FR3161815A1 - Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés - Google Patents

Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés

Info

Publication number
FR3161815A1
FR3161815A1 FR2404563A FR2404563A FR3161815A1 FR 3161815 A1 FR3161815 A1 FR 3161815A1 FR 2404563 A FR2404563 A FR 2404563A FR 2404563 A FR2404563 A FR 2404563A FR 3161815 A1 FR3161815 A1 FR 3161815A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
electrode
insulating layer
electrodes
protection
plane
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.)
Pending
Application number
FR2404563A
Other languages
English (en)
Inventor
Jean-Christophe Riou
Nadège FRANTZ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Sensing Tech Switzerland Sa
Safran Sensing Technologies Switzerland Sa
Safran Electronics and Defense SAS
Original Assignee
Safran Sensing Tech Switzerland Sa
Safran Sensing Technologies Switzerland Sa
Safran Electronics and Defense SAS
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Sensing Tech Switzerland Sa, Safran Sensing Technologies Switzerland Sa, Safran Electronics and Defense SAS filed Critical Safran Sensing Tech Switzerland Sa
Priority to FR2404563A priority Critical patent/FR3161815A1/fr
Priority to PCT/FR2025/050361 priority patent/WO2025229279A1/fr
Publication of FR3161815A1 publication Critical patent/FR3161815A1/fr
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10D—INORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D89/00—Aspects of integrated devices not covered by groups H10D84/00 - H10D88/00
    • H10D89/60—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD]
    • H10D89/601—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs
    • H10D89/911—Integrated devices comprising arrangements for electrical or thermal protection, e.g. protection circuits against electrostatic discharge [ESD] for devices having insulated gate electrodes, e.g. for IGFETs or IGBTs using passive elements as protective elements
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W42/00—Arrangements for protection of devices
    • H10W42/60—Arrangements for protection of devices protecting against electrostatic charges or discharges, e.g. Faraday shields

Landscapes

  • Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

DISPOSITIF DE PROTECTION POUR COMPOSANT ÉLECTRONIQUE, SYSTÈME DE PROTECTION ET CIRCUIT ÉLECTRONIQUE ASSOCIÉS Un aspect de l’invention concerne un dispositif de protection (3) pour composant électronique comprenant deux couches semiconductrices (4, 6) dopées, séparée par une couche isolante (8), une ouverture (9) étant aménagée dans la couche isolante (8) pour mettre en regard les première et deuxième électrodes (4, 6), une distance (h46) séparant les deux couches semiconductrices (4, 6) étant inférieure à 5 µm. Figure à publier avec l’abrégé : Figure 2

