Brevet FR2049084A1 — publié le 19710326

i 2049084 La présente invention concerne d'une façon générale des commutateurs de courant électrique solides à semiconducteurs multi-couches, et se rapporte plus précisément à un redresseur commandé, de forte puissance (généralement désigné sous le nom de thyristor 5 ou SCR) dont les caractéristiques ont été améliorées. Un thyristor classique se compose d'un corps en forme de disque mince et de large surface, formé de quatre couches distinctes de matériau semi-conducteur (silicium), les couches voisines présentant des conductivités de types différents et constituant 10 trois jonctions P.N. (redresseuses) placées en série-et en opposition. Deux électrodes, l'anode et la cathode, servant à conduire le courant principal sont munies de contacts ohmiques de faible résistance qui les relient à la surface extérieure des deux couches extrêmes du disque de silicium ; pour commander le passage de cou-15 rant entre ces électrodes, le corps est en général muni d'au moins une électrode de contrôle. Pour compléter le dispositif, on scelle le disque de silicium dans un boîtier protecteur isolant et on peut le relier extérieurement aux circuits électriques de puissance et de contrôle, par l'intermédiaire de ses électrodes principales 20 et de contrôle. Lorsqu'on branche un thyristor en série avec une impédance de charge et une source de tension de polarisation directe, normalement aucun courant ne passe entre son anode et sa cathode, jusqu'à ce qu'on fournisse un faible courant d'amplitude et de 25 durée appropriée, à l'électrode de contrôle, ce qui le fait brusquement basculer d'un état où il présente une forte impédance à un état de conduction directe où il présente une très faible impédance. Si on abaisse l'intensité du courant de charge au-dessous d'un niveau de maintien donné, le système revient à son état blo-30 quë. Les thyristors présentant le plus d'intérêt sont ceux qui possèdent une puissance nominale relativement élevée. Lorsqu'ils ne sont pas amorcés, ils peuvent bloquer des tensions inverses élevées, de l'ordre de 1800 volts ou plus, pour la tension 35 de crête en inverse, en régime de conduction ils sont susceptibles de laisser passer de forts courants directs de l'ordre de 50 à 1000 ampères (courant moyen). On remarquera également les thyristors haute fréquence (3000 Hz par exemple) travaillant dans des gammes de tensions moins élevées (de l'ordre de 300 volts pour la 40 tension de crête en inverse). On peut obtenir ces régimes perma- 70 15671 2 2049084 lients élevés en utilisant des semi-conducteurs présentant de larges surfaces de conduction et des couches internes (base) relativement épaisses. Mais, en raison de leurs grandes dimensions, de tels dispositifs sont susceptibles de présenter des caractéristi-5 ques de commutation ne donnant pas entière satisfaction dans de nombreuses applications. En règle générale, pour un thyristor de puissance, on cherche à obtenir des caractéristiques d'amorçage telles que : 1) le facteur di/dt soit élevé 2) la tension d'amorçage soit fai-10 ble 3) le temps de délai d'amorçage soit court. Autrement dit, dès que le thyristor est amorcé, on souhaite que la plus grande partie possible de sa surface active soit conductrice aussi rapidement que possible, pour une tension de polarisation directe aussi faible que possible. En pratique, on arrive maintenant à ce résultat 15 avec un succès étonnant en utilisant un dispositif à émetteur unique dans lequel le pouvoir d'amorçage di/dt de ce type d'électrode de contrôle "positive" est fonction de l'excitation appliquée à l'électrode de contrôle et il a été nécessaire d'utiliser une "forte" excitation, pour l'électrode de contrôle pour que ce paramètre soit 20 aussi élevé que possible. On travaille à forte excitation de commande lorsqu'on excite la zone de commande du thyristor par une quantité d'énergie nettement supérieure (5 à 10 fois plus) à la quantité d'énergie minimale en critique qui est juste nécessaire pour amorcer le dispositif. Les dispositifs à forte excitation de com-25 mande .sont en général plus coûteux à réaliser et moins efficaces -que les dispositifs à commande faible en "douce". Aussi, le but essentiel de cette invention est-il d'apporter des perfectionnements plus poussés à un thyristor à fort courant et haute tension, et d'obtenir ainsi les caractéristiques d'amorçage souhaitées sans 30 surexciter l'électrode de commande. Le thyristor suivant la présente invention est un thyristor de type classique possédant certaines caractéristiques supplémentaires décrites ci-dessous. Dans la région auxiliaire de l'émetteur, en plus de la zone extérieure pour le raccordement de 35 l'électrode de contrôle, on prévoit une deuxième zone disposée entre la zone extérieure et le bord latéral adjacent de la zone principale de 1'émetteur. Une partie de la surface de la seconde zone est recouverte d'un ilôt de matériau semi-conducteur, à une certaine distance de la cathode du dispositif et écarté dudit bord» 40 Si 