Brevet FR2007870A1 — publié le 19700116

L'étude et la mise au point des transistors bipolaires de puissance posent un certain nombre de problèmes. l'un de ces problèmes est que le courant émetteur-base a tendance à se concentrer en certains points de la jonction émetteur-base, provoquant ainsi des surchauffements locaux entraînant éventuellement une rupture de la structure cristalline et une défaillance du dispositif. Un autre problème auquel on se heurte dans les transistors de puissance est celui de îa dissipation de la chaleur. La quantité de chaleur qui doit être dissipée par unité de surface est considérable et si cette chaleur n'est pas convenablement évacuée, elle peut conduire à une défaillance du dispositif. Un certain nombre de configurations différentes ont été utilisées auparavant pour les régions d'émetteur et de base des transistors de puissance. En effet, on s'est aperçu que presque toute l'émission de la région d'émetteur a lieu autour de sa périphérie et c'est la raison pour laquelle on a conçu des émetteurs ayant une périphérie maximale avec une surface ayant une aire aussi petite que possible. L'une des configurations utilisées pour obtenir un grand périmètre a été l'émetteur en forme de peigne comportant des doigts intercalés, avec une structure en peigne complémentaire pour la rd- gion de base. Une autre forme utilisée a été celle de 11 émetteur en forme de roue à chevilles ou d'étoile comportant des doigts effilés ou des rayons intercalés avec des doigts de forme complémentaire de la région de base.Enfin, une autre structure plus récemment utilisée a été celle de l'émetteur constitué par une multiplicité de sites séparés tous reliés en parallèle pour fonctionner comme un seul émetteur. a structure en forme de peigne a le défaut que les aires actives de l'émetteur sont concentrées dans une région relativement res- treinte de la surface du dispositif, ce qui aggrave le problème de la dissipation de la chaleur puisqu'une quantité relativement grande de chaleur est engendrée dans une aire relativement petite.L'émetteur en forme d'étoile a l'inconvénient de ne pouvoir utiliser qu'un seul contact central et, à cause de la forte concentration du courant, à obliger d'utiliser une épaisse métallisation de. la partie centrale du dispositif. le modèle comportant un émetteur à sites multiples, s'il résout le problème de fonctionnement du dispositif, en particulier aux tensions relativement élevées où il diminue con sidérablement les risques de percement de la jonction, exige, par contre, une déposition relativement comateuse de métal vaporisé pour connecter les sites d'émetteur L'invention se propose de résoudre ce problème et, à cette fin, apporte un transistor-de puissance dans lequel l'émetteur se compose d'un certain nombre de segments disposés symétriquement autour d'une région centrale qui fait partie de la région de base du dispositif. Chaque segment d'émetteur, qui rayonne de cette région centrale, se compose d'une partie diffusée en forme d'arbre ayant un tronc central des côtés opposés duquel s'élancent des paires de branches.La région de base a des branches de forme complémentaire, intercalées avec les branches d t émetteur. Une particularité de l'invention réside dans l'électrode de contact d'émetteur qui est con stituée par une plaquette métallique percée d'une ouverture centrale, plaquette suspendue au-dessus de la surface de la lamelle semiconductrice et qui est connectée à chaque segment d'émetteur près de son pourtour extérieur. Une électrode de contact de base s'étend à travers l'ouverture de l'électrode de contact d'émetteur et est re lieue à la région de base dans la zone centrale du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'esemple nullement limitatif, en référence au dessin annexé, dans lequel : - la fig.l est une vue en plan des régions d'émetteur et de phase d'un dispositif conforme à l'invention, avant qu'il soit complétement assemblé; -la fig.2 est une vue analogue à la fig.1, mais qui montre le dispositif plus complètement assemblé; et -la fig.3 est une coupe suivant la ligne 3-3 da la fig.2. Sur la fig.1, qui illustre un mode de réalisation préféré de l' invention, on voit une lamelle semicontrice 2 2 ayant une région d' émetteur qui se compose de quatre segments séparés 4a, 4b, 4c et 4d rayonnant d'une région centrale du dispositif. Chacun de ces segments d'émetteur est situé dans un quartier différent de la lamelle semiconductrice. Chacun de ces segments a la forme d'un arbre et se compose d'un tronc central 8 (a, b, c et d) des côtés opposés duquel s'étendent des paires de branches latérales 10 (a, b, c, et d). La longueur de ces branches augmente régulièrement en s'éloignant du centre du dispositif. De préférence, la région d'émetteur est du type mésa et s'élève au-dessus de la surface de la région de base environnante. Le reste de la partie supérieure de la lamelle semiconductrice 2 est occupé par une région de base 6. La région de base 6 comprend une partie centrale 6' et quatre segments 6 (a, b, c et d) reliés à la partie centrale 6' et rayonnant de celle-ci. Chacun des segments de la région de base comprend un tronc 12 (a, b, c, d) et des paires de branches latérales 14 (a, b, c et d) qui sont intercalées avec les branches 10 (a, b, c, et d) de la région d'émetteur. Tous les troncs 12 (a, b, c et d) de la région de base sont connectés à un cadre rectangulaire 16 de cette région s'étendant autour de la périphérie de la lamelle 2. Comme il a été expliqué ci-dessus, les régions d'émetteur et de base ont été conçues pour distribuer