Brevet FR2096511A1 — publié le 19720218

La présente invention se rapporte à des structures à imbri-quements d'électrodes pour dispositifs semiconducteurs tels que des thyristors et transistors à blocage commandé qui sont bloqués par la présence ou l'absence d'un courant de commande à une électrode 5 de commande. Plus particulièrement l'invention se rapporte à des structures émetteur-base imbriquées en forme de développante de manière à obtenir une grande puissance d'utilisation et une fréquence élevée dans des dispositifs électroniques à l'état solide. Un redresseur commandé au silicium à blocage commandé est un 10 dispositif semiconducteur à quatre couches similaire au thyristor ordinaire du fait qu'il est rendu conducteur par une impulsion de courant appliquée à l'électrode de commande. Cependant à la différence du thyristor ordinaire, le passage d'un courant de charge dans un thyristor à blocage commandé est bloqué par une 15 impulsion de courant de polarité opposée appliquée à l'électrode de commande ou gâchette, ce qui évite de prévoir des composants spéciaux de commutation augmentant l'encombrement, le prix et la complexité de circuits à thyristors ordinaires. Du fait du temps de blocage plus court, on obtient un autre avantage par augmenta-20 tion de la fréquence. En dépit de ces caractéristiques intéressantes, le thyristor à blocage commandé, qui est également connu sous le nom de commutateur CTO ou redresseur commandé au silicium GTO, n'a pas trouvé un large domaine d'application pour la raison que les dispositifs utilisables ont de faibles puissances et ne peu-25 vent conduire qu'un courant de charge d'une intensité non supérieure à quelques ampères. Le problème est que, pour des courants cathodiques assez élevés, l'électrode de commande est incapable d'assurer un blocage. Pour interrompre le passage d'un courant dans un thyristor à l'aide de l'électrode de commande, la totalité 30 de la jonction centrale entre les deux couches semiconductrices intérieures doit être bloquée simultanément. Si une partie de ladite jonction est bloquée en premier, le courant de charge se concentre dans les parties restantes en augmentant la densité de courant et la température dans ces parties et en rendant difficile 35 ou impossible un blocage complet. Lors de la conception d'un thyristor à blocage commandé de puissance assez élevée, le problème essentiel consiste à enlever l'excès de porteurs de charge de toute la section droite de la zone de jonction et à assurer cet 71 23183 2 £096511 enlèvement seulement avec une tension de commande de quelques volts. Des thyristors à blocage commandé de grande capacité sont utilisables dans le domaine des dispositifs électroniques de puissance, par exemple dans des inverseurs, dans des cyclo-5 convertisseurs, dans des générateurs d'impulsions pour radars et dans des correcteurs de facteur de puissance» Comme cela est bien connu, le transistor est un semiconducteur à trois couches et il est commuté de la condition de blocage dans la condition conductrice et maintenu dans cet état par 10 application d'un courant de commande à la couche de base. A la différence du thyristor à blocage commandé pour lequel il se pose le problème du blocage, il n'y a aucune difficulté à bloquer un transistor de puissance mais il est par contre difficile d'obtenir une conduction complète de toute la section droite de la zone 15 active. Bien que le transistor puisse fonctionner en utilisant seulement une partie de la zone conductrice, à savoir 50 $>, le rendement est réduit en conséquence. En prenant les niveaux de puissance du redresseur commandé au silicium de type classique comme valeurs de référence, le transistor est le plus fréquemment 20 considéré comme un dispositif à faible puissance. Il est évidemment souhaitable de disposer de transistors de puissances supérieures. Pour des thyristors à blocage commandé de grande capacité, il est nécessaire d'établir un imbriquement dans la zone émetteur-25 gâchette et des considérations similaires s'appliquent à 1'imbriquement d'une structure émetteur-base dans un transistor de puissance. Si l'émetteur et la gâchette ou bien la base sont disposés sous forme de bandes parallèles présentant des dimensions telles que la résistance latérale de la gâchette ou de la base 30- soit uniforme et petite, on obtient alors un blocage simultané de tous les éléments de la jonction avec un faible courant de commande. Un motif d'imbriquement rectangulaire sur une pastille semiconductrice circulaire produit cependant une perte d'espace sur les bords de la pastille. La réduction de la zone disponible 35 de la jonction du fait de la perte d'espace précitée.introduit une limitation de la .valeur nominale du courant» Une disposition rectiligne sur une pastille circulaire ne constitue donc pas une structure appropriée pour un dispositif de grande puissance* 71 23183 5 2096511 En conséquence, l'invention a pour but de fournir des dispositifs commutables à blocage et conduction commandés et de grande puissance tels que des thyristors à blocage commandé et des transistors, comportant des structures imbriquées perfectionnées 5 qui permettent