Description

DISPOSITIF DE PROTECTION POUR COMPOSANT ÉLECTRONIQUE, SYSTÈME DE PROTECTION ET CIRCUIT ÉLECTRONIQUE ASSOCIÉS DOMAINE TECHNIQUE DE L’INVENTION
Le domaine technique de l’invention est celui de la protection de composant électronique ou électronique face à des surtensions et/ou des surintensités typiques d’une agression foudre.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L’INVENTION
Un composant électronique peut être victime d’une surcharge de courant ou de tension, dite respectivement « surintensité » et « surtension ». Ces surintensités ou surtensions présentent généralement un temps de montée très court, de l’ordre de quelques microsecondes et des amplitudes élevées. Elles peuvent se produire suite à une décharge de foudre, une manœuvre d’un commutateur, une décharge électrostatique ou encore une impulsion électromagnétique (par exemple d’origine nucléaire).
Une manière de protéger le composant d’une surtension ou d’une surintensité est d’écrêter ladite surtension ou de limiter la surintensité. Une manière de faire revient à court-circuiter tout ou partie de la surtension et à introduire une impédance élevée en série avec le composant à protéger.
Il existe plusieurs technologies permettant de réaliser un court-circuit, présentant différents temps de réponse et pouvoir de décharge.
Une diode Zener peut par exemple être employée. Une diode Zener peut être obtenue par la mise en contact de deux matériaux semiconducteurs présentant des dopages ou conductivités différents. Lorsque la tension aux bornes de la diode Zener dépasse la tension de seuil de ladite diode, cette dernière devient passante et permet de former un court-circuit. Dès lors que la tension décroît, la diode peut repasser dans un état bloqué.
Une résistance variable, fortement non-linéaire, peut également être employée. La non-linéarité peut être une propriété intrinsèque de certains matériaux tels que ZnO ou SiC. Au-delà d’un certain seuil de tension l’impédance de la résistance variable chute pour court-circuiter la surtension. Dès lors que la tension décroît, l’impédance de la résistance variable augmente.
Un éclateur à gaz peut également être employé. Un éclateur à gaz comprend par exemple deux cornets placés à une faible distance l’un de l’autre. Une surtension provoque un claquage entre les cornets et la formation d’un arc électrique. Cet arc permet alors de court-circuiter la surtension. Dès lors que la tension aux bornes des cornets devient inférieure à la tension d’arc, le court-circuit cesse.
Il est également connu de réaliser un court-circuit par la mise en œuvre de décharges électrostatiques, dites « ESD » pour « electro-static discharges » en anglais.
Le document US 2012/0236450 A1 divulgue par exemple un dispositif de protection par ESD. Le dispositif comprend deux électrodes conductrices séparées par un entrefer. La tension de claquage des dispositifs permet de court-circuiter une surtension.
Les documents KR100781487 B1 et US 2014/0240878 A1 divulguent également des dispositifs de protection par ESD. À la différence du dispositif précité, la tension de claquage des dispositifs est contrôlée par la présence de protubérances ou de particules, conductrices et/ou semiconductrices, dispersées entre les deux électrodes.
Ces dispositifs ne permettent toutefois pas de limiter le courant lorsqu’ils sont passants. Le composant n’est alors pas complètement protégé. Il est nécessaire de leur adjoindre un dispositif complémentaire pour limiter le courant. De plus, ils peuvent également présenter un encombrement important dû à une épaisseur importante (l’épaisseur étant mesurée parallèlement à la circulation du courant dans l’entrefer). Ladite épaisseur est généralement supérieure à 5 mm.
Le changement climatique est une préoccupation majeure pour de nombreux organes législatifs et de régulation à travers le monde. En effet, diverses restrictions sur les émissions de carbone ont été, sont ou seront adoptées par divers états. En particulier, une norme ambitieuse s’applique à la fois aux nouveaux types d’avions mais aussi ceux actuellement en circulation nécessitant de devoir mettre en œuvre des solutions technologiques afin de les rendre conformes aux réglementations en vigueur. L’aviation civile se mobilise depuis maintenant plusieurs années pour apporter une contribution à la lutte contre le changement climatique.
Les efforts de recherche technologique ont déjà permis d’améliorer de manière très significative les performances environnementales des avions. La Déposante prend en considération les facteurs impactant dans toutes les phases de conception et de développement pour obtenir des composants et des produits aéronautiques moins énergivores, plus respectueux de l’environnement et dont l’intégration et l’utilisation dans l’aviation civile ont des impacts environnementaux modérés dans un but d’amélioration de l'efficacité énergétique des avions.
Par voie de conséquence, la Déposante travaille en permanence à la réduction de son impact climatique par l’emploi de méthodes et l’exploitation de procédés de développement et de fabrication vertueux et minimisant les émissions de gaz à effet de serre au minimum possible pour réduire de l'empreinte environnementale de son activité.
Ces travaux de recherche et de développement soutenus portent à la fois sur les nouvelles générations de moteurs d’avions, l’allègement des appareils, notamment par les matériaux employés et les équipements embarqués allégés, le développement de l’emploi des technologies électriques pour assurer la propulsion, et, indispensables compléments aux progrès technologiques, les biocarburants aéronautiques.
À cet effet, il existe un besoin de fournir un dispositif de protection permettant d’écrêter les surtensions tout en limitant le courant circulant lorsqu’il est passant et présentant un encombrement réduit.
L’invention offre une solution aux problèmes évoqués précédemment, en offrant un dispositif de protection exploitant l’effet tunnel et/ou l’effet de champ permettant d’écrêter les surtensions tout en limitant le courant circulant lorsqu’il est passant. De plus, ce dispositif présente l’avantage d’être moins encombrant que des dispositifs selon l’art antérieur.
L’invention concerne en premier lieu un dispositif de protection pour composant électronique remarquable en ce qu’il comprend :
  • une première couche semiconductrice dopée, dite « première électrode », s’étendant parallèlement à un plan ;
  • une deuxième couche semiconductrice dopée, dite « deuxième électrode », s’étendant également parallèlement au plan ;
  • une couche isolante séparant la première électrode de la deuxième électrode, une ouverture étant aménagée dans la couche isolante pour mettre en regard les première et deuxième électrodes,
  • une distance séparant la première électrode de la deuxième électrode, mesurée perpendiculairement au plan, étant inférieure à 5 µm.
Par « couche isolante », on entend couche électriquement isolante.
L’ouverture de la couche électriquement isolante (dite également « couche isolante ») permet de former un entrefer entre les deux électrodes. Cet entrefer forme une barrière de potentiel entre les deux électrodes. La faible distance entre les deux électrodes permet d’obtenir un entrefer de faible épaisseur. Ceci permet d’exploiter la circulation d’un courant d’électrons à travers l’entrefer par effet tunnel ou par effet de champ.
On entend par « effet tunnel » un effet quantique pour lequel un électron a une probabilité non nulle de franchir une barrière de potentiel formée par l’entrefer, même si son énergie ne dépasse pas le potentiel de la barrière.
On entend par « effet de champ » un effet selon lequel un champ électrique permet de moduler la hauteur de la barrière de potentiel formée par l’entrefer, permettant ainsi à un électron de franchir cette barrière.
Le dopage des couches semiconductrices formant les électrodes permet à ces dernières de conduire un courant électrique pour des valeurs de potentiel électrique moins importantes que celles nécessaires pour un semiconducteur intrinsèque. Ainsi l’application d’une tension entre les électrodes permet, lorsqu’elle dépasse une tension seuil, de donner lieu à la circulation d’un courant d’électrons, par effet tunnel ou par effet de champ à travers l’entrefer. La tension seuil détermine donc la tension à partir de laquelle une surtension est écrêtée. De plus, la modulation du dopage dans les électrodes permet également de moduler la tension de seuil et donc la tension d’écrêtement du dispositif. La tension de seuil du dispositif dépend également de la distance séparant les électrodes (autrement dit de l’épaisseur de l’entrefer).
Plus mince est l’entrefer et plus faible est la tension seuil.
LaFIG. 1montre plusieurs caractéristiques 1 de courant en fonction de la tension (dites « caractéristiques I-V ») obtenues sur un même dispositif. La circulation du courant est nulle tant que la tension électrique appliquée entre les première et deuxième électrodes du dispositif reste inférieure à une tension seuil dite « Vseuil ». Dès lors que cette tension électrique dépasse +/- Vseuil, la circulation d’un courant s’établit. En particulier, le courant est établi par effet tunnel. Dans cet exemple les électrodes sont réalisées à partir de silicium dopé. Un exemple 1 de caractéristique I-V est indiqué sur laFIG. 1. Les plateaux observés sur les caractéristiques pour +/- 0,02 A correspondent à un courant limite du système de mesure, indépendant du dispositif caractérisé.
À la différence d’un dispositif selon l’art antérieur, l’amplitude du courant circulant dans le dispositif selon l’invention est limitée. Le déclenchement de la circulation du courant à partir d’une valeur seuil permet ainsi au dispositif de protection d’écrêter les surtensions tout en limitant le courant. La limitation du courant est induite grâce au comportement courant-tension non-linéaire du dispositif. À mesure que la tension augmente aux bornes du dispositif, le courant traversant le dispositif augmente moins rapidement que dans un conducteur ohmique. Cette limitation dépend de deux facteurs qui sont : la vitesse moyenne des électrons traversant l’entrefer ; et la densité d’électrons traversant cet entrefer.
La densité d’électrons est limitée par le mécanisme d’émission des électrons qui dépend, qu’il s’agisse d’effet tunnel ou d’effet de champ, du travail de sortie de l’électrode polarisé négativement. Les électrodes semiconductrices présentent des travaux de sortie élevées qui limitent donc la densité des électrons émis. De plus, les travaux de sortie des matériaux semiconducteurs varient peu en fonction du dopage. Il est ainsi possible de fabriquer un dispositif présentant une limitation prédéfinie du courant électrique le traversant avec une tension de seuil modulée par le dopage des électrodes.
La vitesse des électrons traversant l’entrefer dépend du champ électrique dans l’entrefer. Ce champ dépend notamment (à potentiel constant) des matériaux et de la géométrie des électrodes, de la distance séparant les électrodes et de la permittivité au sein de l’entrefer. Modifier ces paramètres permet donc de moduler la limitation du courant traversant le dispositif.
Pour des électrodes purement métalliques, le champ électrique est établi entre les surfaces externes des électrodes métalliques. Le champ électrique résultant d’un potentiel appliqué sur les électrodes métalliques est donc concentré entre les surfaces externes de ces électrodes métalliques. Au contraire, pour des électrodes semiconductrices, telles que mises en œuvre dans l’invention, le champ électrique s’établit en partie dans le volume des électrodes. La distance apparente sur laquelle s’établit le champ électrique est donc plus grande que pour des électrodes métalliques. La vitesse des électrons dans l’entrefer s’en trouve donc diminuée.
La distance entre les électrodes, autrement dit l’épaisseur de l’entrefer, permet d’ajuster le champ électrique vu par les électrons et donc moduler la limitation du courant dans le dispositif.
La modulation de l’aire des surfaces en regard (par exemple en modifiant la taille de l’ouverture de la couche isolante) peut également permettre d’ajuster la limitation du courant sans modifier pour autant la tension seuil.
La hauteur du dispositif est limitée par la distance entre les deux électrodes et l’épaisseur des électrodes semiconductrices elle-même. Le champ électrique entre les électrodes s’établit au moins partiellement dans le volume des électrodes. Toutefois il reste localisé dans un voisinage proche des surfaces en regard et notamment dans les premières centaines de micromètres à partir de ces surfaces. Une épaisseur d’électrode de quelques centaines de micromètres, par exemple comprise entre 200 µm et 800 µm suffit donc pour bénéficier des effets liés à la pénétration du champ électrique dans les électrodes tout en offrant des électrodes fines. Ainsi, un dispositif selon l’invention pleinement fonctionnel peut présenter une hauteur inférieure ou égale à 2 mm, ce qui est bien inférieur à la hauteur des dispositifs de l’art antérieur dépassant généralement les 5 mm.
Avantageusement, le dispositif de protection comprend en outre une première cavité aménagée dans la première électrode et communicant avec l’ouverture.
Avantageusement, la première cavité débouche partiellement sur la couche électriquement isolante.
Avantageusement, l’ouverture dans la couche isolante est délimitée latéralement par un bord ; la première électrode prenant appui sur la couche électriquement isolante à distance du bord de l’ouverture de sorte que la couche électriquement isolante forme une lèvre s’étendant entre la première cavité et la deuxième électrode.
Avantageusement, la première électrode comprend une première protubérance s’étendant dans la première cavité en direction de la deuxième électrode ; la première protubérance étant distante de la deuxième électrode d’une distance, mesurée perpendiculairement au plan, inférieure à 5 µm.
Avantageusement, la première protubérance présente une extrémité libre en regard de la deuxième électrode ; le dispositif de protection comprenant une couche isolante additionnelle s’étendant contre l’extrémité libre de la première protubérance, masquant au moins une partie de l’extrémité libre de ladite au moins une première protubérance.
Avantageusement, une tranchée périphérique s’étendant perpendiculairement au plan est pratiquée dans la première électrode, la tranchée périphérique comprenant un fond présentant une largeur, mesurée parallèlement au plan, ledit fond étant distant de la deuxième électrode d’une hauteur, mesurée perpendiculairement au plan, comprise entre deux fois et dix fois la largeur de la tranchée périphérique.
Avantageusement, le dispositif de protection comprend en outre une deuxième cavité aménagée dans la deuxième électrode et communicant avec l’ouverture ; la deuxième électrode comprenant une deuxième protubérance s’étendant dans la deuxième cavité perpendiculairement au plan, en direction de la première électrode ; la deuxième protubérance étant distante de la première électrode d’une distance, mesurée perpendiculairement au plan, inférieure à 5 µm.
Avantageusement, la première couche semiconductrice dopée présente une concentration en impuretés dopantes comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3; la deuxième couche semiconductrice dopée présente une concentration en impuretés dopantes comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3.
Avantageusement, la première électrode et la deuxième électrode sont réalisées à partir d’un même matériau dopé.
Avantageusement, les surfaces en regard sont recouvertes d’un oxyde natif. La présence d’un oxyde sur les surfaces des électrodes offre une manière de contrôler les tensions de seuils. De plus, le transfert thermique par radiation entre les deux électrodes peut être amélioré. Par exemple, l’émissivité du silicium est de l’ordre de 0,2 tandis que l’émissivité de l’oxyde de silicium SiO2est de l’ordre de 0,8.
Avantageusement, la première électrode et la deuxième électrode sont dopées d’un même type.
Avantageusement, la première électrode et/ou la deuxième électrode comprend, en son sein, une couche mince isolante s’étendant parallèlement au plan et présentant une épaisseur, mesurée perpendiculairement au plan, comprise entre 1 nm et 10 nm.
