Brevet FR2007532A1 — publié le 19700109

f v - i 2007532 On sait utiliser, pour la protection, de générateurs ou de composants semi-conducteurs monocristaïlins comportant une ou plusieurs fonctions pn (redresseurs, portes) des éléments de dérivation de surtensions qui se composent d'une ou de plusieurs 5 plaques de redresseur au sélénium. les plaques de redresseur au sélénium sont branchées en parallèle sur les composants à protéger, de manière à être sollicitées dans le sens de "blocage par des impulsions de surtension éventuellement existantes. A cet effet, on utilise le principe qu'une plaque de redresseur au 10 sélénium présente, par exemple lorsqu'elle est sollicitée par une impulsion de surtension, une capaeité d'absorption d'énergie bien supérieure à celle d'un redresseur au silicium ou. d'un thyristor au silicium. Jusqu'à maintenant, on utilisait dans ce but des redresseurs de puissance au sélénium de type ordinaire. 15 l'invention a pour objet une plaque de redresseur au sélénium dont les caractéristiques ont été spécialement adaptées pour permettre un fonctionnement comme élément de dérivation de surtensions. L'invention concerne une plaque de redresseur au sé-20 lénium utilisable comme élément de dérivation de surtensio» qui est sollicité dans le sens de blocage et un procédé pour sa fabrication» Elle est caractérisée en ce que la plaque de redresseur au sélénium comporte une couche de sélénium d'une épaisseur d'au moins 100 x 10~^om qui est dopée avec du chlore suivant 25 une concentration de 1 à 100 nriTlionièmes au maximum (... parties en poids de chlore pour 10 parties en poids de séléniua) ou bien avec un autre halogène en quantités correspondantes. Gomme halogène approprié, on utilise en plus du chlore notamment du brome dont la concentration, correspondant au rappirt des poids 30 atomiques, doit être choisie à peu près entre 2 et 200 miHicaièmes La limite inférieure'précitée de l'épaisseur de la couche de sélénium est à peu près égale au double de celle des redresseurs au sélénium de type classique } le dopage en halogène est bien inférieur à celui desdits redresseurs classiques. 35 Par ces deux mesures, on obtient que la chute de tension dans la couche de sélénium est relativement élevée i elle est d'autant plus grande que le courant inverse est plus élevé. La partie oh-mique de la caractéristique inverse est ainsi augmentée, c'est-à-dire que la courbure de la caractéristique inverse est dimi-40 nuée (ce qui correspond à ce qu'on appelle une caractéristique 69 130Q6 2 2007532 Inverse "molle")• En outre, u.na partie importante de la tension inverse est maintenue éloignée de la;couche d'arrêt, de sorte que la tension de claquage de la couche'd'arrêt n'est atteinte que pour une tension inverse "'brute" assez élevée* En 5 outre, par suite du faible dopage en halogène, l'épaisseur physique de la couche d'arrêt ou de barrage, c'est-à-dire de la zone pauvre en porteurs de charge, est relativement grande de sorte que la tension de claquage est élevée par suite de la réduction de l'intensité de champ dans la couche d'arrêt» Au total, 10 on obtient avec le type précité d'une plaque de redresseur au sélénium une capacité d'absorption d'énergie qui est au moins quatre fois supérieure à celle des redresseurs au sélénium classiques." La limite inférieure du dopage en halogène est liée à 15 la condition que, pour un dopage extrêmement faible, la capacité d'absorption d'énergie diminue à nouveau. De préférence, le do-pag* ne doit pas dépasser le pourcentage de 10 millionièmes de chlore® La capacité d'arrêt de la plaque de redresseur au si-20 licium peut être augmentée, d'une manière connue, en disposant entre la couche de sélénium dopée en halogène et l'électrode de recouvrement une autre couche de séléniua d'une épaisseur comprise entre 1 et 10 x 10"~4 cm, qui est dopée arec du thallium, La concentration en thallium, de cette couche peut atteindre par 25 exemple 1000 millionièmes, l'épaissetur de la couche étant d'environ 5 x 10"4 em._ Lors de la fabrication de redresseurs au sélénium, on effectue toujours ce qu'on appelle une activation thermique qui a pour but de faire passer la couche de sélénium dans sa struc-30 ture modifiée hexagonale correspondant à la meilleure condaeti-vité. Cette activation est exécutée par recuit de la plaque à une température un peu inférieure au point de fusion du sélénium, par exemple-218#C. La oonductivité de la couche de sélénium passe alors jpar un maximum ; rdans les redresseurs au séléniua classi-35 ques, l1activation thermique est poursuivie jusqu'à ce qu'on atteigne ce maximum:. Par contre, dans le cas d'une plaque de redresseur au sélénium utilisée dans le but précité, il. s'est avéré que la capaeité d'absorption d'énérgie de-la plaque finale était sensiblement augmentée lorsque l'activation thermique était 40 interrompue avant que la conductivité de la couche de sélénium 13096 3 2007532 ait atteint son maximum,. 