1'anode et la cathode du dispositif sont reliés, en série, à 70 15671 3 2049084 une source extérieure de tension de polarisation directe et à une charge, et si l'électrode de contrôle est alimentée par une faible excitation de commande positive, le dispositif devient progressivement conducteur dans la zone de la pastille de semi-conducteur 5 qui se trouve directement située sous l'ilôt évoqué ci-dessus. Les diverses parties de l'émetteur sont réalisées et disposées de façon que le courant de charge qui traverse la zone initialement conductrice puisse servir de signal d'amorçage amplifié pour une zone plus large de la pastille de semiconducteur située sous la 10 cathode, en bordure de la région principale de l'émetteur. La présente invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante d'une forme de réalisation particulière donnée à titre d'exemple et représentée au dessin annexé dans lequel : la figure 1 est une vue de dessus du dispositif de commu-15 tation à semiconducteurs construit selon la forme de réalisation préférée de la présente invention ; la figure 2 est une vue en élévation, partiellement en coupe, de la moitié droite du dispositif représenté dans la figure 1 ; 20 la figure 2a est une vue simplifiée et agrandie de la région auxiliaire de l'émetteur du dispositif représenté dans la figure 2 ; la figure 3 est un schéma de montage de ce dispositif dans un circuit électrique ; 25 là figure 4 est une vue de dessus partielle, analogue à la figure 1, d'une seconde forme de réalisation du dispositif suivant l'invention, et la figure 5 est une vue .en coupe transversale partielle, analogue à la figure 2, d'une autre forme de réalisation du dispo-30 sitif suivant l'invention. v - En se référant maintenant aux figures 1 et 2, on a représenté une pastille 11 en forme de disque à conduction asymétrique formé de quatre couches ou zones 12, 13, 14 et 15 de matériau semi-conducteur (du silicium de préférence) juxtaposées les 35 unes aux autres entre deyx électrodes métalliques principales 16 et 17 éloignées l'une de l'autre. Deux couches adjacentes de la pastille 11 ont des conductivités de type différent et, en conséquence, leurs surfaces de contact déterminent des jonctions redresseuses respectivement désignées par J1,J2, J3. Plus préçisé- 40 ment, comme représenté dans- la figure 2,; la conductivité de la 70 15671 4 2049084 couche extrême inférieure 12 de la pastille est du type P, celle de la couche intérieure 13 qui lui est adjacente est du type N, celle de la couche intermédiaire suivante 14 est du type P et celle de la couche extrême supérieure 15 est du type N. La dernière cou-5 che citée sera désignée sous le nom d'émetteur. Une des électrodes principales, l'électrode 16 est reliée par un contact ohmique à la couche extrême 12 de type P et elle sera désignée sous le nom d'anode du dispositif illustré ; de façon analogue, l'autre électrode principale 17 est reliée par un contact ohmique à la couche extré-10 me opposée de type N, c'est-à-dire l'émetteur , et est désignée sous le nom de cathode. Bien que l'épaisseur ait été exagérée sur le dessina£in de le rendre plus clair, la pastille PNPN 11 est, en réalité, très fine, de l'ordre par exemple de 0,5 mm. D'autre part, le diamètre 15 de la pastille est en général assez grand, par exemple de l'ordre de 40 mm. Ainsi, chacune des trois jonctions redresseuses Jl, J2, J3, qui sont placées en série entre l'anode 16 et la cathode 17, présente une large surface. Bien que les diverses jonctions à l'intérieur du dispositif illustré soient représentées dans la figure 2 20 par des lignes horizontales continues, ceux qui sont familiers avec cette technique comprendront qu'en réalité ces limites de séparatim ne sont pas des surfaces planes individualisables. On a le choix, pour réaliser le dispositif décrit ci-dessus entre plusieurs techniques qui font partie de procédés d'é-25 laboration des semiconducteurs bien connus aujourd'hui. On peut, par exemple, utiliser l'un des procédés connus de diffusion pour former les deux couches du type P 12 et 14, dans une fine pastille de matériau semiconducteur de type N constituée par du silicium dopé au phosphore, dont la résistivité est de l'ordre de 60 ohm-30 cm. Au cours de cette opération, des impuretés acceptrices (de gallium par exemple) sont diffusées de part et d'autre de la pastille en nombre suffisant pour donner au matériau non dopé, sur une épaisseur de 0,1 mm environ, une conductivité de type P, la 19 concentration surfacique du gallium étant de 10 atornes/cm3. 