L’invention concerne en outre un procédé de fabrication d’un dispositif de protection pour composant électronique, comprenant :
  • la fourniture d’une première couche semiconductrice dopée, dite « première électrode » ;
  • la fourniture d’une deuxième couche semiconductrice dopée, dite « deuxième électrode » ;
  • la formation d’au moins une couche isolante en contact avec la première électrode ;
  • l’aménagement d’une ouverture dans ladite au moins une couche isolante pour exposer la première électrode ;
la soudure ou le collage de la deuxième électrode sur ladite au moins une couche isolante de sorte que les première et deuxième électrodes sont en regard à travers l’ouverture de ladite au moins une couche isolante et qu’une distance séparant la première électrode de la deuxième électrode après l’étape de collage est inférieure à 5 µm.
L’invention concerne également un système de protection pour composant électronique comprenant une pluralité de couches conductrices et une pluralité de dispositifs de protection, les dispositifs de protection étant répartis de manière à former une pluralité de chaînes de protection distinctes, pour chaque chaîne de protection les dispositifs de protection de ladite chaîne de protection sont électriquement connectés en série, les couches conductrices étant connectées deux à deux par une des chaînes de protection, chaque dispositif de protection comprenant :
  • une première couche semiconductrice dopée, dite « première électrode », s’étendant parallèlement à un plan ;
  • une deuxième couche semiconductrice dopée, dite « deuxième électrode », s’étendant également parallèlement au plan ;
  • une couche isolante séparant la première électrode de la deuxième électrode et s’étendant en contact avec la première électrode et en contact avec la deuxième électrode, une ouverture étant aménagée dans la couche isolante pour mettre en regard les première et deuxième couches semiconductrices,
une distance séparant la première électrode de la deuxième électrode, mesurée perpendiculairement au plan, étant inférieure à 5 µm.
La mise en œuvre de dispositifs de protection au sein de chaque chaîne de protection permet de sommer les tensions de seuil des dispositifs connectés en série. La limitation du courant dans la chaîne est imposée par le dispositif montrant la plus forte limitation pour une tension donnée. Autrement dit, pour une première tension, un premier dispositif de la chaîne peut limiter le courant circulant dans la chaîne tandis que pour une deuxième tension, un deuxième dispositif de la chaîne peut limiter le courant circulant dans la chaîne. La limitation du courant est maximale quelle que soit la tension appliquée aux bornes de la chaine.
Le système de protection présente un avantage particulier en ce qu’il forme un assemblage prédéfini de dispositifs de protection. En d’autres termes, il forme un système générique de protection permettant de choisir différentes tensions d’écrêtage et différentes limitations de courant. La sélection de différentes paires de couches conductrices, ou la connexion de ces paires de couches conductrices entre elles, permet à un utilisateur de sélectionner différents assemblages de dispositifs de protection, par exemple des chaînes de dispositifs de différentes longueurs et/ou un assemblage de chaînes en série (de manière à former une chaîne équivalente de grande longueur) et/ou un assemblage de chaînes en parallèle (de manière à réduire la tension d’écrêtage et/ou amoindrir l’effet de la limitation en courant).
De plus, la mise en œuvre de dispositifs de protection selon l’invention permet d’offrir un système de protection facilement intégrable avec un circuit électronique à base de semiconducteur.
Avantageusement, lorsqu’une première chaîne de protection de la pluralité de chaînes de protection et une deuxième chaîne de protection de la pluralité de chaînes de protection connectent une même couche conductrice, lesdites première et deuxième chaînes de protection sont agencées côte à côte. Préférentiellement, toutes les chaînes de protection sont agencées côte à côte, deux à deux.
Avantageusement :
  • la couche isolante d’un premier dispositif de protection appartenant à la première chaîne de protection ; et
  • la couche isolante d’un deuxième dispositif de protection appartenant à la deuxième chaîne de protection,
sont communes et formées par une même couche.
Avantageusement :
  • une des électrodes d’un premier dispositif de protection appartenant à la première chaîne de protection ; et
  • une des électrodes d’un deuxième dispositif de protection appartenant à la deuxième chaîne de protection,
sont communes et formées par une même couche.
Avantageusement, dans une même chaîne de protection, ladite chaîne de protection comprend un troisième dispositif de protection et un quatrième dispositif de protection connecté en série avec le troisième dispositif de protection :
  • une des électrodes du troisième dispositif de protection ; et
  • une des électrodes du quatrième dispositif de protection,
sont communes et formées par une même couche.
Avantageusement, chaque dispositif de protection est bidirectionnel. Autrement dit, les première et deuxième électrodes sont réalisées à partir d’un même matériau semiconducteur dopé. Ainsi le système est également bidirectionnel.
Avantageusement, les chaînes de dispositifs sont électriquement connectées en série entre elles.
L’invention concerne également un circuit électronique comprenant :
  • un premier composant électronique à protéger, comprenant une première borne ; et
  • un système de protection selon l’invention,
la première borne du premier composant électronique étant connectée à une première couche conductrice de la pluralité de couches conductrices du système de protection.
Avantageusement, le circuit électronique comprend un système de protection supplémentaire selon l’invention, la première borne du premier composant électronique étant connectée à une des couches conductrices du système de protection supplémentaire.
Avantageusement, le premier composant électronique à protéger comprend en outre une deuxième borne, le système de protection étant connecté entre les première et deuxième bornes du premier composant électronique de sorte que :
  • la première borne du premier composant électronique est connectée à la première couche conductrice du système de protection ;
  • la deuxième borne du premier composant électronique est connectée à une deuxième couche conductrice de la pluralité de couches conductrices du système de protection.
Avantageusement, le circuit électronique comprend un deuxième composant électronique à protéger, comprenant une troisième borne et une quatrième borne, le système de protection étant également connectée entre les troisième et quatrième bornes du deuxième composant électronique de sorte que :
  • la troisième borne est connectée à une troisième couche conductrice de la pluralité de couches conductrices du système de protection; et
  • la quatrième borne est connectée à la deuxième couche conductrice du système de protection ou connectée à une quatrième couche conductrice de la pluralité de couches conductrices du système de protection,
les première et deuxième couches conductrices étant connectées l’une à l’autre par au moins une première chaînes de protection de la pluralité de chaînes de protection du système de protection, la troisième couche conductrice étant connectée à la deuxième couche conductrice ou à la quatrième couche conductrice par au moins une deuxième chaîne de protection de la pluralité de chaînes de protection du système de protection.
L’invention concerne également un équipement de protection pour aéronef comprenant un système de protection pour composant électronique selon l’invention ou un circuit électronique selon l’invention.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
L’invention et ses différentes applications seront mieux comprises à la lecture de la description qui suit et à l’examen des figures qui l’accompagnent. Les figures sont présentées à titre indicatif et nullement limitatif de l’invention.
LaFIG. 1montre plusieurs exemples de caractéristiques pouvant être obtenues par un dispositif de protection selon un mode de réalisation de l’invention.
LesFIG. 2etFIG. 3montrent une perspective et une coupe d’un mode de réalisation du dispositif de protection selon l’invention.
LesFIG. 4,FIG. 5,FIG. 6,FIG. 7,FIG. 8,FIG. 9,FIG. 10,FIG. 11etFIG. 12montrent neuf modes de réalisation du dispositif de protection selon l’invention.
LesFIG. 13etFIG. 14montrent des coupes d’un mode de réalisation du dispositif de protection selon l’invention.
LesFIG. 15etFIG. 16montrent des coupes d’un mode de réalisation du dispositif de protection selon l’invention.
LaFIG. 17montre une coupe d’un premier mode de réalisation d’un système de protection selon l’invention.
LaFIG. 18montre des exemples de caractéristiques pouvant être obtenues par le système de protection selon un mode de réalisation de l’invention.
LesFIG. 19,FIG. 20,FIG. 21etFIG. 22montrent trois coupes de trois modes de réalisation d’un circuit électronique selon l’invention, comprenant notamment un système de protection selon un mode de réalisation de l’invention.
 DESCRIPTION DÉTAILLÉE
L’invention vise à assurer la protection d’un composant électronique contre des surtensions, par exemple dues à la foudre.
LaFIG. 1a déjà été décrite précédemment.
L’invention concerne dans un premier temps un dispositif de protection 3 pour un composant électronique. Différents modes de réalisation dudit dispositif de protection 3 sont illustrés par les figures 2 à 16.
Un repère orthonormé {X ; Y ; Z} est représenté dans les figures 2, 3, 14 et 16. Le repère utilisé pour les figures 4 à 13 et 15 (mais non représenté sur ces figures) est celui de laFIG. 3(c’est-à-dire que les coupes suivent le même plan).
De manière commune aux modes de réalisation des figures 2 à 16, le dispositif de protection 3 comprend une première couche semiconductrice 4 s’étendant parallèlement à un plan dit « plan de couches » (parallèle au plan {X ; Y} dans les figures). La première couche semiconductrice 4 est dopée de manière à être conductrice sous l’effet d’un champ électrique. Elle est appelée « première électrode ».
Le dispositif de protection 3 comprend en outre une deuxième couche semiconductrice 6 s’étendant parallèlement au même plan {X ; Y} que la première électrode 4. La deuxième couche semiconductrice 6 est également dopée, de manière à être conductrice sous l’effet d’un champ électrique. Elle est appelée « deuxième électrode ».
Les première et deuxième électrode 4, 6 sont superposées l’une à l’autre. Les deux électrodes 4, 6 forment les bornes du dispositif de protection 3. Une tension électrique ou une surtension électrique peut être écrêtée lorsqu’elle est appliquée entre ces deux électrodes 4, 6.
Le dispositif de protection 3 comprend une couche électriquement isolante 8 (dite simplement « couche isolante ») s’étendant entre les première et deuxième électrodes 4, 6. Elle isole les deux électrodes 4, 6 d’un contact électrique direct entre elles. Par exemple, la couche isolante 8 peut être réalisée à partir de : SiO2, SiN ou Al2O3. Il peut également s’agir de SixOyNz.
La première électrode 4 peut s’étendre contre la couche isolante 8 avec laquelle elle peut être en contact (sous-entendu en contact direct). La couche isolante 8 peut s’étendre à son tour contre la deuxième électrode 6 avec laquelle elle peut être en contact. De cette manière, les deux électrodes sont uniquement séparées l’une de l’autre par la couche isolante 8.
Les deux électrodes 4, 6 sont séparées l’une de l’autre par une distance minimale h46. Cette distance h46 est mesurée perpendiculairement au plan {X ; Y}. Elle est mesurée entre les deux portions les plus proches des électrodes 4, 6. Dans laFIG. 3, les électrodes 4, 6 sont planes. Ladite distance minimale h46 est simplement mesurée perpendiculairement au plan {X ; Y} (et en l’occurrence égale à l’épaisseur h8 de la couche isolante 8). Dans les figures 11 à 16, les électrodes 4, 6 présentent des protubérances 17 semiconductrices. Ces protubérances 17 forment des saillies en matériau semiconducteur s’étendant en direction de la deuxième électrode (6). La distance h46 à considérer dans ces cas-là est alors mesurée entre les plus proches portions semiconductrices. Dans le cas des figures 11 à 16, la distance h46 est mesurée au niveau des protubérances 17 semiconductrices. Dans le cas de laFIG. 15, les protubérances 17 semiconductrices sont en contact avec des couches isolantes 28 et la deuxième électrode 6 présente également des protubérances 25. La distance h46 est alors mesurée entre les protubérances semiconductrices 17, 25 des deux couches, indépendamment des couches isolantes 28.
Afin de bénéficier d’une circulation de courant par effet tunnel entre les deux électrodes 4, 6, la distance minimale h46 séparant les deux électrodes est inférieure à 5 µm. Il est bien entendu que cette distance h46 est toutefois non nulle (c’est-à-dire que les électrodes ne sont jamais en contact). Cette distance permet de réaliser une circulation de courant entre les deux électrodes 4, 6 par effet tunnel et/ou par effet de champ.
La couche isolante 8 peut comprendre plusieurs sous-couches isolantes. Les sous-couches peuvent être formées de matériaux isolants différents.
Une ouverture 9 est aménagée dans la couche isolante 8 de manière à traverser la couche isolante 8 de part en part. L’ouverture 9 est notamment délimitée par un bord intérieur 15 de la couche isolante 8. Elle permet de mettre en regard la première électrode 4 avec la deuxième électrode 6. L’absence de matériau conducteur entre les deux électrodes 4, 6 forme une barrière de potentiel à travers laquelle les électrons peuvent passer par effet tunnel. L’absence de matériau isolant dans l’ouverture 9 permet toutefois de former une barrière de potentiel avec une hauteur limitée. Ainsi, un courant par effet tunnel (que l’on appelle également courant tunnel) s’établit de manière privilégiée à travers l’ouverture 9 plutôt qu’à travers le matériau de la couche isolante 8. La localisation du courant tunnel permet d’améliorer le contrôle du courant tunnel, notamment la tension de seuil pour amorcer la circulation dudit courant, ainsi que la reproductibilité de l’amorçage.
L’ouverture 9 de la couche isolante peut présenter une largeur, mesurée parallèlement au plan {X ; Y}, comprise entre 10 µm et 2000 µm. L’ouverture 9 peut également présenter une longueur, mesurée parallèlement au plan {X ; Y} et perpendiculairement à sa largeur, comprise entre 10 µm et 2000 µm. Ces dimensions de l’ouverture 9 permettent de localiser le courant tunnel sur une petite portion des électrodes 4, 6, de sorte que les conditions d’établissement du courant tunnel changent peu. En d’autres termes, ces dimensions permettent de conserver des conditions d’amorçage du courant tunnel qui soient reproductibles.
L’ouverture 9 est avantageusement étanche. Cette étanchéité est par exemple obtenue par un scellement des électrodes 4, 6 sur la couche isolante 8. Elle garantit qu’aucune espèce pouvant avoir une influence sur l’établissement du courant tunnel ne pénètre dans l’ouverture 9.
L’ouverture 9 peut être vide, c’est-à-dire présentant un gaz à une pression partielle inférieure à 50·10-1mbar (où 1 mbar est égal à 100 Pa). Le dispositif de protection 3 peut comprendre un gaz neutre dans l’ouverture 9, comprenant par exemple du diazote, de l’argon, du néon, du xénon ou un mélange de ces gaz. Une ouverture 9 vide ou avec un gaz neutre évite que le contenu de l’ouverture 9 n’évolue de sorte que la barrière de potentiel formée par l’ouverture reste constante en fonction du temps.
L’invention concerne également la fabrication d’un dispositif de protection 3 tel qu’illustré par les figures 2 à 16.
