3 était incorporé dans le gaz de façon à effectuer un dopage de type N+. Le silicium amorphe ainsi obtenu contient environ 15% en rapport atomique d'hydrogène et a une résistivité inférieure à 2 ohmcm. L'intervalle de bande interdite déterminé par la méthode d'absorption
optique était supérieur de 0,15eV à celle du silicium mono-
cristallin. La relation entre la tension émetteur-collecteur VEC et l'intensité du courant émetteur-collecteur IEC de ce transistor 50 est montrée par la courbe A de la figure 9, tandis que cette même relation pour un transistor de l'art antérieur est montrée par la courbe B. Comme on peut le noter
d'après ces courbes, la tension V1 de saturation de l'émet-
teur-collecteur du transistor 50 est inférieure à la tension V2 du transistor de l'art antérieur. La courbe A étaitobtenue
lorsque la tension de l'émetteur variait alors que l'électro-
de 56 est mise à la masse et une tension de 30 volt
était appliquée à l'électrode 57.
La figure 10 montre encore un autre mode de réalisa-
tion de l'invention.
A la surface inférieure d'une région 61 de base de type P fabriquée en silicium monocristallin de type P ayant une résistivité de 20ohm.-cm, une concentration d'impuretés de bore de 7 x 1014cm 3, et une épaisseur de 70 microns était déposée d'une couche de silicium polycristallin de type N+ contenant de l'oxygène présentant une haute concentration d'impuretés de 1 x 1021cm73 jusqu'à une épaisseur de 0,5 micron de façon à former une région collecteur de type N 62 ayant un large intervalle interdit par rapport à celui de la région de base 61 de type P. La région 62 de collecteur de type N+ était formée en introduisant dans un dispositif de croissance en phase vapeur un mélange de gaz de monosilane SiH4, de monooxyde d'azote N20 et de phosphure PH3 et en chauffant le mélange à 650'C en utilisant l'azote camme gaz veteur Le rapport de monosilane, de monooxyde d'azote et de phosphure est de SiH4/N20/PH3 = 1/0.5/0.01. La quantité d'oxygène contenue dans le silicium monocristallin était de atomes % et l'intervalle de bande interdite obtenue par la méthode d'absorption optique était supérieure de 0,25 eV.
par rapport à celle du silicium monocristallin.
Dans le but de renforcer la pastille, un silicium polycristallin de type N+ contenant 1 x 1021cm-3 de phosphore était déposé jusqu'à une épaisseur de 150 microns à une
température de 650'C de façon à obtenir une couche de ren-
forcement 63. L'épaisseur de cette couche peut être telle
qu'elle n'augmente pas la résistance série du collecteur.
Alors une couche polycristalline de type N 64 à haute concentration d'impuretés et contenant de l'oxygène est formée jusqu'à une épaisseur de 0,5 microns sur la surface du substrat opposée à la région 61 de base de type
P, et ce, par le même procédé que le collecteur 62. Une cou-
* che 65 de silicium polycristallin de type N+ à haute concen-
tration d'impuretés était déposée sur la surface de la couche 64 jusqu'à une épaisseur de 2,5 microns afin d'augmenter le
contact avec une électrode.
Des couches de silicium polycristallin 64 et 65 de formes prédéterminées ont été formées par des techniques
bien connues de photogravure et des ions bore -ont été implan-
tés dans les surfaces exposées de la région de base 61 de type P de façon à former une région diffusée de type P+ de contact de base. L'épaisseur de diffusion de la région 66 diffusée de type P était de un micron et sa concentration d'impuretés
était de 2 x 1019cm-3.
Ensuite, l'ensemble a été traité à la chaleur à une température de 1 0000C pendant 20 minutes de façon à amener la résistivité du silicium polycristallin contenant l'oxygène à moins de 1.0 ohm-cm, et après quoi une électrode émettrice 67, une électrode de base 68 et une électrode de collecteur
69 ont été formées de façon à obtenir le transistor 60.