35 Ainsi, par alliage d'un disque mince composé d'or à 99,5 % et d'antimoine à 0,5 X, et la couche 14 de type P de la pastille de silicium, on forme simultanément un émetteur de type N et la cathode adjacente. On arrive à contrôler cette opération pour faire en sorte que les impuretés donatrices (antimoine) reconvertissent 40 une partie 15 de la couche 14 en semiconducteur de type N sur une 70 15671 5 2049084 épaisseur approximative de 0,05 mm, la couche 15 reconvertie ayant 1 Q une concentration à peu près uniforme de 10 atomes d^antimoine par cm3. La partie restante du disque d'or-antimoine forme la cathode 17 qui est donc reliée à la couche d'émetteur 15 par un 5 contact ohmique de large surface. Au cours de cette même étape* on peut réaliser un contact ohmique de large surface entre la couche externe 12 de type P de la pastille de silicium et une couche 16 de papier d'aluminium ou d'un matériau analogue qui en épouse la surface, cette couche étant désignée sous le nom d'anode du dispo-10 sitif. En pratique, on peut fixer un substrat plus épais de tungstène, de molybdène ou d'un matériau analogue, sur la surface inférieure de cette anode. Au lieu de réaliser un alliage, on pourrait si on le désire utiliser, pour former 18 émetteur 15, une nouvelle diffusion (avec des impuretés donatrices telles que le 15 phosphore), ou encore utiliser un procédé de croissance épitaxiale* En accord avec la description précédente, une couche prédéterminée des deux couches extrêmes semiconductrices du dispositif décrit ci-dessus est divisée en deux zones juxtaposées disposées côte à côte. Dans les figures 1 et 2 on a divisé l'émetteur 20 15 de cette façon. L'une de ces régions, désignée par la suite sous le nom de région principale A, possède une face principale de surface relativement large (plus de 6 cm2) qui est en contact ohmique avec la cathode 17 ; cette région est la seule zone de l'émetteur en contact ohmique avec la cathode. La région auxiliaire qui lui 25 est adjacente latéralement et qui est située intérieurement par rapport à la région principale et centrée, de préférence, sur l'axe de la pastille de semiconducteur il, comme l'indique le schéma, n'est pas reliée à la cathode. Le dispositif est déclenché (amorcé) par des moyens implantés directement sur la petite sur-30 face libre 18 d'une portion relativement mince B,!, de la région auxiliaire de l'émetteur 15. On peut utiliser n'importe quel dispositif de déclenchement approprié. On pourrait, par exemple, irradier la plage libre 18 par un rayonnement électromagnétique plus particulièrement un 35 rayonnement infra-rouge. Ici, toutefois, on préfère, comme illustré, un dispositif d'amorçage comprenant une électrode de contrôle métallique 19 reliée par au moins un contact de faible surface à la plage libre 18. Ce contact n'est pas un contact ohmique, ce qui signifie que cette liaison est censée se comporter comme une résis-40 tance non linéaire de valeur relativement élevée à lrétat initial BAD ORIGNAL- 70 15671 6 2049084 et décroît lorsque la tension appliquée augmente. I,'électrode de contrôle est constituée, de préférence, par un fil d * aluminium soudé au centre de la région auxiliaire, pour former un contact métal-semiconducteur 20 situé en retrait par rapport au bord ou 5 au périmètre de la plage libre 18. La partie B" de la région auxiliaire est élaborée et disposée de façon que sa résistance latérale soit relativement importante. On pourrait parvenir à ce résultat en modifiant les propriétés électriques de la partie B" par rapport a celles de la 10 région principale A de l'émetteur 15» mais on préfère réduire son épaisseur (!'"épaisseur" de la région est sa dimension parallèle au flux principal de courant entre l'anode 16 et la eathode 17 du dispositif et on qualifie de "'latérale" la direction qui lui est perpendiculaire) . De préférence, la partie la plus mince B" de 15 région auxiliaire est obtenue par ds-v-pige chimique atz abrasion d'une portion circulaire concentrique de la surfaca e^cérieure initiale de l'émetteur de façon à évacvisr '.me quantité appréciable du matériau semiconducteur formant ns.i ts ?oueb.e; è -.jette opération, le matériau semiconduc'cent: restant se trcvrye disposé 20 sous une cavité pratiquée dans la pareille et se:; épaisseur se trouve réduite en conséquence, Comme on le voit clairement dans la figure 2» la surface libre 18 du matériau laissé sous cet pratiqué dans l'é metteur 15 se trouve abaissée, mais reste, dans ssa assemble parai-25 lèle au plan de la surfaca principale de la région adjacente A. Suivant la présente invention; la région e^i-dlli&ire, dépourvue de cathode, de l'émetteur 15 du dispositif 11, comprend une autre partie située entre la partie B3" précédemment décrite et l'un des bords de la région principal'? A. écrase on 1? vc-îe très 30 clairement dans les figures 1 et 2a, l'autre partie se subdivise en réalité en deux, parties annulaires concentriques B et B', La partie B qui, en réalité, constitue «ne région auxiliaire supplémentaire s ' étend,, latéralement, à partir du. bord interne de la région principale A, tandis que la partie B' borde et entoure la 35 partie circulaire centrale B". Ainsi la partie B' sépare les parties B" et B. En contact direct uniquement avec la partie intermédiaire B', se trouve une plage de matériau conducteur 21 servant de contact pilote (en or ou en aluminium par exemple). Cette plage couvre, de préférence, toute la surface annulaire de la partie B'. 