Brevet FR2041091A1 — publié le 19710129

i 2041091 L'invention concerne des redresseurs commandés.par porte offrant des possibilités améliorées de commutation. Comme on le sait, les redresseurs commandés par porte sont limités, en ce qui concerne la différence de potentiel aux bor— 5 nés qui peut être bloquée de façon efficace et fidèle, par le taux auquel la tension aux bornes peut être élevée, par la mesure dans laquelle la conduction du courant peut être augmentée et par la fréquence avec laquelle l'activation peut être répétée» Différentes méthodes ont été proposées pour améliorer chacune de 10 ces caractéristiques. Malheureusement, ces méthodes n'aboutissent souvent qu'à l'amélioration d'une caractéristique, mais au détriment d'une autre. Or, il a été découvert un redresseur commandé par porte qui est capable de bloquer de façon efficace et fidèle les niveaux 15 élevés de tension appliquée et qui est en même temps capable de supporter des élévations rapides de tension et de courant sans effets nuisibles. En outre, le redresseur commandé par porte selon l'invention est en mesure de fonctionner à des fréquences plus élevées d'activations répétées. Par ailleurs, le redresseur 20 commandé de l'invention est capable de fonctionner avec un faible signal de porte de manière plus fidèle que les redresseurs commandés classiques ayant des aptitudes comparables pour le traitement du courant. Sous l'un de ses aspects, l'invention concerne un redres-25 seur commandé qui comprend des moyens semiconducteurs principaux traversés par le courant et des moyens semiconducteurs d'amplification du signal de porte, ces moyens comportant les uns. comme les autres des première, deuxième, troisième et quatrième couches, les couches contiguës ayant des types de conductivité 30 opposé et formant des jonctions entre elles. Les deuxième, troisième et quatrième couches des moyens semiconducteurs principaux et des moyens semiconducteurs amplificateurs sont formées dlun seul tenant. La première couche des moyens semiconducteurs amplificateurs 35 est annulaire et sépare les surfaces des deuxièmes couches des moyens semiconducteurs amplificateurs et principaux. Dans ces conditions, la surface de la deuxième couche des moyens semiconducteurs principaux sépare les premières couches des moyens semiconducteurs amplificateurs et principaux. XI est prévu des moyens 40 pour former une connexion électrique à faible impédance entre la 70 10154 2 2041091 première couche des moyens semiconducteurs amplificateurs et la deuxième couche des moyens semiconducteurs principaux. Des moyens de porte sont associés à la surface de la deuxième couche des moyens semiconducteurs amplificateurs. Des moyens sont associés 5 à la première couche des moyens semiconducteurs amplificateurs pour prévenir une désactivation des moyens semiconducteurs amplificateurs avant 1 *activation des moyens semiconducteurs principaux et des premiers et seconds moyens principaux de connexion parcourus par le courant sont respectivement associés à la première cou-10 che des moyens semiconducteurs principaux et aux quatrièmes couches des moyens semiconducteurs. Considérés sous un autre aspect, l'invention concerne un redresseur commandé qui comprend un élément semiconducteur comportant deux couches émetteur et deux couches base intermédiaire, 15 les couches contiguës ayant des types de conductivité opposés et formant des jonctions entre elles. L'une des couches émetteur est composée d'une partie pilote annulaire et d'une partie principale. Une couche base, contiguë à cette couche émetteur, comporte une partie de surface formant porte pilote et une partie de surface 20 formant porte principale, séparées par la partie pilote de ladite couche émetteur. Des moyens de porte sont associés à la partie de surface formant porte pilote. La partie de surface formant porte principale est située plus près de l'autre couche émetteur que ne l'est la surface de ladite couche émetteur. Ladite partie de sur-25 face formant porte principale est composée d'une partie associée à un bord de la partie pilote annulaire et de plusieurs parties appendiculaires qui rayonnent à partir de la partie associée en rapport d'imbrication avec la partie principale de ladite couche émetteur. Des moyens conducteurs électriques à basse impédance 30 connectent la partie pilote annulaire de ladite couche émetteur à la partie de surface formant porte principale de la couche base contiguë. Des premiers moyens principaux de connexion traversés par le courant sont associés à la partie principale dudit émetteur et sont superposés à la partie de surface formant porte 35 principale et aux moyens conducteurs électriques à basse impédance, à distance de ceux-ci et sans rapport de conduction avec eux. Des seconds moyens principaux de connexion traversés par le courant sont associés à l'autre couche émetteur de l'élément semiconducteur . 40 on comprendra mieux l'invention en se référant à la descrip- 70 10154 3 2041091 t'ion détaillée suivante, considérée en liaison avec les dessins. La figure 1 est une coupe verticale d'un redresseur comman-' dé selon l'invention, l'élément semiconducteur et la couche de contact cathodique associée étant représentés en élévation. 5 La figure 2 est une vue en plan de l'élément semiconducteur sur lequel sont appliquées la.couche de contact cathodique, la couche de contact principale de porte et la couche de contact pilote "de porte. : La figure 3 est une coupe passant par la ligne 3-3 de la 10 figure 2. La figure 4 est une coupe .de détail passant par la ligne -4-4 de la figure 2. • La figure 5 est une vue en plan de. l'élément semiconducteur les couches de contact ayant été supprimées. 15 • La figure 6 est une vue oblique d'un quart de l'élément semiconducteur. - La figure 7 est un schéma fonctionnel. v La figure 8 est une vue en plan de détail d'une forme modi-fiée' -d'élément semiconducteur selon l'invention, sur lequel est 20 fixée la couche de contact de porte principale. La figure 9 enfin est.un schéma.fonctionnel relatif à la forme- modifiée de l'invention. - • : . .. •. La figure 1 représente un redresseur commandé ou thyristor 100 qui est muni d'un sous-ensemble 200. Comme on s'en rendra 25 parfaitement compte en se référant aux figures 2. à 6 inclusive--ment-y- le sous-ensemble 200 contient tin élément semiconducteur -*202 . Sous la.forme représentée, 1'élément semiconducteur présente - -une -douche émetteur anodique 204 de type P de conductivité, une . ..couche base anodique 206 de type. N, une couche base cathodique 30 208 '.de type P et une couche émetteur anodique 210 de type N de .:c conductivité. Comme on peut le voir, la couche émetteur cathodi-. - que .