Le transistor 60 ainsi formé avait une tension de
blocage base-collecteur de 400 volt et une tension de bloca-
ge collecteur-émetteur de 270 volt. Lorsque la densité du courant du collecteur est de 300 ampères/cm, le gain de courant d'émetteur lié à la masse était de 230 (N =-0.9957) au moment de la non-saturation. Le gain de courant inverse de l'émetteur lié à la masse était de 120 ("I = 0.9917) pour la même densité de courant. Lorsque le transistor était amené à l'état saturé sous lequel le gain de courant de l'émetteur mis à la masse tombait de 5 à 300 ampères/cm2, la tension de saturation
était de 0,093 volt.
Un transistor de l'art antérieur identique au transistor
10 montré à la figure 10 à ceci près que la région 62 du col-
lecteur de type N est omise présente un gain de courant inverse d'émetteur mis à la masse de 20 (N= 0.9524) sous la même
densité de courant et une tension de saturation de 0,210 volt.
Comme décrit ci-dessus, dans un transistor conforme à l'invention, étant donné que l'intervalle de bande interdite de la région du collecteur est rendu plus large que celle de la
région de base, il est possible de réduire la tension de satu-
ration et la perte de puissance au moment de la conduction.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation illustrés et décrits qui n'ont été donnés
qu'à titre d'exemple, l'invention comprenant tous les équiva-
lents techniques des moyens décrits, ainsi que leurs combinai-
sons si celles-ci sont réalisées suivant son esprit et mises
en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent.
Claims (12)
1. Transistor bipolaire du type comprenant une région d' émetteur, une région de base et une région de collecteur, caractérisé en ce que la région de collecteur 13 présente un intervalle de bande interdite plus important que celui de la région de base 12 et qui est constitué en un matériau ayant une conductivité de type différent de celui de ladite région de base.
2. Transistor bipolaire selon la revendication 1, carac-
térisé en ce qu'il comprend en outre une région semiconductri-
ce 32 interposée entre ladite région de base 12 et ladite région de collecteur 13 et ayant le même type de conductivité que ladite région de collecteur mais ayant une concentration
d'impuretés inférieure à celle de ladite région de collecteur.
3. Transistor bipolaire selon la revendication 2, carac-
térisé en ce que ladite région semiconductrice 32 a le même intervalle Eg3' de bande interdit que celui Eg2 de ladite
région de base 12.
4. Transistor bipolaire selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que ladite région d'émetteur 11, ladite région de base 12 et ladite région de collecteur 13 sont superposées
dans l'ordre mentionné.
5. Transistor bipolaire selon la revendication 1 ou la revendication 3, caractérisé en ce que chacune desdites
régions comporte une électrode 14, 15, 16.
6. Transistor bipolaire selon la revendication 15, carac-
térisé en ce qu'il comprend en outre une couche semiconductri-
ce de renforcement 18 interposée entre ladite région collec-
teur 13 et ladite électrode 16 et ayant le même type de conduc-
tivité que ladite région de collecteur.
7. Transistor bipolaire selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que ladite région d'émetteur 11 et ladite région de base 12 sont interconnectées à travers une hétérojonction et
dans lequel ladite région émetteur est constituée en un ma-
tériau-ayant un intervalle de bande interdit plus large que
celui de ladite région de base.
8. Transistor bipolaire selon la revendication 1, carac-
térisé en ce que ladite région de base 12, d'émetteur 11 tc477777 et de collecteur 13 sont constituées en matériau à base de silicium.
9. Transistor bipolaire selon la revendication 8, ca-
ractérisé en ce que ladite région de collecteur 13 comprend un silicium polycristallin contenant de 2 à 50 atomes %
d'oxygène et une impureté donneur ou accepteur en concentra-
tion supérieure à 5 x i019cm-3.
10. transistor bipolaire selon la revendication 8,
caractérisé en ce que ladite région de collecteur est cons-
tituée en un silicium amorphe contenant une impureté donneur
ou accepteur à concentration supérieure à 5 x 1019cmi3.
11. Transistor bipolaire selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdites régiors de base, d'émetteur, et de collecteur sont constituées en un alliage à base
d'arsexiure de Gallium GaAs.
12. Transistor bipolaire selon la revendication 11,
caractérisé en ce que ladite région de collecteur est cons-
tituée en un cristal mélange d'arseniure de gallium et d'ar-
seniure d'aluminium GaAs-AlAs contenant une impureté à con-
centration au moins égale à environ 1 x 1018cmn3.
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