40 Cette plage est éloignée de la cathode 17 et elle est séparée du BAD ORIGINAL 70 15671 7 2049084 contact 20 de l'éléctrode de contrôle (c'est-à-dire que la plage 21 ne recouvre pas la partie B" dans laquelle est implanté le dispositif d'amorçage). Au cours de la fabrication du dispositif 11, on peut 5 former simultanément la partie annulaire B' de l'émetteur 15, ainsi que la plage 21 qui la recouvre, et la région principale A ainsi que la cathode 17, la plage 21 étant alors séparée de la cathode par un procédé de décapage chimique- ou par un procédé analogue. La région auxiliaire B est réalisée et située de telle sorte 10 que la résistance de l'intervalle compris entre la plage 21 et la cathode 17 soit supérieure à celle de n'importe quelle section adjacente de la région principale A ayant des dimensions latérales correspondantes. S'il est nécessaire d'assurer à la partie B une résistance latérale donnée, on peut réduire son épaisseur en ména-15 géant, par décapage ou abrasion, une gorge annulaire dans sa surface extérieure initiale. Pour des raisons qui vont bientôt être expliquées, la résistance latérale de B ne doit pas être aussi grande que celle de B" ; on arrive facilement à ce résultat en contrôlant et en optimisant de façon appropriée le choix de quatre 20 paramètres : le diamètre de la partie B", la largeur de la partie B', l'écart entre B' et A, et l'épaisseur relative de B par rapport à B". Comme nous l'avons montré plus clairement dans la figure 2a, la partie B" est plus mince que la partie B. Pour obtenir un composant exploitable commercialement, on 25 peut monter le dispositif représenté sur les figures 1 et 2 dans un boîtier isolant fermé hermétiquement et de forme appropriée, les électrodes 16, 17 et 19 étant respectivement reliées à des bornes de sortie distinctes fixées sur le boîtier, ces bornes pouvant à leur tour être branchées dans des circuits électriques extérieurs 30 dans lesquels le dispositif sera inséré. La figure 3 est un schéma du redresseur commandé à semiconducteur complet, désigné par la référence 24, monté en série avec une charge 25 entre deux bornes 26 et 27 d'une source d'énergie électrique. Le redresseur 24 représente le dispositif 11 de forte puissance qui vient d'être décrit. 35 Pour amorcer cet élément, un signal d'amorçage est appliqué à son électrode de contrôle 19, par une source d'énergie appropriée, représentée dans la figure 3 par deux bornes 28 et 29 qui sont prévues pour être alimentées par une tension de Vg de polarité unique. Il existe toutes sortes de circuits de commande de porte suscepti-40 bles d'être utilisés dans jce but (voir par exemple au chapitre 5 70 15671 3 2049084 pages 205/247, de "Semiconductor Controlled Rectifiers" par F.E. Gentry et al (Prentice-Màll, INc, Englewood cliffs, N.J. 1964). La borne négative de la source de commande est reliée à la cathode 17 du redresseur commandé 24, bien qu'on puisse, si on le désire, la 5 relier à la plage 21. Le sens de propagation conventionnel du courant est orienté vers l'électrode de contrôle dans le sens de la flèche et on le désignera ici, par la suite, par courant positif de porte i . On pourra également amorcer le dispositif par un cou- O rant circulant dans le sens opposé ou sens négatif ce qui peut pré-senter des avantages dans quelques-unes des applications de la présente invention (bien qu'il ne soit pas représenté dans la figure 3, un circuit de filtrage fermé d'une résistance et d'une capacité en série est d'ordinaire placé en parallèle sur le redresseur commandé 24, tandis qu'une inductance limitant le facteur di/ 15 dt est placée en série). Lorsque le redresseur commandé 24 reçoit un courant de commande positif et une tension de polarisation directe positive (le potentiel de la borne 26 de la source étant positif par rapport à celui de la borne 27) le courant de cathode peut être suf-20 fisamment augmenté pour faire basculer le redresseur d'un état bloqué à un état de conduction du courant principal, à partir de ce moment-là l'électrode 19 perd son pouvoir de contrôle jusqu'à ce que le courant d'anode devienne inférieur à la valeur du courant de maintien et que le dispositif revienne à son état initial blo-25 qué. La présente invention permet de réaliser cet amorçage sans sacrifier les caractéristiques d'amorçage avantageuses du dispositif initial, mais, à l'inverse de ce premier dispositif, on est assuré d'obtenir un facteur di/dt élevé indépendamment de la nature, forte ou faible, de la commande. Par faible commande, on entend 30 une commande qui délivre un signal d'amorçage tel qu'un dispositif ayant des dimensions et des caractéristiques de puissance du même ordre que celles qui viennent d'être décrites, puisse être amorcé, ou déclenché, pour un courant de commande ne dépassant pas 0,1 ampère environ. 