-est formée d'une couronne annulaire centrale ou partie pilote - .. _;.212 reliée par une partie en pont 216 à une partie principale de couche émetteur 214 qui l'entoure à distance». La partie pilote 35 - .est munie d'un méplat 217 sur sa circonférence ..interne, dans une „ position angulaire correspondant.à la partie en pont. On notera que, comme on l'a représenté,.toutes les parties de la couche é-. . metteur cathodique ont leurs surfaces supérieures dans un même plan qui constitue la face'supérieure de l'élément semiconducteur 40 . ... La couche base cathodique comporte line partie centrale ou 70 10154 4 2041091 porte pilote 218, placée au centre de la partie pilote de la couche émetteur cathodique. Autour de la partie pilote de la couche émetteur cathodique, la couche base cathodique présente une partie de surface 220 formant porte principale, composée d'une partie 5 centrale 222 qui entoure et épouse la partie pilote de la couche émetteur cathodique et de plusieurs parties appendiculaires rayonnantes 224. La partie centrale de la surface formant porte principale sépare les parties pilote et principale de la couche émetteur cathodique. Les parties appendiculaires forment des ra-10 mifications radiales extérieures de la partie centrale et sont distribuées radialement de façon à établir des rapports d'imbrication entre ces parties appendiculaires et la partie principale de la couche émetteur cathodique. Pour réduire la distance moyenne entre les parties appendiculaires et les zones écartées de la 15 partie principale de la couche émetteur cathodique, tout en limitant la surface des parties appendiculaires, ces dernières sont munies de branches latérales 226, 228 et 230. On notera que les branches 226 les plus proches du périmètre de l'élément semiconducteur sont plus longues que les branches 228, lesquelles sont à leur tour plus 20 longues que les branches 230. Comme, on peut le voir, les longueurs des branches sont choisies de telle sorte que l'écart entre des branches correspondantes de patties appendiculaires voisines sôit toujours le même.Ainsi,toute tendance des parties appendiculaires orientées radialement à diverger vers la périphérie de l'élément semiconduc-25 teur est compensée.La partie de surface formant porte principale de la couche base cathodique est située en totalité au-dessous du plan de la couche énefcteur cathodique - c'est-à-dire que la partie de surface formant porte principale est plus proche de la couche émetteur anodique que ne l'est la surface de-la couche émetteur cathodique. 30 La couche base cathodique présente en outre plusieurs par ties ou régions espacées 232, disposées de manière à être entourées par la partie principale de la couche émetteur cathodique. D'après ce qui est représenté, les; régions 232 sont situées le long de lignes dirigées radialement* équidistantes des parties 35 appendiculaires voisines. D'autres de ces régions, plus proches d'une partie appendiculaire que d'une autre, sont situées à égale distance de branches voisines de la partie appendiculaire la plus proche. On notera la présence d'autres régions, à la périphérie des parties appendiculaires* se trouvant à mi-distance entre le 40 périmètre extérieur de la partie principale de la couche émetteur 70 10154 5 2041091 cathodique et le bord externe des parties appendiculaires. Vers le haut, les régions 232 s'étendent jusqu'au plan formé par la surface de la couche émetteur cathodique. Il est visible que les régions 232 ont été disposées de façon à occuper les zones de la 5 partie principale de la couche émetteur cathodique qui, en l'absence de ces régions, seraient les plus éloignées de l'intersection superficielle des couches base et émetteur cathodiques. Considérées d'un autre point de vue, les régions 232 sont en contact avec les zones de la partie principale de la couche émetteur ca-10 thodique qui sont les plus éloignées de l'intersection superficielle de la couche émetteur cathodique avec la partie de surface formant porte principale et la partie de surface périphérique de la couche base cathodique. La couche émetteur anodique et la couche base anodique for-15 ment une jonction émetteur anodique 234 à leur interface. De même, les couches bases anodique et cathodique forment une jonction collecteur 236 à leur interface. La partie pilote de la couche émetteur cathodique et la couche base cathodique constituent une jonction émetteur pilote 238a_ à leur interface. De même, la partie 20 principale de la couche émetteur cathodique et la couche base cathodique forment une jonction émetteur cathodique principale 238b_ au niveau de leur interface. Il va de soi que les jonctions émetteurs cathodiques pilote et principale constituent en réalité une unique jonction continue, étant donné que la partie en pont de la 25 couche émetteur cathodique relie les parties pilote et principale. On notera que l'élément semiconducteur est biseauté à sa périphérie. Un premier bord annulaire biseauté 235 est prévu pour couper la jonction émetteur anodique 234. Un second bord annulaire biseauté 237 est prévu pour couper la jonction collecteur 236. 