Dans un mode de mise en œuvre, la fabrication d’un dispositif 3 comprend dans un premier temps la fourniture de deux couches semiconductrices dopées destinées à former les première et deuxième électrodes 4, 6. Les deux couches sont par exemple réalisées à partir de deux substrats semiconducteurs différents, préférentiellement dopés. Ces couches peuvent être usinées séparément pour former des cavités ou des protubérances telles que décrites ci-après. Les substrats semiconducteurs sont par exemple en silicium dopé. Un renforcement du dopage des zones destinées à être en regard peut être réalisé avant mise en contact des couches (qui formeront les électrodes). Ce renforcement peut être réalisé par implantation.
La fabrication du dispositif comprend également la formation ou le dépôt de la couche isolante 8 sur l’une des deux couches semiconductrices précitées voire sur chacune des deux couches semiconductrices précitées. La couche isolante 8 (ou les sous-couches isolantes formées sur chaque couche semiconductrice) est par exemple réalisée par croissance d’un oxyde thermique (par exemple du SiO2thermique) ou par dépôt chimique (dit « CVD ») ou physique (dit « PECVD ») d’oxyde tel que du SiO2. La formation de la couche isolante 8 est réalisée de sorte que la distance inter-électrode soit inférieure à 5 µm. L’épaisseur de la couche isolante 8 peut alors être limitée à 5 µm.
La fabrication du dispositif 3 comprend également l’aménagement de l’ouverture 9 dans la couche isolante 8 (ou dans chaque sous-couche isolante) pour libérer la couche semiconductrice sur laquelle elle repose. L’aménagement de l’ouverture 9 peut être réalisé par lithographie et gravure sèche ou gravure humide.
La fabrication du dispositif 3 comprend enfin la soudure ou le collage de la couche semiconductrice restante sur la couche isolante 8 de manière à former l’empilement définissant le dispositif 3. La soudure est par exemple réalisée en employant une méthode dite de « silicon fused bondig » en anglais. Le collage peut être réalisé au moyen des forces de Van der Walls entre les couches. Afin de préparer la soudure ou le collage, l’état de surface de la couche semiconductrice à coller peut être préparé par plasma ou au moyen de solutions chimiques afin de rendre sa surface hydrophile. La couche semiconductrice est alors mis en contact avec la couche isolante 8 sous vide ou dans une atmosphère de gaz neutre. Il est préférable que le collage ou la soudure de la couche isolante 8 sur la couche semiconductrice soit réalisé de manière à garantir l’herméticité de l’ouverture 9. Lorsque la couche isolante 8 est réalisée par croissance ou dépôt d’une sous-couche isolante sur chacune des couches semiconductrices, les deux sous-couches isolantes peuvent être mises en contact l’une avec l’autre sous vide ou dans une atmosphère de gaz neutre. Il est également préférable que le collage ou la soudure des deux sous-couches isolantes entre elles soit réalisée de manière à garantir l’herméticité de l’ouverture 9. Le collage ou la soudure est préférentiellement réalisé de manière à garantir une herméticité dans le temps, par exemple pendant 20 ans. Cela garantit de bonnes performances pour le dispositif.
La fabrication du dispositif 3 peut être complétée d’une étape d’initialisation du dispositif 3, visant à rendre ce dernier pleinement fonctionnel. En effet, les étapes précédentes de fabrication, telles que les dépôts ou les gravures, peuvent déposer des espèces sur les surfaces en regard des électrodes 4, 6. L’étape d’initialisation permet alors de nettoyer ces surfaces et d’établir un courant tunnel entre les électrodes 4, 6, de manière reproductible lorsqu’une tension supérieure à la tension seuil est appliquée.
Pour cela, l’étape d’initialisation comprend l’application d’une tension d’initialisation sur les électrodes 4, 6 de sorte que le dispositif 3 passe de l’état bloqué à l’état passant. La tension entre les électrodes 4, 6 est par exemple augmentée graduellement jusqu’à ce que le dispositif 3 passe de l’état bloqué à l’état passant. La tension d’initialisation est atteinte lorsque le dispositif 3 passe dans l’état passant. L’état passant peut être caractérisé par un courant minimum. L’application de la tension d’initialisation entre les électrodes applique un champ électrique sur les espèces qui peuvent influencer l’établissement du courant tunnel. Le passage d’un courant va nettoyer, par exemple thermiquement, physiquement voire chimiquement, les surfaces en regard. Cette initialisation est préférentiellement réalisée au moins une fois. Elle peut être réalisée plusieurs fois pour chasser correctement les espèces gênantes. Toutefois, une seule initialisation suffit généralement à obtenir une tension de seuil stable et qui n’évolue plus dans le temps. L'initialisation n’est pas nécessairement réalisée par l’application graduelle d’une tension jusqu’à rendre le dispositif 3 passant. La tension d’initialisation peut présenter une amplitude prédéfinie telle que le dispositif 3 passe directement dans l’état passant. L’initialisation est ainsi plus rapide. La tension prédéfinie peut être déterminée à partir de dispositifs précédemment initialisés.
LaFIG. 1montre un exemple d’initialisation. Une première rampe 26 en tension est réalisée, ladite tension étant appliquée entre les électrodes 4, 6 d’un dispositif. Lorsque le dispositif 3 devient passant, la tension d’initialisation est atteinte. LaFIG. 1montre plusieurs rampes en tension réalisées sur un même dispositif. Après initialisation de ce dernier (pour une tension d’initialisation proche de 100 V), le dispositif passe de l’état bloqué à l’état passant pour des tensions centrées sur une valeur moyenne correspondant à la tension seuil (environ 32 V).
La première électrode 4 présente préférentiellement une épaisseur h4, mesurée perpendiculairement au plan {X ; Y} inférieure à 1 mm. Elle est par exemple comprise entre 200 µm et 800 µm. De la même manière, la deuxième électrode 6 présente préférentiellement une épaisseur h6 inférieure à 1 mm et par exemple comprise entre 200 µm et 800 µm. De la sorte, l’empilement formé par les deux électrodes 4, 6 et la couche isolante 8 présente une hauteur maximale égale à 2005 µm, c’est-à-dire une hauteur maximale sensiblement égale à 2 mm. Le dispositif de protection 3 présente donc un encombrement vertical réduit. De manière préférée, la hauteur maximale de l’empilement formé par les trois éléments peut être sensiblement comprise entre 400 µm et 1600 µm, présentant ainsi un encombrement davantage réduit.
La première électrode 4 est réalisée à partir d’un premier matériau semiconducteur dopé. Elle est préférentiellement réalisée à partir de silicium dopé. Elle pourrait également être réalisée dans un autre matériau semiconducteur dopé tel qu’un alliage dit « III-V » dopé, comprenant deux matériaux faisant partie des colonnes III et V du tableau périodique des éléments. Il s’agit par exemple d’AsGa ou d’InP. La deuxième électrode 6 est réalisée à partir d’un deuxième matériau semiconducteur dopé. De la même manière que la première électrode 4, elle est préférentiellement réalisée à partir de silicium dopé. Elle pourrait toutefois être réalisée dans un autre matériau semiconducteur dopé tel qu’un alliage III-V. Il est également possible que les première et deuxième électrodes 4, 6 soient réalisées dans des matériaux semiconducteurs différents. Utiliser le même matériau semiconducteur dopé pour les deux électrodes 4, 6 permet toutefois de simplifier la fabrication puisqu’il n’est pas nécessaire d’utiliser des technologies de fabrication différentes. De plus, un même matériau semiconducteur dopé pour les deux électrodes 4, 6 implique une même tension de seuil quel que soit le sens de polarisation du circuit. Ainsi le dispositif résultant permet d’assurer un fonctionnement bidirectionnel du dispositif. Autrement dit, peu importe le sens dans lequel le dispositif 3 est connecté, il fonctionnera de la même manière, les électrodes jouant le rôle de cathode ou d’anode.
Par « même matériau dopé », on entend que les électrodes sont réalisées à partir d’un même élément ou un même alliage d’éléments (par exemple en Si ou InP) et dopées de la même façon (par exemple toutes deux de type N ou de type P et avec un même niveau de concentration).
La première électrode 4 peut être dopée d’un premier type, par exemple de type N ou de type P. La deuxième électrode 6 peut être dopée d’un deuxième type, par exemple de type N ou de type P. De manière préférée, les deux électrodes 4, 6 sont dopées dans un même type, par exemple de type N ou de type P, afin d’assurer un fonctionnement bidirectionnel au dispositif.
Dans un mode de réalisation alternatif, les dopages des première et deuxième électrodes 4, 6 sont de types différents. La première électrode est par exemple dopée de type N et la deuxième électrode est par exemple dopée de type P, ou inversement. La différence de dopage entre les deux électrodes 4, 6 implique une tension de seuil différente selon la polarité de la tension appliquée entre les première et deuxième électrodes 4, 6. Le dispositif 3 présente donc un sens de polarisation préféré, par exemple le sens de polarisation lequel la tension de seuil est la plus basse. Le dispositif est dit « unidirectionnel ».
La limitation du courant peut dépendre des dopages considérés pour les électrodes 4, 6. Dans le cas d’électrodes 4, 6 réalisées à partir d’un même matériau dopé (présentant notamment une même concentration d’impuretés dopantes et un même type de dopage) alors la limitation du courant attendue est bidirectionnelle. C’est à dire qu’elle est identique quel que soit le sens de polarisation de la tension aux bornes du dispositif 3. Autrement dit, le sens de connexion du dispositif n’a pas d’impact sur la limitation du courant.
Dans le cas où les dopages des électrodes 4, 6 sont différents (type de dopage différent et/ou concentration différentes), la limitation de courant attendue peut être différente en fonction de l’électrode considérée dans le mécanisme d’émission. En effet, le dopage a un impact sur la densité et/ou la mobilité des porteurs de charges dans les électrodes. L’émission d’électrons par une électrode peut donc fortement varier si celle-ci est fortement ou, au contraire, faiblement dopée. Des dopages différents pour les électrodes 4, 6 permettent d’ajuster la limitation du courant en fonction du sens de circulation dudit courant.
La première électrode 4 peut être dopée au moyen d’impuretés dopantes telles que le Bore ou le Gallium (par exemple pour avoir une électrode en silicium de type P) ou encore le Phosphore, l’Antimoine ou l’Arsenic (par exemple pour avoir une électrode en silicium de type N). Les impuretés dopantes de la première électrode sont avantageusement présentes avec une concentration comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3. Cette concentration en impureté permet de rendre la première électrode 4 conductrice à fortement conductrice.
La deuxième électrode 6 peut également être dopée au moyen d’impuretés dopantes telles que le Bore, le Gallium, le Phosphore, l’Antimoine ou encore l’Arsenic. Les impuretés dopantes peuvent être présentes avec une concentration comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3. De la même manière que la première électrode 6, cette concentration en impureté permet de rendre la deuxième électrode 6 conductrice à fortement conductrice.
Le dopage des électrodes 4, 6 permet de conduire efficacement le courant électrique. Les électrodes 4, 6, en matériau semiconducteur dopée, même à forte concentration, voire même dégénérées, présentent un intérêt par rapport à des électrodes en métal. Des électrodes en métal ne permettent pas de contrôler efficacement le courant tunnel pour une distance inter-électrode très faible. Les lignes de champ émises par une électrode en métal le sont uniquement depuis la surface de l’électrode en métal. La circulation du courant tunnel tend alors à assister thermiquement la réorganisation de la surface de l’électrode en métal voire vaporiser l’électrode métallique réduisant fortement la distance inter-électrode et la reproductibilité des tensions seuil. Ces vaporisations et réorganisations peuvent également entrainer l’apparition d’un contact direct entre les électrodes, rendant le dispositif inopérable. Les lignes de champ émises par une électrode semiconductrice dopée sont émises par un volume au voisinage de la surface de l’électrode. Cette émission des lignes de champ réduit le risque d’une réorganisation ou vaporisation de l’électrode semiconductrice. Les électrodes semiconductrices conservent alors leur intégrité. Ainsi l’amorçage et le maintien du courant tunnel est facilité et la reproduction de l’effet tunnel possible. Ainsi, le dispositif selon l’invention présente l’avantage de pouvoir être réutilisé. Les dispositifs de protection selon l’art antérieur peuvent être à usage unique et nécessiter un remplacement après chaque écrêtage d’une surtension.
De plus, dans un métal les lignes de champ électriques s’organisent au niveau des surfaces externes du métal, sans pénétrer dans celui-ci (à l’inverse d’un semiconducteur, tel que discuté précédemment). De ce fait, il reste difficile d’obtenir les champs électriques recherchés pour induire une émission par effet de champ ou par effet tunnel car il faut respecter des distances submicroniques pour y parvenir. Si obtenir une telle précision est accessible dans l’industrie de la microélectronique, il est en revanche plus difficile de l’obtenir sans utilisation de moyens précis propres à cette industrie.
Les première et deuxième électrodes 4, 6 peuvent être dopées dans un même type avec des concentrations en impuretés dopantes égales. Alternativement, elles peuvent être dopées dans un même type avec des concentrations en impuretés dopantes différentes.
Dans les modes de réalisation des figures 9 à 16, une première cavité 14 est aménagée dans la première électrode 4. Il s’agit d’une partie de surface réalisée en retrait de la surface normalement prévue pour réaliser une portance. À ce titre la première cavité 14 peut également être appelée « évidement ». Autrement formulé, la première cavité 14 est un volume libre formé dans la première électrode 4 et ne débouchant que sur une seule des faces de ladite première électrode 4. En d’autres termes, la première cavité 14 ne traverse pas de part en part la première électrode 4.
La première cavité 14 communique avec l’ouverture 9. Autrement formulé, la première cavité 14 est mise en regard avec la deuxième électrode 6 à travers l’ouverture 9.
La première cavité 14 dans la première électrode 4 met en retrait la surface de la première électrode 4 (pouvant être appelée « fond » de cavité) en regard avec de la deuxième électrode 6.
La figures 9 montre par exemple que la distance h46 séparant les deux électrodes 4, 6, au niveau de l’ouverture 9 peut être plus importante que l’épaisseur h8 de couche isolante 8. Il est ainsi possible d’utiliser une couche isolante 8 très fine tout en gardant la possibilité d’ajuster la distance h46 entre les électrodes 4, 6.
Dans le mode de réalisation des figures 10, 15 et 16, une deuxième cavité 29 (ou évidement) est aménagée dans la deuxième électrode 6. De la même manière que la première cavité 14, la deuxième cavité 29 communique avec l’ouverture 9.
Les cavités 14, 29 peuvent être réalisées lors de la fabrication du dispositif 3. Elles sont par exemple réalisées avant collage ou soudure des couches semiconductrices sur la couche isolante 8. Elles peuvent être réalisées dans chaque couche semiconductrice par des gravures humides type KOH ou sèches, par exemple par plasma SF6, à travers un masque de gravure.
Le courant tunnel tend à s’établir à l’endroit où les lignes de champ électrique sont les plus concentrées. Les effets de bord que l’on peut observer au voisinage du bord de l’ouverture 9 tendent à concentrer les lignes de champ au bord de l’ouverture 9. Ainsi, sans précaution particulière, le courant tunnel peut s’établir au voisinage de la couche isolante. Toutefois cette dernière peut être détériorée par la forte intensité du courant circulant. Dès lors il convient d’éloigner le courant tunnel de la couche isolante 8 pour le localiser, de préférence, au centre de l’ouverture 9.