35 Une caractéristique propre à la présente invention est que la conduction du courant principal commence sous la plage 21, et que le parcours initial du courant comprend une portion latérale du matériau semiconducteur reliant la plage 21 et la cathode 17. L'émetteur 15 est réalisé et disposé de façon que le courant prin-40 cipal qui traverse cette portion transversale du parcours conduc 70 15671 9 2049084 teur initial, soit amené à traverser une longueur appréciable du bord de la région principale d'émetteur A. Dans la forme de réalisation préférée de la présente invention, le parcours latéral qui relie la plage 21 et la cathode 17 et conduit le courant principal 5 au début de l'amorçage, comprend la région annulaire, c'est-à-dire la partie B, de l'émetteur 15, Cette partie s'étend entre le bord intérieur de la région principale A et la partie B' de la région auxiliaire intérieure. Selon le principe du "champ induit" qui est l'objet du 10 brevet US N° 3.408.545 DeCecco, Piccone and Somos* une fraction appréciable du courant principal traversant la portion latérale du parcours initial du courant dans le dispositif 11, traverse la jonction redresseuse située entre la région principale A et la couche adjacente 14 de type P du semiconducteur, évitant ainsi la. 15 portion latérale et se comportant comme un nouveau signal qui est prépondérant pour amorcer une portion de large surface du semiconducteur située sous la cathode 17, au voisinage de la limite précitée de la région principale A. Cela permet d'accélérer la répartition du courant et assurer un facteur di/dt élevé, même si le 20 signal d'amorçage initialement fourni par le circuit: de contrôle prévu à cet effet est relativement faible» La conduction initiale cesse, dès que la portion principale dt?, dispositif est amorcée par le courant de commande amplifié provenant de la source d'énergie extérieure. 25 En se référant maintenant à la figure 2aP on va donner des explications plus complètes sur le processus d'amorçage, tel qu'il ae produit probablement dans ce dispositif. Lorsqu ' ort applique un signal d'excitation positif â l'électrode de contrôle 19, un courant de trous commence à se propager, dans la sens direct, à tra-30 vers la jonction PN située entre la couche interne 14 de type P de la pastille de semiconducteur et la partie B' de la région auxiliaire de l'émetteur 15, et simultanément des électrons, provenant de la partie B', sont injectés dans la couche 14. Tout ceci se produit au voisinage du périmètre "X" de la partie exposée B" de la région 35 auxiliaire initiale et, en conséquence, la conduction due au courant principal démarre sous la plage annulaire 21, le long d'une portion ou de la totalité de ce périmètre. La longueur du périmètre X qui devient conductrice dépend de l'amplitude du signal d'amorçage initialement appliqué» Pour atteindre la cathode 17, le 40 courant principal doit d'abôrd traverser la partie limitrophe B de BAD ORIGINAL 70 15671 10 2049084 la région auxiliaire, ce qui entraîne la création dfim champ électrique transversal. Ce phénomène fait passer le courant principal selon un trajet parallèle comprenant la couche adjacente 14 de type P et la jonction PN située entre cette couche et la région 5 principale À de l'émetteur 15. Ce trajet parallèle traverse cette dernière jonction au voisinage du bord, ou de la périphérie intérieure de la région annulaire principale A, ce qui entraîne dans cette zone un second phénomène d'amorçage (au point "Y" dans la figure 2a) » A partir de ce moment-là;, le courant va être brusque-10 ment dévié de son trajet initial intercouche en deçà de la ligne X et traverser une portion de surface plus importante du dispositif s en deçà de la ligne Y d'où il pourra s'étendre radialement à toute la surface de la région principal?? A. En raison de la disposition de la partie intermédiaire B' de la région auxiliaire et 15 de la plage 21 qui la recouvre, à distance sensiblement constante de la limite adjacente de la région principale A, on favorise la propagation du courant qui traversa initialement le partie B sur pratiquement toute la longueur de cette limite, et s de ce fait, le second trajet d'amorçage est nettement plus long crue le premier» 20 On voit clairement que la seconde étape d» processus d'amorçage assure un facteur di/dt élevésème dans le cas où. la surface de conduction initiale est faible, en raison de la faible commande utilisée. Si on utilise une foi.'te commande, le trajet d'amorçage initial sera plus long et on augmentera encore le fac-25 f.eur di/dt du dispositif. Pour éviter qu'un fort courant de commande ne courtcircuite X et amorce le dispositif, dès le départ, directement en Ys auquel cas on perdrait les avantages obtenus en amorçant le dispositif par un signal de déclenchement dérivé du courant principal, la résistance latérale de la. partis B (telle 30 qu'on peut la mesurer entre la plage 21 et la cathode 17) devient-plus faible, que la résistance latérale de la partie S" (telle qu'on peut la mesurer entre le contact 20 et la plage 21). En choisissant pour la partie B la résistance latérale appropriée, on peut minimiser l'injection initiale d'électrons au voisinage 35 de Y, lorsque le signal d'amorçage externe