30 Etant donné que l'élément semiconducteur est typiquement fabriqué en diffusant un dopant de type P dans un élément semiconducteur de type N pour former les jonctions 234 et 236, on comprendra aisément que les couches de type P qui constituent les couches base cathodique et émetteur anodique présentent une résistance propre 35 inférieure à celle de la couche base anodique. Par conséquent, dans le modèle représenté, le bord annulaire biseauté 235 forme un angle positif avec la jonction émetteur anodique, tandis que le bord annulaire biseauté 237 forme un angle négatif avec la jonction collecteur. Il a été observé que l'élément semiconduc-40 teur peut résister à des tensions de blocage plus élevées et peut 70 10154 6 2041091 être protégé contre le claquage superficiel destructif, en biseautant l'élément semiconducteur au niveau de son intersection avec la jonction collecteur, selon tin angle négatif compris entre 1 et 20°. De préférence, la jonction collecteur est biseautée négative-5 ment dans la gamme comprise entre 3 et 9°. Une amélioration semblable concernant l'élément semiconducteur peut être obtenue en biseautant positivement l'élément semiconducteur, au niveau de la jonction émetteur anodique, selon un angle inférieur à 90°.Il va de soi que les angles positif et négatif de biseautage peuvent 10 être choisis identiquement, de telle sorte que les bords annulaires biseautés 235 et 237 se réunissent en fait en un unique bord annulaire incliné pour l'élément semiconducteur. Cette disposition offre l'avantage de réduire les frais de biseautage. Dans la pratique, il est préférable d'utiliser un biseau ayant une pente un 15 peu plus raide au niveau de la jonction émetteur anodique que le biseau correspondant à la jonction collecteur, étant donné que la jonction émetteur anodique a un effet moins critique sur les tensions de blocage dans beaucoup d'applications et que le fait de donner une forte pente au biseau correspondant à la jonction émet-20 teur anodique réduit notablement le diamètre de l'élément semiconducteur par rapport à celui qui serait nécessaire pour un biseau à pente moins raide ou pour un unique biseau coupant à la fois la jonction collecteur et la jonction émetteur anodique ; par contre, la réduction ainsi obtenue du diamètre de l'élément semiconduc— 25 teur ne réduit pas significativement les possibilités globales de traitement du courant offertes par le dispositif. Outre l'élément semiconducteur 202, le sous-ensemble 200 contient également une couche de contact de porte pilote 240, une couche de contact de porte principale 242 et une couche de 30 contact cathodique 244. La couche de contact de porte pilote est placée en position centrale sur la partie formant porte pilote de la couche base cathodique. La couche de contact de porte principale est superposée à la partie pilote annulaire de la couche émetteur cathodique et à la partie de surface formant porte principa-35 le de la couche base cathodique. La couche de contact de porte principale franchit la jonction émetteur pilote sur la périphérie extérieure de la partie pilote annulaire de la couche émetteur cathodique, mais à part cela, elle est à distance de la jonction émetteur cathodique. La couche de contact cathodique ne prend con-40 tact qu'avec la partie principale de la couche émetteur cathodi— 7010154 7 2041091 que et la partie périphérique de la couche base cathodique qui entoure la partie principale de la couche émetteur cathodique. Un certain nombre d'évidements 246 sont formés dans le bord externe de la couche de contact cathodique de sorte que cette couche ne 5 recouvre pas toute l'intersection de surface de la périphérie de la couche émetteur cathodique et de la périphérie de la couche base cathodique. "Pour fournir une connexion à la couche émetteur anodique, le sous-énsemble est muni d'une plaque d'appui 250 en un métal ayant 10 un coefficient de dilatation thermique voisin de cèlûi du matériau sémiconducteur qui constitue l'élément semiconducteur. S'agissant d'éléments semiconducteurs au silicium, la plaque d'appui est de préférence en un métal, tel que le tungstène, le molybdène ou le tantale, qui présente un coefficient de dilatation thermique 15 inférieur à 1 x 10 cm/cm par °C, de préférence inférieur à 0,5 - --- _5 x 10 cm/cm par °C. La plaque d'appui est soudée ou autrement fixeè de façon conductrice à la surface de la couche émetteur anodique, selon un procédé classique. Une couche mince 252 en un métal:' malléable tel que l'or ou l'argent est prévue sur la face 20 principale inférieure de la plaque d'appui. Pour compléter le sous-ensemble, il est prévu tin organe annulaire élastique 254 pour positionner et suspendre mécaniquement le 'sous-ensemble, ainsi que pour protéger des contaminants les jonctions collecteur et émetteur anodique. L'organe annulaire est 25 en un matériau passivant les jonctions, ayant une résistance d'isolement' et une rigidité diélectrique relativement élevées, et il " est' pratiquement imperméable aux contaminants des jonctions. On préférera utiliser, pour former l'organe annulaire, des passivants classiques ayant une rigidité diélectrique de 4000 V/mm au moins 30' et une résistance d'isolement de 10 ohms-cm au moins. Un certain nor&rë de types de caoutchouc silicone disponibles dans le commer- ce repondent notoirement a ces critères électriques. Sous la for— ■yifO't si s't- ■ me représentée, l'organe annulaire est fabriqué en moulant du caoutchouc silicone à la périphérie de l'élément semiconducteur et 35 de la plaque d'appui. Au lieu de se fier exclusivement a l'organe annulaire pour protéger les jonctions collecteur et émetteur anodique" contre la contamination, on peut envisager l'interposition d'un "autre passivant entre l'élément semiconducteur et l'organe annulaire. Par exemple, on peut envisager l'interposition d'un 40 passivant vitreux classique. Dans un tel cas, il n'est pas indis- 70 10154 8 2041091 pensable que l'organe annulaire soit en un matériau passivant, bien que cela soit préférable pour compléter l'action du verre passivant et pour prévenir tout défaut de la couche de passiva-tion en verre, défauts qui pourraient autrement donner accès aux 5 contaminants vers les jonctions. Lorsqu'il est assemblé dans le redresseur commandé 100 dans la disposition représentée sur la figure 1, le sous-ensemble est placé sur un élément socle 102 qui fait partie de l1organe de connexion 104, de sorte que la couche mince malléable 252 de la pla-10 Çf11© d'appui 250 établisse un contact ohmique à basse impédance avec ce socle sous l'effet de la compression, b'organe de connexion 104 est soudé ou autrement fixé de façon étanche à une bride annulaire 106. A son tour, la bride est fixée de façon étanche à une bague annulaire 108 en un matériau isolant électrique. De préfé-15 rence, la bague est en un matériau ayant une résistance diélectrique élevée, par exemple le verre ou des matières céramiques. La surface extérieure de la bague présente quatre (dans l'exemple représenté) saillies annulaires 110, destinées à augmenter la distance surfacique extérieure entre les extrémités opposées de la 20 bague. L'organe annulaire 254 est ajusté sur la face intérieure de la bague pour centrer le