Dans les modes de réalisation des figures 9 et 10, la couche isolante 8 est délimitée latéralement par un bord intérieur 15. La première électrode 4 prend préférentiellement appui sur la couche isolante 8 à distance du bord intérieur 15, en retrait par rapport au bord intérieur 15 de la couche isolante. Ainsi, la première cavité 14 débouche en partie sur la couche électriquement isolante 8 et en partie dans l’ouverture 9. Autrement dit, la couche isolante 8 forme un rétrécissement par rapport à la première cavité 14. Ce rétrécissement prend la forme d’une lèvre 16 avançant dans l’espace libre formé par la première cavité 14 et l’ouverture 9. La lèvre 16 est d’autant plus manifeste sur laFIG. 10où elle saille dans le volume formé par les première et deuxième cavités 14, 29 et l’ouverture 9.
Les lignes de champ électrique au bord de la première cavité 14 sont donc contraintes de s’allonger pour contourner la lèvre 16 isolante et atteindre la deuxième électrode 6. Cet allongement des lignes de champ réduit la probabilité qu’un courant par effet tunnel s’établisse au bord de l’entrefer là où il peut être plus difficile à contrôler ou là où il pourrait induire des dommages sur la couche isolante 8.
La lèvre isolante 16 peut s’étendre latéralement par rapport à la première cavité 14 sur une distance de 1 µm.
Dans les modes de réalisation des figures 11 à 16, la première électrode 4 comprend une structuration. Cette structuration est destinée à améliorer la localisation du courant tunnel au centre de l’ouverture 9, là où il sera le moins influencé. La structuration de la première électrode 4 tire notamment partie de la concentration des lignes de champ électrique par effet de pointe.
Dans les figures 11 à 16, la première cavité 14 comprend au moins une première protubérance 17 s’étendant perpendiculairement au plan {X ; Y} et en direction de la deuxième électrode 6. En d’autres termes, il s’agit d’une portion de la première électrode 4 en saillie et s’étendant vers la deuxième électrode 6. Elle permet d’exacerber le champ électrique entre la pointe formée par la première protubérance 17 et la deuxième électrode 6. Autrement dit, chaque première protubérance 17 traverse tout ou partie de la première cavité 14 en s’allongeant vers la deuxième électrode 6. Afin d’assurer l’établissement d’un courant tunnel, chaque première protubérance 17 est alors formée de sorte qu’elle présente une distance h46 (discutée précédemment) avec la deuxième électrode 6, qui soit avantageusement inférieure à 5 µm.
Chaque première protubérance 17 est distante de la deuxième électrode 4 et préférentiellement d’au moins 0,2 µm.
La première électrode 4 peut comprendre une seule première protubérance 17 ou une pluralité de premières protubérances 17 (telle qu’illustrées par les figures 11 à 16).
Les figures 13 et 14 montrent un même mode de réalisation selon une première coupe dite « vue de côté » (FIG. 13) et une deuxième coupe dite « vue de dessus » (FIG. 14). De la même manière les figures 15 et 16 montrent un même autre mode de réalisation selon une vue de côté (FIG. 15) et une vue de dessus (FIG. 16).
Dans les modes de réalisation des figures 11 à 16, chaque première protubérance 17 est distante de la couche isolante 8 et notamment du bord intérieur 15 de la couche isolante 8. Elle présente par exemple une distance d178 avec le bord intérieur 15 supérieure à 5 µm (la distance d178 est illustrée sur laFIG. 14).
Il est avantageux que les protubérances ne soient pas trop étroites auquel cas la concentration de champ à leur apex peut induire l’émission de très fort courants qui peuvent détériorer les protubérances. Pour cela, chaque première protubérance 17 peut présenter une largeur d17, mesurée parallèlement au plan {X ; Y}, préférentiellement supérieure à 5 µm.
Dans les modes de réalisation des figures 13 à 16, la première électrode 4 comprend une pluralité de premières protubérances 17 agencées selon un réseau carré. Afin que les émissions de courant au niveau des protubérances 17 interfèrent peu les unes avec les autres, les premières protubérances 17 sont avantageusement espacées les unes des autres d’une distance d1717 préférentiellement strictement supérieure à 5 µm.
Dans le mode de réalisation des figures 15 et 16, la deuxième électrode 6 comprend également une structuration destinée à favoriser la localisation du courant tunnel au centre de l’ouverture 9. La structuration de la deuxième électrode 6 peut être complémentaire de la structuration de la première électrode 4 ou remplacer intégralement celle-ci.
La structuration de la deuxième électrode 6 comprend au moins une deuxième protubérance 25 s’étendant perpendiculairement au plan {X ; Y} et en direction de la première électrode 4. Chaque deuxième protubérance 25 est avantageusement distante de la première électrode 4 de moins de 5 µm.
La formation des premières et/ou deuxièmes protubérances 17, 25 peut être réalisée par gravure de la ou des électrodes, par exemple au moyen d’un plasma, à travers un masque de gravure. L’ajustement d’une vitesse de gravure et d’un rapport d’aspect du masque de gravure (dite technique « ARDE » pour « Aspect Ratio Dependant Etching ») permet de former les protubérances de hauteur différentielle par voie sèche. Les protubérances 17, 25 peuvent également être formées par gravure par voie humide. Par exemple, la répétition de gravures humides successives avec différents masques permet de creuser les électrodes tout en conservant des protubérances.
Dans les modes de réalisation des figures 12, 15 et 16, le dispositif de protection comprend au moins une couche isolante additionnelle 28 disposée sur une extrémité d’une première protubérance 17 ou disposée sur une extrémité d’une deuxième protubérance 25. Chaque protubérance présente deux extrémités : une première extrémité, dite « pied » ou « base », en contact avec la première électrode 4 ; et une deuxième extrémité, opposée à la base et dite « tête » ou encore extrémité « distale ».
En particulier chaque couche isolante additionnelle 28 s’étend contre la tête d’une première ou d’une deuxième protubérance 17, 25. Elle recouvre alors au moins une partie de la tête d’une protubérance 17, 25. Ce recouvrement forme un masquage de la tête d’une protubérance qui contraint les lignes de champ électrique à contourner la couche additionnelle 28. Ce contournement plus ou moins prononcé, selon que la couche additionnelle 28 masque une grande partie de la tête de la protubérance, permet d’exacerber plus ou moins fortement la concentration des lignes de champ électrique et ajuster ainsi les conditions d’établissement d’un courant tunnel.
Dans les modes de réalisation des figures 15 et 16, chaque couche isolante additionnelle 28 s’étend depuis une protubérance jusqu’à la deuxième électrode 6. Elle peut s’étendre jusqu’à une protubérance de la deuxième électrode 6 s’il y a lieu. Les couches isolantes additionnelles 28 peuvent être plus larges que les protubérances 17 de manière à masquer complètement l’extrémité libre des protubérances 17. Les couches additionnelles peuvent par exemple présenter une largeur d28 strictement supérieure à la largeur d17 des protubérances 17. Leur largeur d28 est par exemple comprise dans la plage d17 + 1 µm à d17 + 2 µm.
Les couches isolantes additionnelles 28 de laFIG. 16sont agencées selon un réseau carré. Elles sont par exemple espacées les unes des autres d’une distance d2828 pouvant être supérieure ou égale à 5 µm. Toutefois si les couches additionnelles sont plus proches les unes des autres, elles peuvent participer à la concentration des lignes de champ électrique. Il est toutefois nécessaire qu'un espace entre les couches additionnelles 28 puisse permettre aux électrodes d’être en regard.
Les couches additionnelles 28 sont préférentiellement éloignées de la couche isolante 8, par exemple d’une distance d288 supérieure ou égale à 5 µm.
Chaque couche isolante additionnelle 28 peut être obtenue par dépôt de SiO2 ou SiN et gravure partielle de cette couche.
Dans les modes de réalisation des figures 13 et 14, la structuration de la première électrode 4 comprend une tranchée périphérique 23 visant à réduire l’établissement d’un courant tunnel au voisinage de la couche isolante sans pour autant recourir à une lèvre isolante 16 (même si l’utilisation d’une lèvre isolante 16 est compatible). La tranchée périphérique 23 augmente le volume de la première cavité 14, au voisinage de la couche isolante 8. La première cavité 14 est par exemple délimitée par un bord intérieur 22 qui peut être aligné avec le bord intérieur 15 délimitant l’ouverture 9. La tranchée périphérique 23 forme alors une tranchée creusée dans la première électrode 4 et longeant le bord intérieur 22 de la première cavité 14. La tranchée périphérique 23 augmente donc la distance entre les deux électrodes 4, 6, au voisinage de la couche isolante 8, de manière à réduire le risque d’établissement d’un courant tunnel à cet endroit.
La tranchée périphérique 23 peut présenter un fond présentant une largeur d23. Ladite largeur est par exemple mesurée depuis le bord intérieur 22 de la première cavité (ou depuis le bord intérieur 15 de la couche isolante 8). Le fond de la tranchée périphérique 23 préférentiellement distant de la deuxième électrode 6 d’une hauteur h23, mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), compris entre deux fois la largeur d23 de la tranchée périphérique 23 et de deux à dix fois la largeur d23 de la tranchée périphérique 23.
Dans le mode de réalisation de laFIG. 15, une tranchée périphérique 23 est également pratiquée dans la deuxième électrode 6.
Dans les modes de réalisation des figures 2 à 16, le dispositif de protection 3 comprend une première couche conductrice 12 et une deuxième couche conductrice 13. La première couche conductrice 12 est électriquement connectée à la première électrode 4. De manière similaire, la deuxième couche conductrice 13 est électriquement connectée à la deuxième électrode 6. Ces couches conductrices 12, 13 forment les bornes du dispositif de protection 3 sur lesquelles est appliquée la tension électrique à écrêter. Il s’agit, en d’autres termes, des contacts électriques du dispositif 3.
Les couches conductrices peuvent être réalisées en argent, en or, en aluminium, en nickel, en platine, en palladium, en tungstène ou dans un alliage de ces matériaux. Elles présentent avantageusement une épaisseur inférieure à 30 µm. Elles peuvent être formées par exemple par évaporation, pulvérisation ou encore croissance électrolytique.
La première couche conductrice 12 s’étend avantageusement contre la première électrode 4, en contact électrique avec celle-ci. La première électrode présente par exemple une première partie 10, dite « partie supérieure », et une deuxième partie 5, dite « partie inférieure », opposée, par rapport au plan {X ; Y}, à sa partie supérieure 10. Les termes « supérieur » et « inférieur » sont pris en référence aux figures. L’orientation de la première électrode 4 est telle que la couche isolante 8 est en contact avec la partie inférieure 5 de la première électrode 4. Une portion de la partie inférieure 5 de la première électrode 4 est donc en regard de la deuxième électrode 6 à travers l’ouverture 9 de la couche isolante 8.
Dans les modes de réalisation des figures 2 à 16, la première couche conductrice 12 s’étend au contact de la partie supérieure 10 de la première électrode 4. Ainsi, la première électrode 4 est prise en sandwich entre la couche isolante 8 et la première couche conductrice 12.
La deuxième couche conductrice 13 s’étend avantageusement contre la deuxième électrode 6 et en contact électrique avec celle-ci. La deuxième électrode peut présenter, de manière similaire à la première électrode 4, une première partie 7, dite « partie supérieure », et une deuxième partie 11, dite « partie inférieure », opposée, par rapport au plan {X ; Y}, à sa partie supérieure 7. L’orientation de la deuxième électrode 6 est telle que la couche isolante 8 est en contact avec la partie supérieure 7 de la deuxième électrode 6.
Dans les modes de réalisation des figures 2, 3 et 6 à 16, la deuxième couche conductrice 13 s’étend au contact de la partie inférieure 11 de la deuxième électrode 6. Ainsi, la deuxième électrode 6 est prise en sandwich entre la couche isolante 8 et la deuxième couche conductrice 13. Plus particulièrement, dans ces figures c’est l’empilement de couches 4, 6, 8 entier qui est pris en sandwich entre les première et deuxième couches conductrices 12, 13.
Ce mode de connexion avec les couches conductrices 12, 13 ne contraint pas l’étendue des électrodes 4, 6 ou de la couche isolante parallèlement au plan {X ; Y}.
LaFIG. 4présente un mode de réalisation alternatif dans lequel, la deuxième couche conductrice 13 s’étend au contact de la partie supérieure 7 de la deuxième électrode 6. La deuxième électrode 6 n’est pas prise en sandwich. Au lieu de cela, la couche isolante 8 et la deuxième couche conductrice 13 s’étendent toutes deux sur la deuxième électrode 6. Il est toutefois avantageux, dans ce mode de réalisation, que la deuxième couche conductrice 13 ne soit pas placée trop proche de l’ouverture 9. Elle est préférentiellement placée à une distance de l’ouverture 9 supérieure à 200 µm, par exemple comprise 200 µm et 1000 µm et de manière préférée entre 200 µm et 800 µm (équivalent à la gamme d’épaisseur de la deuxième électrode 6).
LaFIG. 5présente une variante du mode de réalisation de laFIG. 4. Dans ce mode de réalisation, un épaulement 20 est aménagé dans la deuxième électrode 6, depuis la partie supérieure 7 de la deuxième couche 6. Par « épaulement », on entend un dégagement pratiqué sur un bord la deuxième électrode 6, depuis la partie supérieure 7 de l’électrode 6, en laissant libre une surface qui s’étend parallèlement au plan {X ; Y}. L’épaulement 20 peut également être appelé « embase ». LaFIG. 5montre une deuxième électrode 6 délimitée latéralement pour laquelle l’épaulement suit le bord de la deuxième électrode 6 en faisant le tour de la couche isolante 8. La deuxième électrode 6 pourrait toutefois s’étendre de manière continue dans le plan {X ; Y}. Dans ce cas-là, l’épaulement 20 résulterait plutôt d’une tranchée à fond plat pratiquée dans la deuxième électrode 6 et entourant par exemple au moins en partie la couche isolante 8.
Dans le mode de réalisation de laFIG. 5, la deuxième couche conductrice 13 s’étend au contact de l’épaulement 20 (ou au contact du fond de la tranchée à fond plat telle que discutée plus haut).
L’épaulement 20 permet de rapprocher latéralement la deuxième couche conductrice 13 de la couche isolante 8. Cette configuration permet ainsi de réduire l’encombrement latéral du dispositif 3. Elle permet également de réduire la concentration des lignes de champ électrique au voisinage de la couche isolante 8. En effet, un fort champ électrique appliqué à travers une portion de la couche isolante 8 pourrait induire un claquage à travers ladite couche isolante 8, pouvant détériorer cette dernière.
La profondeur h20 de l’épaulement 20, mesurée perpendiculairement au plan {X ; Y} est préférentiellement supérieure à 50 µm.
Les modes de réalisation des figures 4 et 5 montrent que le dispositif de protection 3 peut comprendre deux deuxièmes couches conductrices 13 s’étendant de part et d’autre de la couche isolante 8 et en particulier de l’ouverture 9 de cette dernière.
Dans une variante des modes de réalisation des figures 4 et 5, les première et deuxième électrodes 12, 13 peuvent être permutées. La première couche conductrice 12 peut par exemple s’étendre contre la partie inférieure 5 de la première électrode 4. La première couche conductrice 12 peut également s’étendre contre un épaulement pratiqué dans la première électrode 4, depuis la partie inférieure 5 de ladite première électrode 4.
De manière commune aux modes de réalisation des figures 2 à 16, la première électrode 4 et la couche isolante 8 sont délimitées par un flanc extérieur 19, commun aux deux éléments. Ce flanc extérieur 19 est par exemple obtenu par gravure sèche au moyen d’un plasma ou humide en accord avec les matériaux à graver.
Dans les modes de réalisation des figures 4 et 5, ce flanc 19 permet de disposer les deuxièmes couches conductrices 13 au voisinage de la couche isolante 8.
Dans les modes de réalisation des figures 2 à 3 et 6 à 16, la deuxième électrode 6 est également délimitée par le flanc extérieur 19, commun avec la première électrode 4 et la couche isolante 8. Ce flanc extérieur 19, sur toute la hauteur du dispositif 3 est par exemple obtenu par sciage au moyen d’une meule, par découpe laser ou par gravure anisotrope au moyen d’un plasma.