est appliqué à l'électrode de contrôle 19. En raison de la. faible injection d'électrons , le retard d'amorçage sera plus grand au voisinage de la ligne Y qu'au voisinage de la ligne X ; ainsi la partie B" est plus sensible que la partie B et, en pratique, le dispositif 40 s'amorce toujours en premier lieu en X, par une amplitude quelBAD ORIGINAL 70 15671 îi 2049084 conque du courant i dans une gamme d'utilisation prédéterminée. Comme on la vu plus haut, on peut facilement parvenir à ce résultat par un contrôle approprié de la géométrie du dispositif. Sous cette forme, le dispositif suivant la présente invention a 5 un fonctionnement satisfaisant que le courant de commande soit fort ou faible. On préfère utiliser un fort courant de commande dans les cas où on demande au dispositif 11 de fonctionner directement en parallèle avec un ou plusieurs dispositifs identiques. Par contre, dans la plupart des autres applications, le même dis-10 positif est entièrement compatible avec les faibles courants de commande que l'on utilise plus communément. La forme de réalisation du dispositif suivant l'invention peut être différente de celle qui vient d'être décrite. La figure 4 illustre une autre réalisation possible. Cette figure 15 représente un dispositif de commutation à semiconducteurs lia, qui est sensiblement analogue à celui de la figure 1, sauf en ce qui concerne la région auxiliaire dépourvue de cathode, qui est disposée à l'extérieur ou à la périphérie de l'émetteur 15 de la pastille de semiconducteur. La première zone B" de la région au-20 xiliaire est constituée par un segment circulaire ou rebord relativement mince sur la périphérie de l'émetteur tandis que l'électrode de contrôle 19 est reliée à la surface libre 18 de ce rebord en trois points distincts par des contacts non ohmiques 20a, 20b, et 20c. Ces petites surfaces de contacts sont placées à des 25 distances pratiquement identiques d'une partie rectiligne 21a de la plage semi-conductrice qui recouvre la partie B latéralement adjacente de la région auxiliaire. Comme auparavant, la partie B' et sa plage superficielle sont disposées entre la région B" dont la surface est dégagée et une bordure adjacente de la région prin-30 cipale A de l'émetteur 15, et, pour accroître la longueur de cette bordure.la plage se prolonge par des parties 21 b en arc de cercle de part et d'autre de la partie rectiligne 21a. Comme on le voit nettement dans la figure 4, la plage 21a -21b est éloignée de la cathode 17 et une région ou partie auxi-35 liaire supplémentaire B-de l'émetteur 15 s'étend latéralement du bord extérieur de la région principale sous la cathode 17 à la partie adjacente B' située sous la plage 21a-21b. Lorsqu'on déclenche le dispositif lia, il s'amorce de la même façon que le dispositif 11 déjà décrit. Les portions en arc de cercle 21b de 40 la plage conductrice permettent au courant principal de se répar 70 15671 12 2049084 tir latéralement à partir de la zone initialement amorcée, située sous la partie rectiligne 21a. On va maintenant décrire plusieurs variantes de la forme de réalisation du dispositif représenté dans la figure 4. On peut 5 imaginer que la moitié gauche du dispositif lia est le symétrique de la moitié droite ; dans ce cas le dispositif comporterait deux régions auxiliaires distinctes diamétralement opposées avec des électrodes de contrôle identiques qui pourraient être excitées simultanément ou alternativement. D'autre part, la région auxiliaire 10 du dispositif illustré pourrait également être disposée de façon à entourer la région principale de l'émetteur, en prolongeant les parties adjacentes B et B', ainsi que les parties en arc de cercle 21 b de la plage de matériau conducteur qui leur sont associées, sur tout le périmètre de l'émetteur. Si on désirait une électrode 15 de contrôle en forme d'anneau, on pourrait, de même, prolonger la partie B" de la région auxiliaire de façon que sa face libre 18, sur laquelle sont implantés les dispositifs de déclenchement, soit annulaire ou répartir plusieurs régions identiques à la région B", à la périphérie de la région auxiliaire. 20 Au lieu de conserver un écartement constant entre la pé riphérie externe, c'est-à-dire le bord de la région principale A (sous la cathode 17) et la partie B' disposée en regard de l'émetteur (sous la plage 21a-21b), on peut adopter un écârtement variable, 1'écartement étant maximum en bordure de la partie rec-25 tiligne 21a qui est située à proximité immédiate des contacts 20a-20c. Ainsi les portions en arc de cercle 21b seraient situées plus près de la cathode 17 que la partie rectiligne 21a. Lors de l'amorçage du dispositif le courant principal qui passe initialement sous la partie rectiligne 21a, suivrait plutôt un trajet latéral 30 traversant la plage conductrice et les régions annulaires de la par tie B de 1'émetteur où les intervalles entre la partie 21a et la cathode 17 sont les plus faibles. On facilite ainsi la seconde étape du processus d'amorçage en une ou plusieurs plages de