sous-ensemble sur la partie socle de l'organe de connexion 104. Etant donné que l'organe annulaire est de préférence élastique, il protège en même temps le sous-ensem-ble contre les chocs mécaniques auxquels la bague peut être expo— 25 sée. Une plaque annulaire d'appui 112 surmonte le sous-ensemble 200 et repose sur la couche de contact cathodique 244. La plaque d'appui annulaire peut être fabriquée avec les.mêmes matériaux que la plaque d'appui 250, mais elle n'est pas limitée aux métaux 30 ayant un coefficient de dilatation thermique correspondant aussi étroitement à celui de l'élément semiconducteur, lorsque cette plaque annulaire d'appui, n'est, pas directement fixée à l'élément semiconducteur. Bien qu'il soit envisagé que la couche de contact cathodique, la couche de contact de la porte principale et la cou-35 che de contact de la porte pilote soient toutes, fixées directement à l'élément semiconducteur, ces couches peuvent être formées en l'un quelconque parmi toute une gamme, de métaux connus comme étant capables de former., des couches adhérentes sur des éléments semiconducteurs, notamment 1'aluminium, l'or, l'argent, le vanadium, 40 le platine, le nickel, le tungstène, le chrome, le molybdène, le 70 10154 9 2041091 tantale et les combinaisons multi-couches.On peut y parvenir en donnant une faible épaisseur aux couches de contact, de l'ordre « de 100 A à 0,025 mm, de sorte que la proportion d'efforts dus aux tensions thermiques, qui peut être transmise à l'élément semicon-5 ducteur par les couches de contact, reste négligeable, en dépit de grandes différences de caractéristiques de dilatation thermique. Il va de soi qu'au cas où les couches de contact sont formées de métaux qui approchent les caractéristiques de dilatation thermique du matériau semiconducteur, elles peuvent avoir line 10 plus grande épaisseur. On notera sur la figure 4 que la plaque annulaire d'appui est supportée par la couché de contact cathodique, mais est maintenue à distance de la couche de contact de la porte principale. A sa face supérieure, la plaque annulaire d'appui porte une mince couche malléable 114, semblable à la cou-15 che malléable 252. La plaque annulaire d'appui est maintenue centrée par rapport au sous-ensemble 200 par un organe annulaire de centrage 116 qui coopère avec le bord interne de la plaque annulaire d'appui et avec une partie inférieure de contact 118 d'un ressort conduc-20 teur de porte 120. De préférence, l'organe de centrage est en un matériau diélectrique. L'extrémité externe du ressort conducteur de porte est adaptée à glissement dans une cavité 122 d'un organe de connexion de porte 124. L'organe de connexion de porte est incorporé de façon étanche dans la bague 108. 25 Une partie socle 125 d'un organe de connexion d'enveloppe 126 repose sur la couche malléable de la plaque annulaire d'appui et est susceptible de former par compression un contact ohmique à basse impédance avec cette couche. L'organe de connexion 126 est identique à l'organe de connexion 104, à cette exception qu' 30 il est muni d'une rainure centrale 128 dans laquelle est logé un revêtement isolant 130. La rainure permet au ressort conducteur de porte d'atteindre la face supérieure centrale de l'élément semiconducteur, tandis que le revêtement s'oppose à un court-circuit entre le ressort conducteur de porte et 1'organe de con-35 nexion d'enveloppe 126.- La rainure empêche également le ressort conducteur de porte de se tordre latéralement. L'organe de connexion d'enveloppe est fixé de façon étanche à une bride 132, laquelle est munie à son tour d'un rebord périphérique 134. Une bride à rebord 136 associée est fixée de façon étanche à la bague 40 isolante. 70 10154 10 2041091 On peut considérer que les procédés de façonnage des différents éléments du redresseur commandé de l'invention sont bien connus dans la technique et qu'il n'y aurait aucun intérêt à les décrire une fois de plus. Lors du montage du redresseur commandé, 5 l'organe de connexion 104, la bride 106, la bague 108, la borne de porte 124 et la bride à rebord 136 sont tout d'abord réunis pour former une partie inférieure d'enveloppe. La plaque d'appui 250, sur laquelle est fixée la mince couche malléable 252, et l'élément semiconducteur 202 avec les couches de contact 240, 242 et 10 244 sont unis à l'organe annulaire moulé 254. Le sous-ensemble 200 qui en résulte est alors déposé sur la partie socle de l'organe inférieur de connexion d'enveloppe. Puis l'organe de centrage 116 est adapté contre le bord interne de la plaque annulaire d'appui 112 qui est ensuite placée sur la couche de contact cathodi— 15 que. Le ressort conducteur de porte 120 est inséré dans la cavité 122 de la borne de porte, puis on le fait pivoter en fléchissant de force son extrémité inférieure 118 vers le haut, de façon à faire pénétrer cette extrémité dans l'ouverture centrale de l'organe de centrage. L'organe de connexion 126 est fixé à la bride 20 132 pour former une partie supérieure d'enveloppe. La partie supérieure d'enveloppe avec le revêtement 130 dans la rainure 128 de l'organe de connexion est alors placée de telle manière que la partie socle 124 recouvre la plaque annulaire d'appui. La rainure 130 est orientée de façon à loger le ressort conducteur de porte. 25 La bride 132 est placée de telle manière que le rebord 134 prenne contact de préférence avec la bride à rebord 136 après que la partie socle 124 de l'organe de connexion 126 exerce une certaine pression sur la couche malléable 114 à la surface supérieure de la plaque d'appui. Le rebord 134 et la bride à rebord 136 30 sont alors soudés à froid en rapport d'étanchéité, tout en créant Une force de compression entre les organes de connexion d'enveloppe. Lorsque le redresseur est mis.en service, des forces de compression sont appliquées aux organes de connexion supérieur et inférieur 126 et 104, selon un procédé, connu dans la technique, 35 de sorte que le sous-ensemble 202 soit en contact ohmique à basse impédance avec les organes de connexion d'enveloppe. Le redresseur commandé par porte ou thyristor 100 de l'invention est susceptible de remplacer des thyristors classiques comportant un conducteur de porte à la base cathodique. Néan-40 moins, le redresseur commandé de l'invention, grâce à sa struc 7.0 10154 2041091 J J . ture particulière, est capable de bloquer des