uniformément le courant émetteur-base sur toute l'aire de la surface de la lamelle semi-conductrice. Les régions d'émetteur et de base sont séparées par quatre jonctions p-n 18. Le dispositif comporte aussi une région de collecteur 19 (fig.3) ayant le mode de conduction opposé de celui de la région de base. Pour établir un bon contact à faible résistance avec toutes les parties de la surface supérieure des régions de base et d'émetteur, celles-ci sont pourvues de couches de métal. La couche de métal des segments de la région d'émetteur comprend une sous-couche de nickel 20 favorisant l'adhérence (Fig.3) et une couche supérieure de soudure 22. De même, la région de base comporte une sous-couche de nickel 24 et une couche supérieure de soudure 26. On dépose la couche de nickel comme suit: tout d'abord une mince couche de nickel est déposée, par voie chimique, à partir d'une solution, sur toute la surface supérieure de la lamelle. Celle-ci est ensuite agglomérée à 800oC dans une atmosphère d'hydrogène pendant 15 minutes. Une seconde couche de nickel est ensuite déposée par voie chimique au-dessus de la première. Ceci est fait en définissant auparavant les aires où le nickel doit être déposé, en uti lisant une résine photosensible et des procédés de masquage classi- ques et en enlevant la résine aux endroits où le métal doit autre dg- posé. La seconde couche de nickel n'est pas déposée au-dessus de la ligne découverte de la jonction p-n 18.Le nickel est dépose sur 1.s surfaces non-couvertes par la résine photosensible. L'aire de dépit comprend une couche 28 s' étendant sur la majeure partie de la surface de base de la lamelle 2. En laissant la résine photosensible en place, on trempe toute la lamelle dans de la soudure en fusion. Cette soudure adhère aux couches de nickel 20 et 24 des régions d'émetteur et de base en formant respectivement les couches de soudure 22 et 26. Une couche de soudure 30 se dépose aussi sur la couche inferieure de nickel 28. On décape ensuite la lamelle pour enlever la résine et pour décaper la jonction p-n découverte 18. On monte ensuite la lamelle 2 sur une plaquette de molybdène 32 par fusion de la couche de soudure 50. Cette plaquette de molybdène a, auparavant, été brasée à une embase de cuivre 34. le collecteur du transistor est ainsi connecté à cette embase. L'une des particularités de la présente invention réside dans l'électrode de contact d'émetteur utilisée. Cette électrode comprend une plaquette métallique rectangulaire 36 percée d'une ouverture centrale 38. De l'un des bords de la plaquette s'détend un bras 40 qui est soudé à une goupille 42 traversant l'embase, mais qui est isolé de celle-ci par un oeuillet de céramique (non-représenté). La plaquette 36 est espacée au-dessus de la surface de la lamelle, sauf aux coins. Les coins de la plaquette 36 présentent des prolongements en forme d'ergots 44 qui sont soudés aux parties pdriphériques des segments d'émetteur 4 (a, b, c et d).Cette électrode de contact d'émetteur est capable de transporter des courants intenses, rayonne bien la chaleur et, du fait de sa coopération avec la région d'émetteur décrite, distribue uniformément le courant sur toutes les parties de l'émetteur. En utilisant cette électrode de contact, on a pu réaliser des transistors capables de supporter ais4- ment les courants de 70 ampères. Le transistor comporte aussi une électrode de contact de base 46 qui est constituée par un morceau effilé de bronze phosphoreux dont l'une des extrémités est soudée à un puits 48 qui traverse l'embase 34 mais en est isolée au moyen d'un oeillet de céramique (non -représenté). L'autre extrémité de l'électrode de contact 46 est pliée vers le bas à travers l'ouverture 38 de l'électrode de contact d'émetteur 36 et établit un contact avec la région de base dans la zone centrale 6', REVENDICATIONS 1.- Un transistor qui comprend une plaquette de matière semiconductrice comportant des régions d'émetteur, de base et de collecteur; ladite région d'émetteur ayant un certain mode de conduction et étant disposée de l'une des surfaces de ladite plaquette, la dite région d'émetteur étant composée d'un certain nombre de parties séparées dont chacune comprend un tronc s'étendent, suivant des côtés opposés, des paires de branches latérales, tous lesdits troncs s'étendant radialement d'une on centrale de ladite surface, ce- pendant que lesdites branches ont une lonqueur qui augmente progres sivement en approchant de la périphérie de la dite surface; une ré- gion de base ayant un mode de conductionn opposé, également située près de la surface de ladite lamell ladite base incluant ladite re centrale de la surface et ayant des branches intercalées avec les branches de la région d'émetter, caractérisé par une électrode de contact d'émetteur constituée par une plaquette métallique suspendue au-dessus de la surfa.ee de la dite lamelle, ladite plaquette étant connectée à chacune desdites parties de la région d'émetteur, prés de sa périphérie, et étant percée d'une ourverture centrale; et, par une électrode de contact de base s'étendant à travers ladite ouvertu- re et qui est connectée à la partie centrale de ladite région de base 2.- Un transistor selon la revendication 1 dans lequel ledit émetteur se compose de quatre segmentes séparés dont chacun est situé dans un quartier différent de la surface de la dite lamelle. 3.-Un transistor selon la revendication 1 dans lequel la dite région d'émetteur est du type mesa. 4.-Un transistor selon la revendication 1 dans lequel lesdites ne d'émetteur et de base sont métallisées avec de la soudure.