FR2556504A1 - Dispositif de commutation a semi-conducteur - Google Patents
Dispositif de commutation a semi-conducteur Download PDFInfo
- Publication number
- FR2556504A1 FR2556504A1 FR8418935A FR8418935A FR2556504A1 FR 2556504 A1 FR2556504 A1 FR 2556504A1 FR 8418935 A FR8418935 A FR 8418935A FR 8418935 A FR8418935 A FR 8418935A FR 2556504 A1 FR2556504 A1 FR 2556504A1
- Authority
- FR
- France
- Prior art keywords
- type
- electrons
- hot
- layer
- region
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 21
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000002784 hot electron Substances 0.000 claims abstract description 15
- 230000010287 polarization Effects 0.000 claims abstract description 7
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 34
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 claims description 4
- MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N aluminium arsenide Chemical compound [As]#[Al] MDPILPRLPQYEEN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229910005540 GaP Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000005513 bias potential Methods 0.000 claims description 2
- HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N gallium phosphide Chemical compound [Ga]#P HZXMRANICFIONG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 150000001768 cations Chemical class 0.000 claims 1
- 239000002210 silicon-based material Substances 0.000 claims 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 abstract description 3
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 3
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052785 arsenic Inorganic materials 0.000 description 1
- RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N arsenic atom Chemical compound [As] RQNWIZPPADIBDY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000004020 conductor Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/70—Bipolar devices
- H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
- H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Bipolar Transistors (AREA)
- Cold Cathode And The Manufacture (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
L'INVENTION CONCERNE LES DISPOSITIFS A SEMI-CONDUCTEUR. ELLE SE RAPPORTE A UN DISPOSITIF A SEMI-CONDUCTEUR QUI A UN CORPS3 DE SEMI-CONDUCTEUR INTRINSEQUE PORTE PAR UN SUBSTRAT1 DE TYPEN, ET UN EMETTEUR11, 13 D'ELECTRONS CHAUDS QUI, LORSQU'UNE POLARISATION EST ASSUREE ENTRE L'EMETTEUR ET LE SUBSTRAT, INJECTE DES ELECTRONS CHAUDS DANS LE CORPS AVEC UNE ENERGIE SUFFISANTE POUR QUE DES PAIRES ELECTRONS-TROUS SOIENT FORMEES DANS LE CORPS PAR COLLISION DES ELECTRONS INJECTES AVEC DES ELECTRONS DE VALENCE. UNE REGION7 CONTIGUE AU CORPS3 RECOIT LES TROUS QUI DIFFUSENT VERS ELLE. APPLICATION A LA FABRICATION DE DISPOSITIFS DE COMMUTATION RAPIDE.
Description
La présente invention concerne les dispositifs
à semi-conducteur.
On a récemment proposé divers dispositifs à
semi-conducteur qui mettent en oeuvre des émetteurs d'"'élec-
trons chauds" pour la création de porteurs rapides de
courant de type semi-balistique, avec formation d'un dispo-
sitif pouvant fonctionner très rapidement.
La présente invention concerne un dispositif à semi-conducteur qui met en oeuvre des électrons chauds d'une manière originale pour l'obtention d'une opération
de commutation à grande vitesse.
Plus précisément, l'invention concerne un dispo-
sitif de commutation à semi-conducteur qui comporte un corps d'un matériau semi-conducteur sensiblement intrinsèque porté par un substrat ayant une conductivité de type n, un émetteur d'électrons chauds disposé afin qu'il injecte des électrons chauds dans ledit corps, lorsqu'un potentiel de polarisation est appliqué entre l'émetteur et le substrat, avec une énergie suffisante pour que des paires électrons-trous soient formées dans le corps par collision d'électrons injectés avec des électrons de valence, et
une région d'un matériau semi-conducteur ayant une conducti-
vité de type p, contiguë au corps et vers laquelle les trous créés diffusent, lors d'une polarisation convenable par
rapport au substrat.
L'émetteur d'électrons chauds est avantageusement une région d'un matériau semi-conducteur de conductivité de type n ayant une bande interdite relativement large entre les bandes de conduction et de valence par rapport au matériau du corps, cette région de type n étant séparée du corps par une couche d'un matériau semi-conducteur de type p.
De préférence, une couche d'un matériau semi-
conducteur de type n, ayant pratiquement la même bande interdite que le matériau du corps, est placée entre le
corps et l'émetteur d'électrons chauds.