tensions aux bornes plus élevées, de résister à des taux plus élevés d'accroissement de tension et de courant, même à des fréquences de répétition élevées, et d'être commuté de l'état de blocage à l'état conducteur 5 par un signal de porte plus faible que les thyristors classiques comparables. On pourra se rendre compte de certains aspects du fonctionnement du redresseur commandé 100 selon l'invention en considérant le soûs-ensemble 200 comme un thyristor pilote ou amplificateur 10 de signal de porte et un thyristor principal qui sont rendus unitaires structurellement par des couches communes émetteur anodique, base anodique et base cathodique. Comme on peut le voir, le thyristor pilote ou amplificateur de signal est constitué par la partie pilote annulaire 212 de la couche émetteur cathodique, 15 ainsi que par les parties de la couche base cathodique 208, de la couche base anodique 206 et de la couche émetteur anodique 204 qui se trouvent au-dessous de la partie pilote de la couche émetteur cathodique. Le thyristor principal est formé des parties restantes des couches émetteur anodique, base anodique et base catho-20 dique, ainsi que de la partie principale 214 de la couche émetteur cathodique• - Pour considérer les possibilités du redresseur commandé en ce qui concerne le blocage de la tension directe et inverse, on peut voir qu*étant donné que le thyristor pilote ou amplificateur 25 dé signal de porte est intégré structurellement, en position centrale, dans le thyristor principal, il ne présente pas de surface marginale extérieure qui pourrait être affectée par des gradients de tension. Par conséquent, l'intégration structurelle du thyristor pilote au centre du thyristor principal simplifie grandement 3q la question de l'amélioration des possibilités de blocage de tension par rapport aux conditions qui existeraient si l'on cherchait à formér le thyristor pilote séparément du thyristor principal. La protection contre le claquage de surface de la combinaison intégrée de thyristors selon l'invention est simplement obtenue par 35 le biseautage du bord externe du thyristor principal. Le bord 235 biseauté en anneau, qui coupe la jonction émetteur anodique, est biâeauté positivement pour accroître la capacité de tension de blocage inverse du thyristor, tandis que le bord annulaire biseauté 2-37 qui coupe la jonction collecteur est biseauté négativement 40 pour accroître la tension de blocage directe qui peut être appli- 70 10154 12 2041091 quée sans claquage de surface. Ces deux bords biseautes, en même temps que l'organe annulaire 254 qui sert de passivant de jonction protégeant la surface bordante du thyristor principal contre la contamination, permettent le blocage de différences de potentiel 5 élevées appliquées aux bornes. L'activation du rédresseur commandé 100 peut être analysée commodément sous la forme d'une activation initiale du thyristor pilote, qui produit à sa sortie un signal de porte amplifié, lequel entraîne le thyristor principal à l'état conducteur. Pour 10 mieux se représenter le processus, on considérera la figure 7 qui est un schéma fonctionnel du redresseur commandé ÎOO selon l'invention, monté électriquement en série avec une source de potentiel 302 et une charge 304. Il est bien entendu que.ce schéma fonctionnel représente seulement line approximation de certains 15 aspects fonctionnels du redresseur commandé et ne constituent pas un équivalent fonctionnel complet en ce qui concerne toutes les caractéristiques de performance du dispositif. Les éléments correspondants du redresseur commandé, représentés schématiquement sur la figure 7, ont reçu les mêmes caractères de référence qui 20 ont été utilisés à propos des figures 1 à 6 inclusivement. En supposant que la plaque d'appui 250, contiguë à la couche émetteur anodique 204, soit positive par rapport à la couche de contact cathodique 244, de sorte qué le dispositif est initialement à l'état de blocage de tension directe, le thyristor 100 25 est activé par l'application d'un signal de porte, par le ressort conducteur de porte 120, à la couche base cathodique 208. Dans la pratique, le signal de porte est transmis par la couche 240 de contact de porte pilote à la partie porte pilote 218 de la couche base cathodique, qui est située au cëntre de la partie pilote de 30 la couche émetteur cathodique. Comme d'habitude, le signal de porte est choisi positif-par rapport à la couche de contact cathodique, mais il est typiquement moins positif que la plaque d'appui 250. - Le -thyristor pilote 306- est activé initialement par conduc-35 tion entre la couche de contact de porté pilote et le méplat 217 prévu sur le-bord interne de la partie pilote annulaire. Le plasma conducteur initial tend à diffuser à partir du méplat le long dé la périphérie de la partie piloté annulaire. Une très petite • fractiôn du plasma peut diffuser dans la partie en pont 216 qui 40 relie les parties principale et pilote de la couche émetteur ca— 70 10154 13 2041091 thodique. Mais la diffusion de plasma à travers le pont est maintenue à un niveau très faible, car on notera que la partie en pont, contrairement à la partie pilote et à la partie principale de la couche émetteur cathodique, est dépourvue de contact direct avec un conducteur électrique à basse impédance. Par contre, la couche de contact de porte principale recouvre directement la partie pilote de la couche émetteur cathodique, en contact ohmi-que à basse impédance avec elle. Il est donc visible que la partie en pont 216 constitue en fait un trajet de conduction à impédance relativement élevée, en parallèle avec le-trajet de conduction à impédance très basse constitué par la couche de contact de porte principale, de sorte que ce trajet exerce une influence négligeable sur le fonctionnement du dispositif à ce stade de 1'activation. Le thyristor pilote étant activé, la. partie, pilote 212 s'élève au potentiel de la plaque d'appui anodique 250 et délivre au thyristor principal 308, par la couche de contact de porte principale, un signal de porte positif amplifié. Non seulement le thyristor pilote a pour fonction de transmettre le signal de porte pilote initial au thyristor principal, mais il amplifie en outre fortement ce signal. Etant donné qu'un signal amplifié dans une mesure relativement grande est mis à la disposition de la couche émetteur