Brevet FR2000299A1 — publié le 19690905

la présente invention concerne l'ajustage du courant d'amorçage d'un élément commandé à semi-conducteurs, en particulier d'un thyristor, à une valeur desirée. Il est connu qu'un thyristor peut être représenté corme la réunion de deux transistors, l'un de structure npn l'autre de structure pnp, couplés entre eux de manière à réaliser une réaction positive réciproque. Le courant d'amorçage du thyristor est alors détermind essentiellement par les coefficients d'asplifica- tion 6 et c42 2 respectifs des structures npn et pnp considérées comme des transistors. Le coefficient d'amplification &alpha;1 de la structure npn dépend du facteur d'injection et du facteur de transport des porteurs minoritaires, mais il dépend aussi d'une manière relativement importante de l'état de surface du semi-conducteur entre l'émetteur et l'électrode de commande.Comme ces grandeurs ne sont pas faciles à contrôler, lors de la fabrication des thyristors on obtient en général, dtnn élément à l'autre, une dis persion relativement grande entre les valeurs des courants d1aior- çage. Cette dispersion est particulibrement prononcée avec les thyristors où l'émetteur est réalisé par a ge, ear le facteur d'injection dépend dans ce cas de la qusTite de la zone de recris tStt *ion qui, dans certaines conditions, présente aussi de fortes dispersions. Il est consnu, pour r & uire cette dispersion, de recourir i un polissage chimique de la surface de la pastille de semi- conducteur, afin d'obtenir un état de surface mieux défini. Cette opération n'élimine que partiellement, cependant , les causes de la dispersion. Un autre procédé enfin a encore été proposé dans lequel, en modifiant à postériori la structure du semi-conducteur sur la partie active du thyristor presque terminée, on fait varier ses caractéristiques jusqu'à ltobtention de l'amorçage avec wi courant de commande prédéterminé de la valeur désirée. Selon ce procédé, on recouvre la zone émetteur et la zone de commande, par exemple avec un masque de gravure, en laissant dégagée une zone maginale de part et d'autre du bord de l'émetteur, situé du côté de la zone de commande, et on fait agir le décapage chimique sur la zone laissée dégagée jusqu'à ce que le thyristor s'amorce pour le courant prédéterminé souhaité. Avec un thyristor avec zone émetteur réalisée par alliage, il faut cependant, avec le procédé proposé, enlever pour commencer la feuille d'alliage dans la zone où doit agit ensuite le décapage. L'objet de la présente invention est un procédé dans lequel 11 élimination partielle de la feuille d'alliage autour de la zone émetteur, ainsi que pour le décapage partiel de cette zone s'effec tween une seule opération. Le procédé selon la présente invention est caractérisé par l'apport d'un bain de décapage électrolytiquen avec des ions de fluore et de chlore en solution, au moins dans une zone de la surface de la partie active de l'élément à semi-conducteur, de part et d'antre du bord de l'électrode émetteur situé du cdté de l'électrode de commande, par l'injection d'un courant d'électrolyse à tra vers l'électrode émetteur et le bain de décapage vers au moins une électrode de décapage, par l'injection d'un courant d'amorçage entre l'électrode de commande et l'électrode émetteur, et par l'ap- plication d'une tension de mesure, orientée dans le sens direct, entre l'anode et l'électrode émetteur de la partie active, enfin par l'arrêt de l'opération de décapage lorsque les conditions dta- morçage désirées sont atteintes. L'invention sera expliquée plus en détail, à l'aide de la figure. La partie active du thyristor qui, pour l2exécution de l'opération de décapage, est bridée dans un dispositif de décapage 1, se compose essentiellement d'un disque de silicium dans lequel se suivent jointivement : une zone anode 3 ayant une conductivité du type p, une zone médiane 4 de conductivité du type n, une zone de commande 5 avec une conductivité du type p, et enfin, sur une zone annulaire de la face frontale 6, c8té cathode, une zone émetteur 7 fortement dopde (n++. Pour élaborer une telle structure, on part par exemple d'un disque monocristal de silicini 2,de conduc- tivité du type n, dans les faces frontales de ce disque on incorpore par diffusion un matériau de dopage convenable pour former les zones 3 et 5. On réalise ensuite sur la face frontale 6, csstd cathode, du disque de semi-conducteur, la zone émetteur 7 avec l'électrode émetteur 8 et une électrode centrale de commande 9, en rapportant alliage une feuille de métal d'apport convenablement mise en forme et contenant les matériau de dopage appropriés. On soude enfin le disque de silicium 2, par sa face frontale côté anode, sur une plaque support 10 en molybdène. Sur la figure , afin que la représentation soit plus claire, on a exagéré considérablement l'épaisseur de la diode de la partie active. le dispositif de décapage 1 comporte un bloc de base 11 dans lequel est incorporé un contact d'anode 12, ainsi qu'une électrode auxiliaire 13 constituée par un anneau en laiton doré, appliquée sur la face frontale côté cathode de la partie active avec interposition d'un joint isolant 14 et à l'aide d'un dispositif de bridage