Dans un mode de réalisation particulier de l'in-
vention, le corps, la région de matériau de type p qui en est contiguë et, le cas échéant, ladite couche du matériau de type n est formée d'un matériau à base d'arséniure de gallium et l'émetteur d'électrons chauds est formé d'un matériau à base d'arséniure d'aluminium et de gallium. D'autres caractéristiques et avantages d'un
dispositif de commutation à semi-conducteur selon l'inven-
tion ressortiront mieux de la description qui va suivre,
faite en référence aux dessins annexés sur lesquels:
la figure 1 est une coupe schématique d'un dispo-
sitif selon l'invention; -
la figure 2 est un schéma illustrant le fonction-
nement du dispositif; et la figure 3 est un graphique représentant la
variation de la bande interdite dans une partie du dispo-
sitif. Le dispositif représenté sur la figure 1 est formé sur un substrat 1 d'arséniure de gallium ayant une concentration de dopage de type n. Le substrat porte, sur l'une de ses faces principales, une couche 3 d'arséniure de gallium non dopé, c'est-à-dire semi-isolant, et, sur sa face opposée au substrat, la couche 3 porte une mince
couche 5 d'arséniure de gallium de type n.
En position centrale dans les couches 3 et 5, une région 7 d'arséniure de gallium de type p est formée et
elle est munie d'un contact 9 formé d'une couche métallisée.
Un émetteur annulaire d'électrons chauds entoure coaxialement la région 7 et son contact 9, à distance, et comporte une mince couche 11 d'arséniure d'aluminium et de gallium de type p, très dopé, adjacente à la couche 5
et recouverte d'une couche relativement épaisse 13 d'arsé-
niure d'aluminium et gallium de type n. L'émetteur d'élec-
trons chauds a un contact 15 formé d'une couche métallisée,
sur la couche 13.
Lors du fonctionnement du dispositif, la région 7 est polarisée négativement par rapport au substrat 1 par l'intermédiaire du contact 9, et le potentiel du contact 15 peut être commuté entre le potentiel du substrat et un potentiel négatif par rapport à celui du substrat comme
décrit plus en détail dans la suite.
Comme l'indique la figure 2, lorsque le contact 15 est polarisé négativement d'une manière suffisante, les électrons ayant une énergie supérieure à la limite Ec de la bande de conduction du matériau de la couche 3 d'une quantité supérieure à la bande interdite Eg du matériau de la couche 3 sont injectés par l'émetteur d'électrons
chauds dans la couche 3.
Ces électrons ont suffisamment d'énergie pour qu'ils créent des paires électrons-trous dans la couche 3 par collision avec des électrons de valence. La durée de vie des porteurs créés est suffisamment longue pour que les trous créés diffusent vers la région 7 de type p et vers le contact 9, et pour que les électrons créés diffusent vers le substrat 1 de type n, sous l'action du champ électrique créé par le potentiel de polarisation
appliqué entre le contact 9 et le substrat.
Ainsi, un courant circule entre le contact 9 et
le substrat 1 lorsque le contact 15 est polarisé négati-
vement de manière convenable, le courant cessant de circuler
lorsque la polarisation du contact 15 est supprimée.
On se réfère maintenant à la figure 3; la couche 13 est formée d'un matériau ayant une bande interdite relativement grande Egl par rapport à la bande interdite Eg2 du matériau de la couche 3, et le dopage de la couche 11 est suffisamment élevé pour que les électrons passant pardessus la barrière présentée par la couche 11 possèdent
l'énergie nécessaire, c'est-à-dire supérieure à Eg2 au-
dessus de la limite Ec de la bande de conduction, dans le matériau de la couche 3, afin que des électrons injectés
aient une énergie suffisante.
La couche 5 de type n assure une chute rapide de potentiel assurant le lancement d'électrons par-dessus la barrière dans la couche 3, et forme aussi une barrière
empêchant la pénétration des trous formés dans la couche 11.
Sur la figure 3, les courbes en traits pleins et interrompus, portant la référence Ec, indiquent la limite de la bande de conduction avec ou sans polarisation négative
du contact 15 d'émetteur, et la courbe Ef en traits inter-
rompus représente le niveau de Fermi sans polarisation
appliquée au contact 15.
La bande interdite Eg2 du matériau de la couche 3 est choisie afin qu'elle soit suffisamment élevée, par exemple supérieure à 1 eV, afin que l'isolement soit bon
lorsque le dispositif est à l'état non conducteur.
Il faut noter que l'épaisseur de la couche 5 de type n doit être nettement inférieure au libre parcours
moyen des électrons chauds injectés par l'émetteur 11, 13.
Il faut noter que, bien que, dans le mode de réalisation particulier de l'invention décrit précédemment à titre illustratif, les matériaux utilisés soient à base d'arséniure de gallium, ceci n'est pas obligatoirement le' cas; dans un dispositif selon l'invention. Ainsi, dans une variante, l'émetteur est formé d'un matériau à base
de phosphure de gallium et les autres parties semi-conduc-
trices du dispositif sont formées d'un matériau à base
de silicium.