cathodique du thyristor principal, une densité de courant suffisante pour activer uniformément le thyristor principal est fournie, alors même que le signal d'activation est réparti sur toute la couche de contact principale, comprenant la partie centrale 222, les parties appendiculaires 224 et les branches 226, 228 et 230. L'imbrication des parties appendiculaires avec la partie principale 214 de la couche émetteur cathodique permet 1'activation complète de celle-ci à une très grande vitesse, de sorte que des taux d'accroissement de courant extrêmement élevés peuvent être supportés sans risque d'endommagement du dispositif.il était admis jusqu'ici que le temps de montée du courant s'élève en proportion directe de la surface de la couche émetteur cathodique, étant donné que la vitesse de diffusion latérale du plasma à travers une couche émetteur cathodique lors de 1'activation est pratiquement constante. Grâce à l'imbrication de la partie porte principale avec la partie contact principale, la surface de la jonction émetteur cathodique 238b qui est initialement atteinte 70.10154 14 2041091 par le signal de porte amplifié appliqué aux parties contiguës de la couche base cathodique est multipliée plusieurs fois. En même temps, les parties appendiculaires et les branches qui s'y raccordent donnent accès aux parties de la couche émetteur cathodique 5 principale qui sont normalement très éloignées de l'origine du signal de porte amplifié. Le résultat en est que la distance moyenne sur laquelle le plasma doit diffuser latéralement dans la couche émetteur cathodique lors de 1'activation est fortement réduite et que le temps d'activation est réduit en conséquence. 10 XI y a lieu de noter que l'avantage d'une possibilité d'acti vation rapide est atteint avec un minimum de complications du dispositif. Par exemple, la plaque annulaire d'appui 112 qui coopère avec la couche de contact cathodique 244 n'exige aucun usinage ou positionnement spécial pour être adaptée à la surface supérieu— 15 re imbriquée du sous-ensemble. Cela peut être attribué au fait que la partie de surface formant porte principale de 1'élément semiconducteur est formée de manière à être à distance au-dessous de la surface supérieure de l'élément semiconducteur. Selon ce qui ressort manifestement de la figure 4, la plaque annulaire d'appui 20 peut ainsi être dégagée de la couche 242 de contact de porte principale, ce qui évite un contact ohmique direct avec celle-ci. En fabriquant des redresseurs commandés semblables au redresseur commandé 100, mais dépourvus de la partie en pont 216 et du méplat 217 sur le bord, interne de la partie pilote annulaire, il 25 a été constaté que les dispositifs peuvent être activés rapidement et fidèlement selon le mode décrit ci-dessus, pourvu qu'un signal suffisant d'excitation de porte soit initialement délivré. Avec un faible signal de porte appliqué à la borne de porte 124, il a été observé un endommagement du dispositif. Cela peut être 30 attribué à une tendance du thyristor pilote ou amplificateur de signal de porte à se désactiver avant 1*activation complète du thyristor principal. Il en résulte que le courant qui est conduit par le thyristor pilote partiellement activé est massé dans une petite surface, de sorte qu'il se produit des densités de courant 35 de niveau inadmissible qui surchauffent ou détruisent la petite surface du thyristor pilote qui demeure à l'état conducteur. Cette tendance à la désactivation peut être considérée comme attribu— able au fait que la partie pilote de la couche base cathodique s'élève vers le potentiel de la couche émetteur anodique en con-40 séquence de l'activation du thyristor pilote.-Il peut en résulter 70 10154 15 2041091 que la porte pilote soit plus positive que la source de tension de porte, ce qui donne lieu à un courant inverse à partir de la porte, de sorte que le thyristor pilote tend à se désactiver. - Le rôle de la partie en pont 216 de la couche émetteur catho-5 dique est de constituer un chemin le long duquel' le courant de conduction peut diffuser à partir de la partie pilote de la couche émetteur cathodique vers la partie principale. Cette voie d'échappement s'oppose à ce que le courant conduit par le thyristor "pilbte soit amassé avec une densité suffisante au niveau du 10 périmètre de la partie pilote pour qu'il en résulte un surchauffage etj: à l'extrême , une destruction du dispositif. Malheureusement, la partie en pont 216 n'est efficace que si le mécanisme de désactivation du thyristor pilote est tel que le courant de conduction du thyristor pilote s'amasse dans sa direction. En 15 d'autres termes, si le mécanisme de désactivation amasse le cou- • rânt de conduction vers un bord de la partie pilote distante de la partie en pont, cette dernière ne sera pas en mesure de constituer 'une voie pour la diffusion du courant vers la partie principale de la couche émetteur cathodique. 20 Pour assurer l'aptitude de la partie en pont à diffuser le courant, au cas où surviendrait une tendance quelconque à la dé------ sactivàtion, par exemple par une tentative de déclenchement d'ac-: tivation avec un faible signal de porte, il est prévu un méplat 217 sur le bord interne de la partie pilote de la couche émetteur 25 cathodique. Ce méplat sert à réduire l'écart entre la couche de • Contact de porte pilote et le bord interne de la partie pilote annulaire, de sorte que 1'activation de la partie pilote annulaire se-produise préférentiellemerit au niveau du pépiât et diffuse à partir de celui-ci vers le reste de la partie pilote annulaire. La 3 70 10154 16 2041091 tivé. En réduisant l'écart entre la couche de contact de porte pilote et la partie pilote en un point donné de cette dernière, on peut fixer la position angulaire du point auquel le courant est couplé en premier lieu et est découplé en dernier lieu. En consé-5 quence, ce point peut être placé angulairement au voisinage de la partie en pont, de sorte que cette dernière soit disponible pour empêcher l'amas de courant et la désactivation du thyristor pilote avant 1'activation du thyristor principal est exclue. Une autre caractéristique saillante du redresseur commandé 10 de l'invention réside dans le fait qu'il est capable de supporter des taux élevés d'élévation de tension sans être commuté de 1 ' é-tat de blocage à l'état conducteur, sauf lorsque