qui n'a pas été représenté ; on recouvre ainsi, d'une manière étanche aux liquides, une zone de l'électrode émetteur 8 éloignée de l'éléciode de commande 9. Avec la partie centrale non recouverte de la face frontale de la partie active, la surface conique intérieure de l'électrode aurJliaire 13 forme une cuve de décapage susceptible de recevoir un agent de décapage électrolytique.Le branchement de l'émetteur steffectue par l'intermédiaire d'une tige de raccordement 15, logée avec un isolateur de traversée dans un orifice pratiqué dans 1' électrode auxiliaire. Une tige de raccordement en platine 16, émergeant du bain de décapage, assure la liaison avec l'électrode de commande 9. Le montage pour la détermination du courant d'amorçage, ainsi que pour la commande de l'opération de décapage, comprend un générateur d'impulsions de mesure 17, dont la sortie est reliée d'une part à la tige de raccordement de l'émétteur 15, réunie à la masse de l'appareil et, d'autre part, à travers le relais 18, au contact d'anode 12. Les contacts du relais 18 servent à couper respectivement la connexion de l',-électrode auxiliaire 13 et celle de la tige de raccordement 16 de 11 électrode de commande. Un dispositif programmateur 19, dont l'entrée de synchronisation 20 ust raccordée à la sortie du générateur d'impulsions de mesure 17, commande par l'intermédiaire des connexions 21, 22, les éléments de commutation 23 à 25 qui assurent le raccordement i l'électrode auxiliaire 13 et de la tige de branchement 16 de l'électrode de commande aux pôles négatifs des sources de courant d'électrolyse correspondantes 26, 27,,ainsi que de la tige de branchement 16 au pôle positif d'une source de courant d'amorçage 28. Les autres piles des sources de courant sont tous reliés à la tige du contact 15 de l'émetteur, à travers la masse de l'appareil. le Le fonctionnement est maintenantleuivant Après la mise en place et le bridage de la partie active dans le montage de décapage 1, on introduit dans le bain de décapage un agent de décapage 29, composé d'un liquide faiblement conducteur et polarisable, contenant en solution des ions de chlore et de fluor. Comme agent de décapage, on peut utiliser par exemple un mélange de 40 parties en volume de "ethylméthyl-cétone", 4 parties d'acide chlorpydFique furmant et 1 partie d'acide fluorhydrique (48%). Ensuite, on met le dispositif en marche.Pendant des inter- valles de temps qui se succèdent périodiquement, de 4 secondes chacun par exemple, le dispositif prograxeateur 19 envoie par la connexion 21 un signal aux éléments de coautation 23, 24 pour venclencher les sources de courant d'électrolyse 26, w27, et col- mande ainsi, pendant ces intervalles de temps, le passage d'un courant d'électrolyse, de l'6lectrode metteur 8, à travers l'agent de décapage 29, d'une part vers l'électrode auxiliaire 13, et d'autre part vers la tige de branchement 16de l'électrode de commande.Les courants d'électrolyse sont ajustés de telle manière que l'électrode auxiliaire 13 est polarisée négativement par rapport à l'électrode de commande 9. Le# générateur d'iipulsions de mesure 17 fournit en permamence , au circuit anode-émetteur de la partie active , des impulsions de tension de mesure sous forme de demi- ondes de tension positives, à 50 Hz, avec une tension de cette de 6 V. Après chaque période d'électrolyse de 4 s; la première ilpul sion de tension de mesure qui se présente commande, au moment ot sa tension est au maximum, et par l'intermédiaire de l'entrée de synchronisation 20 du programmateur 19, l'émission d'un ordre de commande qui, par la connexion 22 allant au dispositif de coniata- tion 25, provoque pendant un temps court, d'environ 0,001 s, l'enclenchement de la source de courant d'amorçage 28 sur la tige de raccordement 16 de l'électrode de commande, de sorte que, pendant ce temps, un courant d'amorçage de valeur prédéterminée s'écoule de ltélectrode de commande 9 vers l'électrode émetteur 8. Si cette impulsion de courant d'amorçage ne provoque pas l'amor çage de la partie active, c'est à dire s'il ne passe pas de courant de l'anode vers l'émetteur, le programmateur 19 enclenche, conformément à son programme, la période d'électrolyse suivante, pendant 4 secondes. Si la partie active s'amorce au cours d'une impulsion de commande, c'est-à-dire s'il passe un courant anodique, le relais 18 fonctionne , coupe la connexion de 1' électrode auxiliaire 13 ainsi que celle de la tige de branchement 16 de l'électrode de commande, et met fin ainsi à l'opération de décapage électrolytique bu début du décapage, le bord 30 de l'électrode émetteur 8 et la face frontale côté cathode 6 du disque de silicium 2 présentent un contour selon la moitié droite de la coupe de la partie active représentée sur la figure. Comme il se forme, sur ce bord de l'électrode émetteur, une concentration du champ électrique dans l'électrolyte, au cours de l'opération d'électrolyse, le matériau constituant l'électrode de l'émetteur 8, de l'or par exemple, ainsi que le silicium du disque de semi-conducieur, sont rongés principalement au voisinage de ce bord 30. Â la fin de l'opération d'6lectrolyse, dans la région du bord 30 de l'électrode de l'émetteur 8, la partie active présente un contour ayant approximativement la forme représentée sur la partie gauche de ta coupe de la partie active. Après évacuation de l'agent de décapage 29 et rinçage de la cuve de décapage, on sort la partie active du dispositif , et e11 vprEte pour etre complété de la manière habituelle avec des connexions et un bo- tier , pour former un thyristor complètement terminé. REVENDICATIONS 1.