Il faut noter que la fabrication d'un dispositif selon l'invention ne pose pas de problèmes aux spécialistes car le dispositif peut être réalisé par mise en oeuvre des techniques bien connues utilisées pour la fabrication
des dispositifs classiques à semi-conducteur.
Claims (7)
1. Dispositif de commutation à semi-conducteur, caractérisé en ce qu'il comprend un corps (3) d'un matériau semi-conducteur sensiblement intrinsèque porté par un substrat (1) de conductivité de type n, un émetteur (11, 13) d'électrons chauds disposé afin qu'il injecte des électrons chauds dans ledit corps (3) lorsqu'un potentiel de polarisation est appliqué entre- l'émetteur (11, 13) et le substrat (1), avec une énergie qui suffit à la création de paires électrons-trous dans le corps (3) par collision des électrons injectés avec des électrons de valence, et une région (7) d'un matériau semi-conducteur de conductivité de type p, contiguë au corps (3) et vers laquelle les trous créés diffusent lors d'une polarisation convenable
par rapport au substrat (1).
2. Dispositif selon la revendication 1, caracté-
risé en ce que l'émetteur d'électrons chauds comporte une région (13) d'un matériau semi-conducteur de type n ayant une bande interdite relativement grande (Eg1) entre les bandes de conduction et de valence, par rapport au matériau du corps (1), la région de type n (13) étant séparée du corps (1) par une couche (11) d'un matériau semi-conducteur de type p.
3. Dispositif selon l'une des revendications
1 et 2, caractérisé en ce qu'une couche (5) d'un matériau semi-conducteur de type p, ayant pratiquement la même bande interdite (Eg2) que le matériau du corps (3) est
disposée entre le corps (3) et l'émetteur (11, 13) d'élec-
trons chauds.
4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, caractérisé en ce que le corps (1), ladite région (7) d'un matériau de type p contiguë au corps et, le cas échéant, la couche (5) d'un matériau de type n sont formés d'un matériau à base d'arséniure de gallium, et l'émetteur d'électrons chauds (11, 13) est formé d'un matériau à base d'arséniure d'aluminium et
de gallium.
5. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations 1 à 3, caractérisé en ce que le corps (3), ladite région (7) d'un matériau de type p contiguë au corps et, le cas échéant, la couche (5) d'un matériau de type n sont formés d'un matériau à base de silicium, et l'émetteur d'électrons chauds (11, 13) est formé d'un matériau à
base de phosphure de gallium.
6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica-
tions précédentes, caractérisé en ce que l'émetteur d'élec-
trons chauds (11, 13) a une forme annulaire et entoure ladite région (7) d'un matériau de type p qui est contiguë
au corps (3).
7. Dispositif selon l'une quelconque des revendi-
cations précédentes, caractérisé en ce que le corps (3) est formé d'un matériau ayant une bande interdite supérieure
à un électron-volt.
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GB838333130A GB8333130D0 (en) | 1983-12-12 | 1983-12-12 | Semiconductor devices |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2556504A1 true FR2556504A1 (fr) | 1985-06-14 |
| FR2556504B1 FR2556504B1 (fr) | 1988-08-26 |
Family
ID=10553189
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8418935A Expired FR2556504B1 (fr) | 1983-12-12 | 1984-12-11 | Dispositif de commutation a semi-conducteur |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4633279A (fr) |
| JP (1) | JPS60186058A (fr) |
| FR (1) | FR2556504B1 (fr) |
| GB (2) | GB8333130D0 (fr) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH0712100B2 (ja) * | 1985-03-25 | 1995-02-08 | 株式会社日立製作所 | 半導体発光素子 |
| US4962304A (en) * | 1988-12-23 | 1990-10-09 | Rockwell International Corporation | Intrinsic impurity band conduction detectors |
| SE468694B (sv) * | 1991-06-28 | 1993-03-01 | Ericsson Telefon Ab L M | Kvantvaagledande elektronisk omkopplare |
| US5554882A (en) * | 1993-11-05 | 1996-09-10 | The Boeing Company | Integrated trigger injector for avalanche semiconductor switch devices |
| US6847045B2 (en) * | 2001-10-12 | 2005-01-25 | Hewlett-Packard Development Company, L.P. | High-current avalanche-tunneling and injection-tunneling semiconductor-dielectric-metal stable cold emitter, which emulates the negative electron affinity mechanism of emission |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2113463A (en) * | 1981-12-24 | 1983-08-03 | Kenneth Board | Semi-conductor barrier switching devices |