cela est indispensable pour éviter une destruction du dispositif. Lorsque le redresseur commandé de l'invention est à l'état de blocage direct et que 15 la différence de potentiel aux bornes s'élève'rapidement pour accroître la chute de tension directe à travers le dispositif, la largeur de la couche d'arrêt associée à la jonction collecteur de blocage augmente elle aussi rapidement. Il en résulte que les porteurs minoritaires dans la couche base anodiques sont balayés à 20 travers la jonction collecteur vers la couche base cathodique. Si l'on suppose que les régions 232 de la couche base cathodique étaient omises, un.nombre correspondant de trous traverserait la partie principale 238b_ de la jonction émetteur cathodique, provoquant l'injection d'un grand nombre d'électrons à partir de la 25 couche émetteur cathodique dans la couche base cathodique et à travers la jonction collecteur. Si l'élévation de tension est •suffisamment rapide, il s'établit une densité de courant suffisante pour provoquer une commutation du dispositif à l'état conducteur, sans qu'aucun signal de portrait été appliqué. 30 - Du 'fait de la présence des régions 232, un trajet de conduction de courant est établi à partir de la couche base cathodique, en parallèle à la jonction émetteur cathodique. Cela réduit le nombre de-trous et d'électrons qui traversent cette jonction en ..v. ... réponse à un taux élevé d'élévation de tension et cela réduit >35 effectivement toute tendance du dispositif à être activé sans signal de -porte. L'une des caractéristiques importantes de l'invention consiste en ce que les régions 232 de la couche base cathodique sont disposées de façon à être entourées par les zones de la partie 40 principale de la couche émetteur cathodique lés plus éloignées de 70 10154 17 2041091 l'intersection de la partie de surface 220 de la couche base cathodique formant porte principale avec la couche émetteur cathodique. XI en résulte deux avantages inattendus. D'une part, un court-circuit entre la couche base cathodique et la couche de 5 contact cathodique, pour améliorer les caractéristiques d'élévation de tension admissible, est réalisé, avec un effet très minimal sur la sensibilité de porte du thyristor principal. Si les court-circuits de la couche base cathodique étaient disposés à proximité de la couche 242 de contact de porte principale, une 10 fraction importante du courant de porte pour le thyristor principal by-passerait la jonction émetteur cathodique et la sensibilité du thyristor principal au signal de porte s'en trouverait diminuée. D'autre part, en disposant les régions 232 de telle manière que les régions de la couche émetteur principal, qui se-15 raient autrement les plus éloignées de l'intersection de la partie de surface formant, porte principale et de la couche émetteur . principal, soient en fait supprimées par les régions 232, la nécessité de ménager du temps à 1'activation pour que le courant diffuse latéralement dans ces régions est éliminée et le temps 20 total d'activation du dispositif est amélioré, en même temps que l'amélioration de l'aptitude du dispositif à traiter des élévations de tension plus rapides. Il s'agit là d'un avantage inattendu. Il y a également lieu de noter que la couche de contact ca- y 25 thodique 244 fournit une connexion ohmique directe avec la couche base cathodique, non seulement par les régions 232, mais aussi le long de la périphérie de la partie principale de la couche émetteur cathodique. Le court-circuit périphérique entre la couche base cathodique et la couche de contact cathodique complète 30 1.'effet des régions 232 pour empêcher une activation indésirée du redresseur commandé en cas d'élévations rapides de tension. La présence de zones court-circuitées relativement grandes près du bord de l'élément semiconducteur est désirable, étant donné que la tendance à î'activation en réponse à une élévation rapide de 35 tension est maximale à proximité de la périphérie de l'élément semiconducteur. Si la couche de contact cathodique était court-circuitée le long de toute la périphérie de la couche émetteur cathodique, le thyristor, lorsqu'il est soumis à un niveau élevé de tension sta-40 tique à l'état de blocage, serait exposé au risque d'endommage— 70 10154 18 2041091 ment de surface à la périphérie, attribuable aux courants élevés de claquage de surface par avalanche. C'est pour protéger le dispositif contre ce risque éventuel que sont prévus les évidements 246 à distance les uns des autres le long de la périphérie de la couche de contact cathodique. Au cas où le redresseur commandé serait soumis par inadvertance à une tension statique très élevée entre ses bornes parcourues par le courant principal alors qu'il est à l'état de blocage, une proportion notable de courant s'écoulera sur la surface vers la partie de la couche de contact cathodique court-circuitant la périphérie de la couche émetteur cathodiquè. Toutefois, avant que le courant n'atteigne un niveau destructif, le redresseur sera activé à proximité des évidements 246. Cela assure un transfert vers l'intérieur d'une partie du courant porté à la surface de l'élément semiconducteur et une répartition du courant sur une surface de conduction plus grande, de façon à réduire à un minimum le risque d'apparition d'une surchauffe locale à la surface. XI est bien évident que le biseautage de la périphérie du dispositif, ainsi que l'emploi de l'organe annulaire 254 en un matériau passivant s'ajoute à l'effet des évidements 246 pour protéger l'élément semiconducteur contre 11endommagement de surface. Les figures 8 et 9 représentent une forme modifiée de l'invention. Les éléments identiques à ceux du redresseur commandé 100 ont reçu les mêmes caractères de référence et ne seront pas décrits de nouveau en détail. L'élément semiconducteur 400 a une forme identique à celle de l'élément semiconducteur 202, à cette exception que la partie en pont 216 de la couche émetteur cathodique est supprimée et qu'il est prévu une partie pilote auxiliaire 402, reliée d'un seul tenant à la partie pilote annulaire 212 par une partie 404 à impédance relativement élevée. De préférence, la partie 404 à haute impédance est en un matériau semiconducteur de type N, de même que le reste de la couche émetteur cathodique. La haute impédance relative à cette partie provient de la largeur