la pastille de semiconducteur relativement éloignées du premier tra-35 jet de conduction intercouche. Comme les portions du dispositif qui sont déclenchées par le courant de porte amplifié sont éloignées du trajet intercouche initialement conducteur situé sous la partie rectiligne 21a, ils restent relativement froids et peuvent, sans danger, supporter un facteur di/dt plus important et le tra-40 jet initial bénéficie de son isolement thermique de ces régions 15671 13 2049084 éloignées. Que l1écartement soit constant ou variable, ces régions de la partie B' qui sont situées sous les segments circulaires 21b de la plage superficielle pourraient être séparées physiquement de la région voisine de cette portion, la partie rectiligne 21a de la plaque étant reliée électriquement aux portions en arc de cercle distinctes 21b, par une liaison électriqtie extérieures par exemple un fil d'aluminium ou un ruban métallique déposé sur la surface apparente de la couche intermédiaire de type P de la pastille de semiconducteur» Ainsi, la région auxiliaire, composée de trois parties, qui vient d'être décrite, serait remplacée par un ensemble équivalent de régions auxiliaires composées de deux parties séparées mais dépendantes„ La figure 5 illustre une autre forme de réalisation de cette variante0 L'émetteur du dispositif 11 b représenté dans la figure 5 est formé de 3 régions juxtaposées. Une région principale annulaire A est en contact ohmique, sur une surface relativement portante, avec la cathode 17. Une région auxiliaire circulaire CCf est située intérieurement par rapport â la région principale A et une région auxiliaire annulaire BB' est placée à l'extérieur de cette même région, aucune des deux régions auxiliaires ne supporte la cathode 17. La première région auxiliaire comporte une portion C concentrique et relativement mince dont une très faible surface, au centre de laquelle sont implantés les dispositifs d'amorçage, reste dégagée ; cette portion est entourée par une région annulaire G' adjacente, en contact ohmique avec un contaet pilote superficiel ou une plage 21a de matériau semi-conducteur. Cette dernière portion de la région auxiliaire originale est séparée de la région principale adjacente A par une gorge susceptible d'être remplie de matériau serai ■'conducteur à conductivité de type N, ou comme sur le schéma de type P;, dans les deux cas la plage 21a est séparée de la cathode 17 et la surface intermédiaire de la pastille de semiconducteur présente une résistance latérale prédéterminée. La région auxiliaire supplémentaire comporte une région annulaire E adjacente au bord extérieur de la région principale A, qui, à son tour, est entourée par une région associée B ', en contact ohmique avec une atire plage superficielle en forme d'anneau 21b de matériau conducteur éloignée de la cathode 17. La région annulaire B est réalisée et placée de façon que sa résistance latérale, telle qu'on peut la mesurer entre la plage bad 70 15671 14 2049084 21b et la cathode 17, soit égale ou inférieure à ladite résistance prédéterminée. Bien que les deux régions auxiliaires, représentées dans la figure 5, soient distinctes physiquement l'une de l'autre, leurs plages respectives 21a et 21b sont reliées par 5 l'intermédiaire d'un conducteur métallique de faible résistance tel que le fil 30 représenté ou dans une variante par un ruban d'or, d'aluminium ou de matériau analogue placé à la surface de la pastille de semi-conducteur, à une certaine distance de la cathode. 10 Comme décrit précédemment, lorsqu'on applique un signal de déclenchement positif à l'électrode de contrôle 19 du dispositif 11, le courant principal prend naissance sous la plage 21a autour du périmètre X de la partie centrale C de la région auxi-liai re primitive. Entre la partie C -la cette région et le bord 15 extérieur de la région principale A, 1s courant principal suit initialement un trajet qui traverse la plage 21a, le conducteur 30la plage 21b et la région auxiliaire supplémentaire BB". En conséquence, le second amorçage amplifie va se produire dans uns sone importante de la pastille de semiconducteur sous la circor; 20 férsnce extérieure- de la cathode 17 suivant le périmètre Y de ici région principale A. On peut facilement concevoir d*autres modifications encore susceptibles d'être apportées à la présente invention. On pourrait, par exemple, augmenter 1s, longueur du bord interne de 25 la région principale d'émetteur du dispositif représenté dans la figure 1 en lui donnant la configuration générale d'une étoile., les branches correspondantes de la plage 21 s1 étendant radiale-ment à partir d'un centre annulaire et fr-*œanfc des motifs» La plage 21 représentée dans les figures le?. 2 ou la plage 21a 30 représentée dans les figures 4 ou 5 pe"!