Dans ces modes de réalisation, la délimitation du dispositif 3 est réalisée de sorte qu’il présente une forme parallélépipédique. Cette délimitation pourrait être réalisée pour que le dispositif 3 présente une forme différente, telle qu’une forme circulaire.
La délimitation de la couche isolante 8 est réalisée de sorte qu’une distance d8, entre le flanc extérieur 19 et l’ouverture 9, soit supérieure à 5 µm et préférentiellement supérieure ou égale à 50 µm. Ladite distance d8 est mesurée parallèlement au plan {X ; Y}. Une distance d8 suffisante permet de conserver une étanchéité adaptée de l’ouverture 9. Ainsi, la probabilité que des espèces extérieures rentrent et polluent l’espace entre les électrodes 4, 6 est minimale. La reproductibilité du courant tunnel s’en trouve améliorer.
Le dispositif 3 peut présenter une largeur extérieure (mesurant l’étendue latérale du flanc extérieure 19) comprise entre 1 mm et 10 mm. Le dispositif 3 peut présenter une longueur extérieure comprise entre 1 mm et 10 mm. Les largeur et longueur extérieures du dispositif sont préférentiellement choisies en fonction des largeur et longueur de l’ouverture 9, de sorte que la distance d8 séparant le flanc extérieur 19 soit toujours suffisamment loin de l’ouverture 9 et garantisse l’étanchéité de cette dernière.
Dans les modes de réalisation des figures 7 et 8, le dispositif 3 comprend une couche isolante complémentaire 27, s’étendant entre les deux électrodes 4, 6 et entourant au moins en partie la couche isolante 8. La couche isolante complémentaire 27 s’étend par exemple contre la partie inférieure 5 de la première électrode 4 et contre la partie supérieure 7 de la deuxième électrode 6. La couche isolante complémentaire 27 fournit un support aux première et deuxième électrodes 4, 6 qui peuvent ainsi s’étendre au-delà de la couche isolante 8. Les bords extérieurs des électrodes 4, 6 (c’est-à-dire les bords localisés au niveau du flanc extérieur 19) sont donc éloignés de la couche isolante 8. Un claquage entre les électrodes 4, 6 se produisant au niveau des bords des électrodes 4, 6 est donc distant de la couche isolante 8. L’intégrité de la couche isolante 8 est donc préservée. La couche isolante complémentaire 27 est préférentiellement mise en œuvre lorsque le dispositif 3 est délimité latéralement par un flanc extérieur 19.
La couche isolante complémentaire 27 est formée à partir d’un matériau isolant à faible constante diélectrique (dit matériau « low-k » en anglais). Il s’agit par exemple de parylène.
Dans le mode de réalisation de laFIG. 8, le dispositif 3 comprend un revêtement isolant 18 s’étendant au moins contre le flanc extérieur 19 de la première électrode 4 et de la deuxième électrode 6. Le revêtement isolant 18 permet de réduire le risque qu’un court-circuit ne se produise entre les deux électrodes 4, 6, à l’extérieur de l’ouverture 9. Préférentiellement, le revêtement isolant 18 s’étend de manière continue entre le flanc extérieur 19 de la première électrode 4 et le flanc extérieur 19 de la deuxième électrode 6. De manière encore préférée et telle qu’illustrée par laFIG. 8, le revêtement isolant 18 recouvre également un bord de la première couche conductrice 12 et un bord de la deuxième couche conductrice 13. Une portion des première et deuxième couches conductrices 12, 13 doit toutefois être préférentiellement laissée libre de manière à pouvoir contacter ces couches 12, 13.
Le revêtement isolant 18 est également formée à partir d’un matériau isolant à faible constante diélectrique tel que le parylène.
Les couches ou revêtement en matériaux à faible constante diélectrique sont par exemple formées par dépôt par voie chimique.
Dans le mode de réalisation de laFIG. 6, le dispositif de protection 3 comprend au moins une première couche mince isolante 21. Ladite première couche mince isolante 21 est insérée dans la première électrode 4. Elle s’étend par exemple parallèlement au plan {X ; Y}. Elle peut être insérée entre deux portions de la première électrode 4. La première couche mince isolante 21 peut présenter une épaisseur, mesurée perpendiculairement au plan {X ; Y}, comprise entre 1 nm et 10 nm. Son rôle est d’améliorer la capacité d’isolement électrique du dispositif 3 lorsqu’il est soumis à des courants ou des tensions continus ou basse fréquence. De la sorte, il permet de bloquer les courants de fuite continus ou basse fréquence, pouvant provenir du composant à protéger. Selon une variation, la première couche isolante supplémentaire 21 s’étend contre la première électrode 4, en contact électrique avec cette dernière. La première couche conductrice 12 peut alors s’étendre au contact de la première couche isolante supplémentaire 21.
Le dispositif 3 peut comprendre une deuxième couche mince isolante 21 s’étendant au sein de la deuxième électrode 6 ou au contact de cette dernière.
Les couches minces isolantes 21 peuvent être formées en même temps que les électrodes 4, 6, par exemple en utilisant un substrat de type semiconducteur sur isolant (dit « SOI ») lors de la fabrication du dispositif 3. Alternativement, ces couches mince 21 peuvent être formées par implantation ou par diffusion.
L’invention concerne également un système 30 de protection pour un composant électronique. Différents modes de réalisation dudit système 30 sont illustrés par les figures 17, 19 à 22. Dans laFIG. 17, il s’agit d’un système 30 simplifié. Dans les figures 19 à 22, il s’agit d’un système 30 comprenant plus d’éléments et connecté au sein d’un circuit électronique.
De manière commune aux modes de réalisation des figures 17 et 19 à 21, le système de protection 30 comprend au moins deux couches conductrices 12, 13, par exemple au moins une première couche conductrice 12 et au moins une deuxième couche conductrice 13. Les couches conductrices 12, 13 forment les zones de contact du système 30. Autrement dit, les premières et deuxièmes couches conductrices 12, 13 forment les anodes et les cathodes du système 30. Les couches conductrices 12, 13 sont par exemple des couches métalliques en contact ohmique avec les électrodes en silicium.
Les couches conductrices 12, 13 reprennent la même convention de nommage que les couches conductrices décrites en référence aux dispositifs 3 des figures 2 à 16.
Le système 30 comprend également une pluralité de dispositifs de protection 3 tels que ceux décrits précédemment. Dans les modes de réalisation des figures 17 et 19 à 21, les dispositifs de protection 3 diffèrent des modes de réalisation présentés précédemment en ce que les ouvertures 9 pratiquées dans les couches isolantes ne sont pas complètement fermées. En effet, les modes de réalisation des figures 2 à 16 montrent des dispositifs 3 pour lesquels l’atmosphère dans l’ouverture 9 (pouvant être du vide ou un gaz neutre) est maintenue grâce à un scellement étanche des électrodes 4, 6 contre la couche isolante. Dans les modes de réalisation des figures 17 et 19 à 21, le vide ou l’atmosphère de gaz neutre est maintenu grâce à une encapsulation du système qui n’est pas représenté sur les figures. Les ouvertures 9 n’ont donc pas besoin d’être fermées.
Les dispositifs 3 des figures 17 et 19 à 22 correspondent par exemple aux dispositifs 3 des figures 2 à 16 sectionnés selon un plan perpendiculaire au plan des couches. Chaque dispositif 3 des figures 17 et 19 à 22 correspond alors un demi-dispositif 3 des figures 2 à 16.
Les dispositifs de protection 3 sont répartis de manière à former une pluralité de chaînes 31 de dispositifs dites « chaînes de protection ». Chaque chaîne de protection 31 peut comprendre un seul dispositif 3 ou une pluralité de dispositifs 3. Au sein de chaque chaîne 31, les dispositifs 3 sont électriquement connectés en série. Par électriquement connecté en série, on entend une connexion entre une deuxième électrode 6 d’un premier dispositif 3 et une première électrode 4 d’un deuxième dispositif 3. De la sorte, une première électrode 4 d’un premier dispositif 3 extrémal forme une extrémité de la chaîne 31 et une deuxième électrode 6 d’un deuxième dispositif extrémal de la chaîne 31 forme une autre extrémité de la chaîne 31. Dans le cas où une chaîne ne comprend qu’un seul dispositif 3, les première et deuxième électrodes 4, 6 dudit dispositif 3 forme les extrémités de la chaîne 31.
Les couches conductrices 12, 13 sont connectées deux à deux à une des chaînes 31 de dispositifs. Les couches conductrices 12, 13 et les chaînes de protection 31 forment ainsi une guirlande de couches conductrices 12, 13 jointes par des chaînes de protection 31.
Le système 30 forme ainsi un assemblage de dispositifs 3. Selon les paires de couches conductrices connectées, il est possible de connecter une ou plusieurs chaînes en série et/ou en parallèle (une connexion parallèle peut être obtenue en court-circuitant dans les chaînes, par exemple en les connectant de sorte que les extrémités des deux chaînes 31 soient connectées deux à deux). Une connexion série ajoute les tensions de seuil des dispositifs 3 formant les chaînes 31. Une connexion parallèle ajoute les courants limites des dispositifs 3 formant les chaînes 31. La tension de seuil et/ou le courant limite peuvent ainsi être adaptés à l’utilisation qui est visée. La configuration de ces associations parallèle ou série des chaînes peut se faire par l’intermédiaire d’un boîtier d’encapsulation externe de la structure 30.
LaFIG. 18montre des exemples des caractéristiques I-V pouvant être obtenues au moyen d’un même système de protection 30. Ces caractéristiques sont obtenues en connectant différentes couches conductrices 12, 13. Elles permettent par exemple de connecter une chaîne 31, deux chaînes 31 en série et trois chaînes 31 en série. La tension de seuil totale augmente ainsi à chaque ajout d’une chaîne 31 en série.
Pour former une chaîne 31, dont les dispositifs 3 sont connectés en série, les dispositifs 3 d’une même chaîne 31 peuvent être disposés les uns sur les autres, formant un empilement de dispositifs. Dans les modes de réalisation des figures 17 et 19 à 22, les dispositifs 3 sont bidirectionnels. C’est-à-dire que la tension de seuil de chaque dispositif ne dépend pas du sens de polarisation de la tension appliquées sur ses électrodes 4, 6. Les électrodes 4, 6 des dispositifs connectés les uns aux autres présentent par exemple des dopages de même type. Les électrodes 4, 6 entre deux dispositifs sont donc mutualisées. Deux électrodes 4, 6 de deux dispositifs 3 connectés en série forment par exemple une seule et même couche. Les chaînes 31 de dispositifs peuvent ainsi présenter un encombrement réduit.
Les dispositifs 3 de chaque chaîne 31 peuvent être empilés les uns sur les autres de manière à former des chaînes orientées perpendiculairement au plan des couches. Cet agencement permet de disposer les chaînes 31 les unes à côté des autres. Elles sont par exemple disposées côte à côte deux à deux. Elles peuvent également être agencées selon un réseau carré ou rectangulaire en étant disposées les unes à côté des autres.
Les chaînes 31 de dispositifs sont préférentiellement connectées en série entre elles. Les couches conductrices 12, 13 peuvent servir de connexions électriques entre les chaînes 31.
Deux dispositifs 3 appartenant à des chaînes 31 différentes mais adjacentes peuvent partager des couches en commun. Ils peuvent par exemple partager une même couche pour former une électrode. Il peut s’agir d’une même première électrode 4 (par exemple tel qu’illustré sur les modes de réalisation des figures 18 à 20) ou d’une même deuxième électrode 6. Les couches pouvant être communes sont préférentiellement les couches en contact avec une des couches conductrice 12, 13.
L’utilisation d’une couche commune entre deux chaînes 31 permet de réduire davantage l’encombrement du système 30. En effet, il n’est pas nécessaire de recourir à un moyen de connexion complémentaire pour réaliser la connexion électrique des chaînes entre elles.
Deux dispositifs 3 appartenant à des chaînes différentes mais adjacentes peuvent également partager une même couche isolante. Cette couche isolante sépare les électrodes 4, 6 d’un premier dispositif 3 et s’étend jusqu’à un deuxième dispositif 3 pour séparer ses électrodes 4, 6. Ainsi, deux ouvertures 9 peuvent être pratiquées dans une même couche isolante 8.
L’invention concerne en outre un circuit électronique comprenant un système de protection 30 et un composant électronique C1 à protéger. Différents modes de réalisation dudit circuit sont illustrés par les figures 19 à 22.
De manière commune aux modes de réalisation des figures 19 à 21, le premier composant électronique C1 comprend une première borne 32 et une deuxième borne 33. Le système de protection 30 comprend douze dispositifs 3 répartis entre six chaînes de protection 31. Le système de protection 30 comprend également sept couches conductrices 12, 13 connectées au moyen des six chaînes 31.
Dans ces modes de réalisation le système de protection 30 est connecté en parallèle entre les première et deuxième bornes 32, 33 du composant C1. Une première couche conductrice 12 est connectée à la première borne 32 et une deuxième couche conductrice 13 est connectée à la deuxième borne 32.
Dans laFIG. 19, les première et deuxième bornes 32, 33 du composant C1 sont connectées en parallèle avec une seule chaîne de protection 31. Dans laFIG. 20, les première et deuxième bornes 32, 33 du composant C1 sont connectées en parallèle des six chaînes de protection 31, lesdites chaînes 31 étant connectées en série. Enfin, dans laFIG. 21, les première et deuxième bornes 32, 33 du composant C1 sont connectées en parallèle de trois chaînes de protection 31, connectées en série. Pour chacune des figures 19 à 21, un exemple de chemin emprunté par un courant électrique lorsque les dispositifs 3 sont passants est représenté en pointillés.
Dans le mode de réalisation de laFIG. 21, le circuit électronique comprend en outre un deuxième composant électronique C2 à protéger. Ce deuxième composant C2 comprend une troisième borne 34 et une quatrième borne 35. Dans les modes de réalisation des figures 19 et 21, le système de protection 30 est également connecté en parallèle entre les troisième et quatrième bornes 34, 35 du deuxième composant C2. Dans le mode de réalisation de laFIG. 19, le deuxième composant C2 est connecté en parallèle d’une seule chaîne de protection 31 tandis que dans le mode de réalisation de laFIG. 21, le deuxième composant C2 est connecté en parallèle de trois chaînes de protection 31, lesdites chaînes 31 étant connectées en série.
LaFIG. 22représente un autre mode de réalisation du circuit électronique. À la différence des circuits des figures 19 à 21, le circuit comprend un système de protection 30’ supplémentaire. Dans ce mode de réalisation, les deux systèmes de protection 30, 30’ sont similaires au système 30 de laFIG. 17en ce qu’ils comprennent chacun deux chaînes de protection 31, comprenant chacune deux dispositifs 3.
Dans laFIG. 22, les deux systèmes de protection 30, 30’ sont connectés en série entre un potentiel VINet une masse. Le système de protection 30’ supplémentaire est connecté de sorte que ses deux chaînes de protection 31 soient en série entre le potentiel VINet la masse. Le système de protection 30 est connecté de sorte que ses deux chaînes de protection 31 soient connectées en parallèle. En particulier ses deux premières couches conductrices 12 sont connectées l’une à l’autre.
Le composant électronique C1 est connecté en parallèle du système de protection 30. Les première et deuxième bornes 32, 33 du composant C1 sont respectivement connectées aux premières couches conductrices 12 et à la deuxième couche conductrice 13 du système de protection 30. Ainsi, le composant C1 est connecté en parallèle des deux chaînes de protection 31 du système de protection 30.
Le système de protection 30’ supplémentaire permet ainsi de limiter le courant circulant entre le potentiel VINet la masse. Il permet de la sorte de limiter le courant circulant dans le composant C1. Le système de protection 30 permet d’écrêter la tension aux bornes 32, 33 du composant C1.