- Procédé pour l'ajustage du courant d'amorçage d'un élément à semi-conducteurs commandé, en particulier d'un thyristor, caractérisé par l'apport d'un bain de décapage électrolytique, avec des ions de chlore et de fluor en solution, sur au moins une zone de la surface de la partie active 'de i' élément semiconducteur, de part et d'autre du bord de l'électrode émetteur le plus rapproché de l'électrode de commande, par l'injonction d'un courant d'électrolyse à travers l'électrode émetteur, le bain de décapage ver au moins une électrode de décapage, par l'injection d'un courant d'amorçage entre 1' électrode de commande et ltélec- trode émetteur, et par l"application d'une tension de mesure orientée dans le sens direct, entre l'anode et l'électrode émet- teur de la partie active, et par l'arrêt de l'opération de décapage lorsque les conditions d'amorçage désirées sont atteintes 2.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que 1' agent de décapage utilisé (29) est constitué par un mélange de "cetones", eg particulier d'ethyl-m-éthyl-cetone,d'acide chlorhydrique fumant et d'acide fluorhydrique. 30- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce quton utilise, comme électrode de déwapage, une électrode auxiliaire disposée le long du bord de 11 électrode émetteur qui se trouve du côté de 1' électrode de commande, et polarisée nigz- tivement par rapport à l'électrode émetteur. 4.- Procéda selon la revendication 1 caractérisé en ce que, comme électrode de décapage, on utilise une pièce de raccordement de l'électrode de commande, qui se trouve en contact avec 1' agent de décapage et qui est polarisée négativement par rapport à l'électrode émetteur. 5.- Procédé selon la revendication 4 caractérisé en ce que, comme électrode de décapage, on utilise, outre la pièce de raccordement de 11 électrode de commande, une électrode auxiliaire disposée le long du bord de l'électrode émetteur qui se trouve du côté de électrode de commande, et polarisée négative- ment par rapport au dispositif de raccordement de l'éleutrode de commande. 6.- Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'entre l'anode et l'électrode émetteur sont appliquées des impulsions périodiques de tension de mesure, que périodiquement et pendant des intervalles de temps séparés les uns des autres, on injecte des courants d'électrolyse passant par l'électrode émetteur et allant vers la ou les électrodes de décapage, que d'une manière synchrone avec au moins une impulsion de tension de mesure située entre deux périodes successives d'électrolyse on applique une impulsion de courant d'amorçage d'amplitude prédéterminée, et par l'interruption de l'opération d'électrolyse à l'apparition d?une impulsion de courant anodique. 7.- Dispositif pour la réalisation du procédé selon la revendication 1, caractérisé par un montage de décapage (1) apte à recevoir la partie active, avec un bloc de base (11),dans lequel est incorporé un contact d'anode (12) et une pièce couvercle comportant une électrode auxiliaire (13), qui avec l'iifterpo- sition d'un joint (14) recouvre, d'une manière étanche aux liquides, une partie de l'électrode émetteur (9) de la partie active par une pièce de raccordement (I5) de l'émetteur, par une pièce de raccordement (I6) de l'électrode de contact émergeant de la cuvette de décapage, par deux sources de courant d'électrolyse(26,27) pouvant être raccordées par des dispositifs de commutation (23,24) respectiveiient à l'électrode auxiliaire (13) et à la pièce de raccordmnent (16) de l'électrode de commande, par une source de courant d'amorçage (28) pouvant être reliée à la pièce de raccordement de l'électrode de commande (I6) par un dispositif de commutation (25)., par un générateur de tension de mesure (22) comnuté sur le contact d'anode (I2), et par un dispositif de commutation (I8) pour interrompre le courant d'électrolyse à l'apparition d'un courant d'anode. 8.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que, pour une partie active avec une électrode émetteur (8) de forme annulaire et une électrode de commande centrale (9) l'électrode auxiliaire (I3) est réalisée sous la forme d'un anneau métalliaue, qui recouvre une zone externe de 1' électrode émetteur (8), et dont les surfaces latérales internes constituent, avec la zone non recouverte de la face frontale du disque de semi-conducteur, la cuvette de décapage pour recevoir l'agent de décapage (29) 9.- Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que la pièce de raccordement 16 de l'électrode de commande est réalisée en platine, au moins dans les régions où elle est en contact avec l'agent de décapage (29) 1O Dispositif selon la revendication 7 caractérisé en ce que l'électrode auxiliaire (13) est dorée, au moins aux points où elle est en contact avec l'agent de décapage (29)