*?'aient être reliées par un conducteur métallique à un autre contact de commande situé sur une partie distincte du même dispositif de ocamutation â semiconducteurs ou sur un autre dispositif ; dans cette dernière éventualité, l'autre contact de commande pourrait être constitué 35 par une zone P classique, ou pourrait être construit soit selon la méthode que nous venons de décrire,, soit selon la méthode classique. L'émetteur 15 et la couche 14 de type P qui lui est adjacente dans la pastille de semi-conducteur peuvent, si on le dé-40 sire, être courtcircuités par la cathode 17 « BAD ORIGMMAL 0 15671 15 2049084 On comprendra par conséquent que la présente invention n'est pas limitée aux formes de réalisation décrites dont les détails peuvent être modifiés sans sortir du cadre de l'invention, 70 15671 1. Dispositif de commutation à semiconducteurs formé de quatre couches de matériau semiconducteur juxtaposées entre la première et la seconde électrode principale, les couches adja- 5 centes ayant des conductivités de type différent de façon à former des jonctions redresseuses entre lesdites couches, "une première couche extrême de matériau semiconducteur comprenant des régions principale et auxiliaire adjacentes, la région principale étant placée en contact avec la première électrode principale sur . 10 une surface relativement large, et la région auxiliaire étant complètement dégagée de cette électrode, ledit dispositif étant amorcé pour passer d'un état de non-conduction à un état de conduction, par des dispositifs implantés sur ladite région auxiliaire de ladite couche externe, caractérisé par le fait que la-15 dite région auxiliaire est formée de trois parties juxtaposées a) la première partie s'étendant latéralement à partir d'un bord de la région principale B ; b) la deuxième partie B" étant disposée latéralement à côté de ladite première partie, à une certaine distance da la région principale, et étant la seule partie de 20 ladite région auxililiaire sur laquelle sont implantés des dispositifs d'amorçage (19) ; c) la troisième partie étant située entre lesdites première et deuxième parties; et d) une plage de matériau électroconducteur (21) recouvrant la troisième partie de la région auxiliaire, ladite plage étant distincte de ladite deu- 25 xième partie et éloignée de la première électrode principale. 2. Dispositif suivant la revendication 1 caractérisé par le fait que la résistance latérale de la première partie de la région auxiliaire est plus importante que le paramètre correspondant de ladite région principale, et que la résistance latérale 30 de ladite deuxième partie est plus importante que celle de ladite première partie. 3. Dispositif suivant la revendication 2, caractérisé par le fait que ladite première partie de la région auxiliaire est plus mince que les zones périphériques de la troisième partie et 35 de la région principale respectivement et que ladite deuxième région est plus mince qu'une zone périphérique quelconque de ladite troisième partie. 4. Dispositif suivant la revendication 3, caractérisé par le fait que les première et deuxième parties de la région 40 auxiliaire sont situées sous des cavités pratiquées, par décapage 16 2049084 REVENDICATIONS 70 15671 17 2049084 chimique, dans la surface extérieure primitive de ladite première couche extrême. 5. Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite région auxiliaire est intérieure par rap- 5 port au bord de la région principale de ladite première couche extrême et que la dite deuxième partie est entourée par ladite troisième partie. 6. Dispositif suivant la revendication 5* caractérisé par le fait que lesdites couches de matériau semiconducteur sont 10 circulaires et que ladite région auxiliaire est située au centre de la première couche extrême. 7. Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que lesdites couches de matériau semiconducteur sont en général circulaires et que ladite région auxiliaire est située sur 15 la périphérie de ladite première couche extrême. 8. Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé par le fait que le bord de ladite région principale adjacente à la première partie de la région auxiliaire possède une longueur appréciable et que la troisième partie de la région auxiliaire est si- 20 tuée à une distance sensiblement constante dudit bord» 9. Dispositif suivant la revendication 8} caractérisé par le fait que la région auxiliaire entoure la région principale. 10. Dispositif suivant la revendication 7. caractérisé par le fait que le bord de la région principale à partir duquel 25 s'étend la première partie de la région auxiliaire a une longueur appréciable, et que ladite troisième partie est située en regard„ sur pratiquement toute sa longueur, dudit bord à une distance variables l1écartement entre ladite troisième partie et ledit bord étant maximum le long de la zone de ladite troisième partie qui 30 est située au plus près desdits dispositifs d'amorçage. 11. Dispositif suivant la revendication 13 caractérisé par le fait qu'il comporte deux régions auxiliaires, formées de 3 parties, dans la première couche extrême » les dispositifs d'amorçage étant implantés sur les deuxièmes parties respectives des 35 deux régions auxiliaires. bad original