Claims (10)

  1. Dispositif de protection (3) pour composant électronique caractérisé en ce qu’il comprend : une première couche semiconductrice (4) dopée, dite « première électrode », s’étendant parallèlement à un plan ({X ; Y}) ; une deuxième couche semiconductrice (6) dopée, dite « deuxième électrode », s’étendant également parallèlement au plan ({X ; Y}) ; une couche isolante (8) séparant la première électrode (4) de la deuxième électrode (6), une ouverture (9) étant aménagée dans la couche isolante (8) pour mettre en regard les première et deuxième électrodes (4, 6), une distance (h46) séparant la première électrode de la deuxième électrode, mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), étant inférieure à 5 µm.
  2. Dispositif de protection (3) selon la revendication 1, comprenant en outre une première cavité (14) aménagée dans la première électrode (4) et communicant avec l’ouverture (9).
  3. Dispositif de protection (3) selon la revendication 2, dans lequel l’ouverture (9) dans la couche isolante (8) est délimitée latéralement par un bord (15) ; et dans lequel la première électrode (4) prend appui sur la couche électriquement isolante (8) à distance du bord (15) de l’ouverture (9) de sorte que la couche électriquement isolante (8) forme une lèvre (16) s’étendant entre la première cavité (14) et la deuxième électrode (6).
  4. Dispositif de protection (3) selon l’une des revendications 2 ou 3, dans lequel la première électrode (4) comprend une première protubérance (17) s’étendant dans la première cavité (14) en direction de la deuxième électrode (6) ; et dans lequel la première protubérance (17) est distante de la deuxième électrode (6) d’une distance, mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), inférieure à 5 µm.
  5. Dispositif de protection (3) selon la revendication 4, dans lequel la première protubérance (17) présente une extrémité libre en regard de la deuxième électrode (6) ; et dans lequel le dispositif de protection (3) comprend une couche isolante additionnelle (28) s’étendant contre l’extrémité libre de la première protubérance (17), masquant au moins une partie de l’extrémité libre de ladite au moins une première protubérance (17).
  6. Dispositif de protection (3) selon l’une des revendications 2 à 5, comprenant en outre une deuxième cavité (29) aménagée dans la deuxième électrode (6) et communicant avec l’ouverture (9) ; et dans lequel la deuxième électrode (6) comprend une deuxième protubérance (25) s’étendant dans la deuxième cavité (29) perpendiculairement au plan ({X ; Y}), en direction de la première électrode (4) ; et dans lequel la deuxième protubérance est distante de la première électrode (4) d’une distance, mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), inférieure à 5 µm.
  7. Dispositif de protection (3) selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel une tranchée périphérique (23) s’étendant perpendiculairement au plan ({X ; Y}) est pratiquée dans la première électrode (4), la tranchée périphérique (23) comprenant un fond présentant une largeur (d23), mesurée parallèlement au plan ({X ; Y}), ledit fond étant distant de la deuxième électrode d’une hauteur (h23), mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), comprise entre deux fois et dix fois la largeur (d23) de la tranchée périphérique (23).
  8. Dispositif de protection (3) selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel la première couche semiconductrice dopée (4) présente une concentration en impuretés dopantes comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3; et dans lequel la deuxième couche semiconductrice dopée (6) présente une concentration en impuretés dopantes comprise entre 1·1017at/cm3et 1·1022at/cm3.
  9. Dispositif de protection (3) selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel la première électrode (4) et/ou la deuxième électrode (6) comprend, en son sein, une couche mince isolante (21) s’étendant parallèlement au plan ({X ; Y}) et présentant une épaisseur, mesurée perpendiculairement au plan ({X ; Y}), comprise entre 1 nm et 10 nm.
  10. Procédé de fabrication d’un dispositif de protection (3) pour composant électronique, comprenant : la fourniture d’une première couche semiconductrice (4) dopée, dite « première électrode » ; la fourniture d’une deuxième couche semiconductrice (6) dopée, dite « deuxième électrode » ; la formation d’au moins une couche isolante (8) en contact avec la première électrode (4) ; l’aménagement d’une ouverture (9) dans ladite au moins une couche isolante (8) pour exposer la première électrode (4), la soudure ou le collage de la deuxième électrode (6) sur ladite au moins une couche isolante (8) de sorte que les première et deuxième électrodes (4, 6) sont en regard à travers l’ouverture (9) de ladite au moins une couche isolante (8) et qu’une distance séparant la première électrode de la deuxième électrode après l’étape de soudure ou de collage est inférieure à 5 µm.
FR2404563A 2024-04-30 2024-04-30 Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés Pending FR3161815A1 (fr)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2404563A FR3161815A1 (fr) 2024-04-30 2024-04-30 Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés
PCT/FR2025/050361 WO2025229279A1 (fr) 2024-04-30 2025-04-28 Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2404563A FR3161815A1 (fr) 2024-04-30 2024-04-30 Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés
FR2404563 2024-04-30