de la connexion que cette partie fournit entre la partie pilote et la partie pilote auxiliaire. La haute impédance peut être également introduite par corrosion sélective de cette partie de l'élément semiconducteur, de sorte que son épaisseur soit réduite par rapport à celle de la partie pilote et de la partie pilote auxiliaire. De toute façon, on notera que la partie à haute impédance 404 est en un matériau semiconducteur de type N 70 10154 19 2041091 ayant la même résistance propre que le reste de la couche émetteur cathodique. En conséquence, aucun contrôle spécial de formation de la couche émetteur cathodique, à part un contrôle de la forme du masque, n'est nécessaire pour la formation de la partie 404. Il 5 est toutefois envisageable d'élever l'impédance de la partie 404 par rapport à la partie pilote et à la partie pilote auxiliaire en donnant à cette partie une résistance propre relativement plus élevée^, à la place ou en combinaison avec les techniques ci-dessus mentionnées, visant à l'obtention d'une connexion à haute im-. 10 pédance. Un autre caractère structurel distinctif de la forme d'exécution .modifiée consiste en ce que la couche de contact 406 de la porte principale, qui est par ailleurs identique à la couche de contact de porte principale 242, recouvre la partie pilote auxiliaire et la partie 404. 15 On-comprendra nettement la différence de fonctionnement de l'élément semiconducteur 400 en se référant à la figure 9. Alors que,.dans la disposition de l'élément semiconducteur 202, la partie en, pont 216 constitue une voie de transport du courant en parallèle, avec la couche de contact de porte principale 242, la dis-20 position de l'élément semiconducteur 400 offre l'avantage qu'il est dépourvu d'une telle voie' parallèle de transport du courant. En conséquence, la totalité du courant de sortie du thyristor pilote 408 est disponible pour agir en tant que signal de porte amplifié sur le thyristor principal 410. Toutefois, cela n'est pas 25 contre-balancé par des inconvénients, étant donné que la partie 404 à haute impédance qui aboutit à la partie pilote auxiliaire 402 joue le même rôle que la partie en pont 216, en constituant une voie pour, la diffusion du courant, de sorte que toute tendance de l'élément semiconducteur 400 à se désactiver avant 1'activation 2q de. la,partie principale de la couche émetteur cathodique est ex— çluf. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce.qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application, non plus qu'à ceux des modes de réalisation 35 de ses. diverses parties, ayant été plus spécialement indiqués ; elle en ..embrasse, au contraire, toutes les variantes. 70 10154 20 2041091 REVENDICATIONS 1. Redresseur commandé comprenant un élément semiconducteur qui présente deux couches émetteur et deux couches base intermédiaires, contiguës à ces couches, ayant un type de conductivité oppo- 5 se et formant des jonctions avec elles, ce redresseur étant caractérisé par le fait que l'une des couches émetteur est composée d'une partie pilote et d'une partie principale reliées par une partie en pont, une couche de base contiguë à ladite couche émetteur présentant une partie de surface formant porte pilote et une 10 partie de surface formant porte principale, séparées par la partie pilote de ladite couche émetteur, la partie de surface formant porte principale étant contiguë à la partie principale de ladite couche émetteur, des moyens de porte étant associés à la partie de surface formant porte pilote,, des moyens étant associés 15 à la partie pilote de ladite couche émetteur pour déclencher la conduction à travers l'élément semiconducteur au voisinage de la partie en pont de ladite couche émetteur,- des moyens conducteurs électriques à basse impédance reliant la partie pilote de ladite couche émetteur à la partie de surface formant porte principale 20 de la couche base contiguë, et des premiers et seconds moyens de connexion principale, traversés par le courant, étant respectivement associés à la partie principale de ladite couche émetteur et à l'autre couche émetteur. 2. Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé 25 par le fait que la partie en pont de ladite couche émetteur présente une impédance supérieure à celle du reste de cette couche émetteur. 3. Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie en pont est dépourvue de contact direct 30 avec un conducteur métallique. 4. Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie pilote de ladite couche émetteur a une forme annulaire et que les moyens de déclenchement de conduction constituent une partie associée à un bord interne de la partie pi- 35 lote annulaire, située plus-près de la porte que tout autre point de la partie pilote. 5. Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la partie pilote de ladite couche émetteur a une forme annulaire et que les moyens de déclenchement de conduction 40 constituent un méplat sur le bord interne de la partie pilote 70 V0154 21 2041091 annulaire. 6. Redresseur commandé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite couche émetteur est constituée par une partie pilote, une partie pilote auxiliaire et une partie principale, 5 la partie pilote auxiliaire et la partie pilote étant reliées d'un seul tenant par des moyens qui établissent un trajet conducteur à haute impédance d'inter-connexion entre elles, la partie de surface formant porte principale étant contiguë à la partie principale de ladite couche émetteur et séparant les parties pilote et pilote 10 auxiliaire de la partie principale de ladite couche émetteur, des moyens étant associés à la partie pilote de ladite couche émetteur pour déclencher la conduction à travers l'élément semiconducteur à proximité de la partie pilote auxiliaire de ladite couche émetteur. 15 7. Redresseur commandé selon la revendication 6, caractérisé par le fait que la partie pilote auxiliaire est en contact avec les moyens conducteurs électriques à basse impédance. 8. Redresseur commandé selon la revendication 6,. caractérisé par le fait que la partie pilote de ladite couche émetteur a une 20 forme annulaire et que les moyens de déclenchement de conduction sont constitués par une partie associée à tm bord interne de la partie pilote annulaire, située le plus près de la porte que tout autre point de la partie pilote.