1* activation thermique peut, par exemple, Ôtre interrompue au bout de la moitié du tsmps nécessaire pour atteindre le maximum de oonductivité. Pour mieux comprendre l' objet de l'invention,- on va en 5 décrire à titre indicatif et non limitatif un exemple de réalisation représenté sur le dessin annexé sur lequel î la fig» 1 est une eoupe schématique d'une plaque de redresseur au sélénium, du type précité ; la fig. 2 représente la caractéristique inverse de la 10 plaque de redresseur au sélénium de la figure 1 • lia plaque de redresseur au sélénium représentée sur la figure 1 se compose d'une électrode-support métallique 1, par exemple en fer, de deux couches de sélénium 2 et 3 st d'une é-lectrode de recouvrement 4* Les couches de sélénium 2 et 3 sont 15 de préférence déposées par vaporisation sur l1électrode-support 1, celle-ci étant préparée d'une manière classique, par exemple par un traitement augmentant sa rugosité et par dépôt d'une couche de séléniure de nickel (non représentée). La couche de sélénium 2 a une épaisseur d'environ 20 120 x 10""4 em ; elle est en outre dopée avee 60 millionièmes de ehlore, c'est-à-dire avec 60 parties en poids de ohlere pour 1.000.000 de parties en poids de sélénium* La couche de sélénium 3 a une épaisseur d'environ 5 x 10~4 cm et elle est dopée avec 1000 millionilmes de thallium. L'électrode de recouvrement 4 se com-25 pese de préférence d'un alliage cadmium-étain, contenant par exemple 32 de cadmium et 68 36 d'étain. Lorsqu'elle est utilisée comme élément de dérivation de surtensions, la plaque de redresseur au sélénium est sollicitée dans la direction représentée sur la figure 1, à savoir dans le sens inverse ou de blocage* 30 On a représenté sur la figure 2 la caractéristique inverse de blocage d'une plaque de redresseur au sélénium telle que celle de la figure 1* On a porté en abscisses la tension inverse de crête » exprimée en volts et en ordonnées, le courant inverse de erâ-fee l£nv > exprimée en A/cm^* 35 A l'échelle choisie pour le courant inverse, la courbe caractéristique de blocage ne s'écarte pas sensiblement de lraxe des ordonnées jusqu'à une tension inverse de 70 volts. Au-dessus de 70 Y, le courant inverse augmente rapidement* Sur la figure 2, on a désigné par ïïg la tension de 40' service de la plaque de redresseur au sélénium, e'est-à-dire la 13096 4 2007532 tenaion inverse de crête pour un fonctionnement normal de l'appareil à protéger<> la tension de service est égale à environ 50 Y (orête) comme il est indiqué sur la figure 2. On a désigné par la tension de limitation» c'est-à-5 dire la tension limite admissible pour l'appareil à protéger* La tension de limitation correspond à peu près au milieu de la partie à forte pente de la courbe caractéristique. Elle est égale à environ 82 V dans l'exemple considéré } le courant inverse de crête est alors égal à une intensité d'environ 1,5 A/cm . 10 On a désigné par ïïg. la tension de claquage, c'est-à- dire la tension de crête pour laquelle il se produit quelques décharges (étincelles) dans la plaque de redresseur au sélénium. La tension de claquage est de l'ordre de 90 Y et le courant la-verse de crlte correspondant à une intensité d'environ 3»5 A/om . 15 II est à noter qu'une décharge ne détruit en aucune manière la plaque de redresseur au sélénium j elle provoque au contraire immédiatement une régénération automatique de la zone de claquage (oe qu'on appelle un "brûlage de régénération"), au cours de laquelle la matière de l'électrode de recouvrement située au-20 dessus de la zone de claquage est en partie vaporisée et en partie éjectée sous forme d'éclaboussures* Le court-aircuit momentané produit lors du claquage assure une protection efficace do. composant relié à la plaque contre des surtensions extrêmement élevées. 25 Gomme exemple de l'efficacité de la plaque de redres seur au sélénium selon l'invention comme élément â* protection eontre les surtensions, on peut indiquer qu'une plaque d'une sur- p face active de 20 cm présente, dans le cas d'une impulsion: de surtension d'une durée de 100 ms une capacité d'absorption d1é-30 nergie d'environ 100 Ws, auquel cas il ne se produit pas encore de décharge de claquage. 69 13096 5 2007532 REVENDICATIONS 1. Plaque de redresseur au sélénium utilisable comme élément de dérivation de surtensions lors d'une surcharge dans le sens inverse ou de blocage, caractérisée par le fait qu'elle comporte 5 une couche présentant une épaisseur d'au moins 100 x 10""^ cm qui est dopée avec du chlore suivant une concentration comprise entre 1 et au maximum 100 millionièmes ou bien avec un autre halogène en quantité correspondante. 2. Plaque de redresseur au sélénium suivant la revendication 10 1, caractérisée par le fait qu'il est prévu entre la couche de sélénium précitée et l'électrode de recouvrement une autre couche de sélénium présentant une épaisseur comprise entre environ t et 10 x 10"4 cm qui est dopée avec du thallium. 3. Procédé de fabrication d'une plaque de redresseur au 15 sélénium suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'on interrompt 1*activation thermique de la couche de sélénium dopée avec un halogène avant que la conductivité de cette couche ait atteint sa valeur maximale.