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3161815A1 true FR3161815A1 (fr) 2025-10-31

Family

ID=93211637

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2404563A Pending FR3161815A1 (fr) 2024-04-30 2024-04-30 Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés

Country Status (2)

Country Link
FR (1) FR3161815A1 (fr)
WO (1) WO2025229279A1 (fr)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2334627A (en) * 1998-02-21 1999-08-25 Mitel Corp A vertical spark gap assembly
KR100781487B1 (ko) 2006-07-18 2007-12-03 문학범 높은 써지 내량 과 빠른 반응 속도를 갖는 과전압 보호 칩
US20120236450A1 (en) 2011-03-14 2012-09-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Esd protection device and method for producing the same
US20130321969A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Northrop Grumman Systems Corporation Integrated micro-plasma limiter
US20140028192A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Infineon Technologies Ag Field Emission Devices and Methods of Making Thereof
US20140240878A1 (en) 2011-11-01 2014-08-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Esd protective device
US9380688B1 (en) * 2015-12-31 2016-06-28 International Business Machines Corporation Air gap electrostatic discharge structure for high speed circuits

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2334627A (en) * 1998-02-21 1999-08-25 Mitel Corp A vertical spark gap assembly
KR100781487B1 (ko) 2006-07-18 2007-12-03 문학범 높은 써지 내량 과 빠른 반응 속도를 갖는 과전압 보호 칩
US20120236450A1 (en) 2011-03-14 2012-09-20 Murata Manufacturing Co., Ltd. Esd protection device and method for producing the same
US20140240878A1 (en) 2011-11-01 2014-08-28 Murata Manufacturing Co., Ltd. Esd protective device
US20130321969A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 Northrop Grumman Systems Corporation Integrated micro-plasma limiter
US20140028192A1 (en) * 2012-07-25 2014-01-30 Infineon Technologies Ag Field Emission Devices and Methods of Making Thereof
US9380688B1 (en) * 2015-12-31 2016-06-28 International Business Machines Corporation Air gap electrostatic discharge structure for high speed circuits

Also Published As

Publication number Publication date
WO2025229279A1 (fr) 2025-11-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR2976123A1 (fr) Structure semiconductrice destinee a emettre de la lumiere et procede de fabrication d'une telle structure
EP2795685B1 (fr) Procede de fabrication d'un micro- ou nano- fil semiconducteur, structure semiconductrice comportant un tel micro- ou nano- fil et procede de fabrication d'une structure semiconductrice
EP0236189B1 (fr) Structure semi-conductrice monolithique d'un transistor bipolaire à hétérojonction et d'un laser
EP3782205A1 (fr) Dispositif optoelectronique a diode contrainte en tension par effet piezoelectrique inverse
EP3577683A1 (fr) Structure pour application radiofréquence
FR3075468A1 (fr) Procede de fabrication d'un dispositif optoelectronique par report d'une structure de conversion sur une structure d'emission
EP2865017B1 (fr) Structure semiconductrice comportant une zone absorbante placée dans une cavité focalisante
WO2022185014A1 (fr) Condensateur comprenant un empilement de couches en materiau semi-conducteur a large bande interdite
FR3161815A1 (fr) Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés
FR3161816A1 (fr) Dispositif de protection pour composant électronique, système de protection et circuit électronique associés
EP3594997B1 (fr) Procede de fabrication d'au moins une structure semiconductrice comportant une etape de separation vis-a-vis du substrat de croissance
WO2017051005A1 (fr) Photodétecteur comprenant un empilement de couches superposées
WO2021063750A1 (fr) Dispositif de propulsion ionique
EP3836235B1 (fr) Procede de realisation d'une couche de materiau structuree
EP3552254A1 (fr) Procede de formation d'un empilement et empilement
EP4379821B1 (fr) Démodulateur photonique assisté par courant à performances ameliorées comportant des électrodes intermédiaires
EP4254520B1 (fr) Diode electroluminescente a injection electrique optimisee depuis une electrode laterale
EP2816679B1 (fr) Dispositif d'émission laser à modulateur de lumière intégré
EP3648346A1 (fr) Circuit de polarisation d'un composant de puissance
EP2423929A1 (fr) Dispositif à contact intermittent amélioré par diélectrophorèse
EP4148919B1 (fr) Procede de fabrication d'une diode semiconductrice par gravures seche et humide
EP4136681A1 (fr) Procédé de fabrication d'un dispositif émetteur de rayonnement
WO2017032955A1 (fr) Matrice de photodiodes a cathodes isolees
FR2820891A1 (fr) Laser semi conducteur a ruban enterre et procede de fabrication
WO2019158430A1 (fr) Dispositif à semi-conducteur avec structure de passivation des surfaces recombinantes

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20251031

PLFP Fee payment

Year of fee payment: 3