| GB2128026A (en) * | 1982-10-01 | 1984-04-18 | Gen Electric Co Plc | Transistors |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4032961A (en) * | 1974-10-16 | 1977-06-28 | General Electric Company | Gate modulated bipolar transistor |
| US4107721A (en) * | 1977-01-26 | 1978-08-15 | Bell Telephone Laboratories, Incorporated | Phototransistor |
| US4352117A (en) * | 1980-06-02 | 1982-09-28 | International Business Machines Corporation | Electron source |
| GB2109159B (en) * | 1981-11-06 | 1985-05-30 | Philips Electronic Associated | Semiconductor electron source for display tubes and other equipment |
-
1983
- 1983-12-12 GB GB838333130A patent/GB8333130D0/en active Pending
-
1984
- 1984-11-21 GB GB08429426A patent/GB2151397B/en not_active Expired
- 1984-12-06 US US06/678,664 patent/US4633279A/en not_active Expired - Fee Related
- 1984-12-10 JP JP59260606A patent/JPS60186058A/ja active Pending
- 1984-12-11 FR FR8418935A patent/FR2556504B1/fr not_active Expired
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2113463A (en) * | 1981-12-24 | 1983-08-03 | Kenneth Board | Semi-conductor barrier switching devices |
| GB2128026A (en) * | 1982-10-01 | 1984-04-18 | Gen Electric Co Plc | Transistors |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| INTERNATIONAL ELECTRON DEVICES MEETING, Washington, D.C., 7-9 décembre 1981, pages 629-632, IEEE, US; P.M. ASBECK et al.: "(Ga,A1)As/GaAs bipolar transistors for digital integrated circuits" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2151397B (en) | 1987-05-20 |
| FR2556504B1 (fr) | 1988-08-26 |
| GB8429426D0 (en) | 1985-01-03 |
| JPS60186058A (ja) | 1985-09-21 |
| US4633279A (en) | 1986-12-30 |
| GB8333130D0 (en) | 1984-01-18 |
| GB2151397A (en) | 1985-07-17 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP0017531B1 (fr) | Transistor à effet de champ à fréquence de coupure élevée et son procédé de réalisation | |
| US5654578A (en) | Superlattice avalanche photodiode with mesa structure | |
| EP0040125B1 (fr) | Dispositif de protection contre les courants de fuite dans des circuits intégrés | |
| EP0236189B1 (fr) | Structure semi-conductrice monolithique d'un transistor bipolaire à hétérojonction et d'un laser | |
| FR2503456A1 (fr) | Dispositif de protection pour circuits integres | |
| EP0051505A1 (fr) | Transistor émetteur-récepteur de lumière pour télécommunications à l'alternat sur fibre optique | |
| FR2723260A1 (fr) | Thyristor a trois bornes avec caracteristiques commandees par une seule gachette mos | |
| FR2586862A1 (fr) | Dispositif a semiconducteur en particulier du type mosfet. | |
| FR2666932A1 (fr) | Dispositif semi-conducteur presentant une haute tension de claquage et une faible resistance et procede pour sa fabrication. | |
| FR2477777A1 (fr) | Transistor bipolaire de puissance | |
| FR2568410A1 (fr) | Transistor statique a induction et son circuit integre | |
| FR2556504A1 (fr) | Dispositif de commutation a semi-conducteur | |
| FR2569056A1 (fr) | Transistor a induction statique du type a injection par effet tunnel et circuit integre comprenant un tel transistor | |
| FR2490014A1 (fr) | Phototransistor a heterojonction emetteur-base a couche d'emetteur localement de type inverse | |
| WO2019224448A1 (fr) | Transistor a haute mobilite electronique en mode enrichissement | |
| FR3091024A1 (fr) | Photodiode à avalanche à photon unique | |
| FR2815472A1 (fr) | Diac planar | |
| EP0027761B1 (fr) | Dispositif semiconducteur à effet de champ pour hautes fréquences et transistor utilisant un tel dispositif semiconducteur | |
| FR2607324A1 (fr) | Transistor a grille isolee avec diode verticale integree et procede de fabrication | |
| JP2671562B2 (ja) | ガリウム砒素とゲルマニウムとからなるフォトトランジスタ | |
| FR3011121A1 (fr) | Assemblage de puces de circuits integres comprenant un composant de protection contre les surtensions | |
| FR2573897A1 (fr) | Matrice de diodes electroluminescentes et son procede de fabrication | |
| EP3561880A1 (fr) | Transistor hemt et procedes de fabrication favorisant une longueur et des fuites de grille reduites | |
| FR2982419A1 (fr) | Dispositif emetteur de rayonnement lumineux a transistors de type p et de type n tete-beche | |
| WO2013014109A1 (fr) | Dispositif semi-conducteur d'emission d'electrons dans le vide |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| ST | Notification of lapse |