d'utiliser au maximum ou de façon optimale une pastille semiconductrice circulaire. l'invention a également pour but de fournir des structures émetteur-base imbriquées en forme de développante qui sont utilisables dans des dispositifs semiconducteurs de puissance en vue 10 d'améliorer la puissance nominale et la fréquence des dispositifs. L'invention a en outre pour but de fournir des thyristors de puissance à blocage commandé et des transistors de puissance utilisant des structures imbriquées du type précité, lesdits dispositifs étant commandés par de faibles tensions de gâchette ou 15 de base. L'invention concerne une structure imbriquée perfectionnée établie dans un dispositif semiconducteur à couches multiples du type comportant des couches extérieures et au moins une couche intérieure reliée à une borne de commande de façon à commander le 20 blocage ou la conduction du dispositif. Sur une couche semiconductrice circulaire intérieure ( ou base ) d'un certain type de conductivité, on forme en les imbriquant des éléments de couche semiconductrice extérieure ( ou émetteur ) de conductivité de type opposé et des éléments de contact de commande ( ou contact de base) 25 ces éléments étant de forme allongée et ayant respectivement des largeurs constantes. Tous ces éléments ont line forme de développante et sont disposés parallèlement sur une surface de la couche semiconductrice intérieure. Des moyens de contact établissent des connexions électriques en parallèle entre les éléments de couche 30 semiconductrice extérieure en forme de développante et des connexions électriques en parallèle indépendantes entre les éléments de contact de commande. La développée des développantes définissant les éléments est de préférence un cercle et le contact mentionné en dernier est formé sur la couche semiconductrice inté-35 rieure à l'intérieur du cercle ou bien sous la forme d'un contact de forme annulaire situé sur la périphérie de la pastille ou entre la développée et la périphérie. Les développantes peuvent éventuellement avoir des pentes opposées. La forme de développante 71 23183 4 2096511 facilite la simultanéité de "blocage et de conduction de toutes les parties de la zone de jonction d'un thyristor à blocage commandé et d'un transistor et il permet d'obtenir des puissances nominales supérieures en utilisant une plus grande partie de la 5 zone de pastille. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la description, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels : 10 la Fig. 1 est un schéma d'un thyristor à blocage commandé de type p-n-p-n servant à expliquer le principe de tels dispositifs ; la Fig. 2 est une coupe schématique d'un thyristor à blocage commandé de type p-n-p-n présentant une structure émetteur-gâchette à imbriquement, cette vue correspondant également à une section 15 droite d'un dispositif à imbriquement en développante tel que celui de la Fig. 5. ; la Fig. 3 est une vue en plan partielle d'une configuration d'émetteur-gâchette à imbriquement utilisant des quadrants de cercle, la figure montrant qu'une meilleure utilisation d'une 20 pastille semiconductrice est obtenue à l'aide d'une disposition en développante ; la Fig. 4 est un schéma montrant le tracé d'une développante de cercle ; la Fig. 5 est une vue en plan partielle d'un mode préféré d'imbri-25 quement d'éléments d'émetteurs et de gâchettes en forme de développante de cercle sur une pastille semiconductrice circulaire-; les Fig. 6, 7 et 8 sont des variantes du mode préféré de la Fig. 5 et elles montrent en vue en plan d'autres dispositions d'imbriquement en développante pour la mise en pratique de 1.' invention ; 30 la Fig. 9 est un schéma, similaire à la Fig. 1, d'un transistor de puissance de type n-p-n ; la Fig. 10 est une coupe schématique similaire à la Fig. 2 d'un transistor de puissance de type n-p-n présentant une structure émetteur-base à imbriquement» 35 Le thyristor à blocage commandé 15 représenté sur la Fig. ^ est un thyristor à triode unidirectionnel présentant une structure semiconductrice à quatre couches et rendu conducteur par un signal appliqué à son électrode de commande. Le dispositif 15 est de 71 23183 5 2096511 préférence un thyristor au silicium à "blocage commandé du type p-n-p-n, bien que de tels dispositifs puissent également présenter une structure n-p-n-p et être formés de matières semiconductrices autres que le silicium, par exemple de germanium, la couche PI 5 extérieure 16 reliée à l'anode A est appelée la couche d'anode ou de collecteur tandis que l'autre couche N2 extérieure 19 reliée à la cathode C est appelée la couche de cathode ou d'émetteur, les couches NI et P2 intérieures 17 et 18 sont les couches de commande ou de base, la borne de commande G- est reliée à la couche de 10 commande 18 et un circuit de commande de conduction et de blocage 20 est branché entre la borne de commande & et la cathode C. En supposant que le potentiel d'anode est positif par rapport à la cathode, l'application d'une impulsion positive de commande à la borne G par le circuit de commande 20 fait commuter le dispositif 15 à partir de son état de blocage d'impédance élevée et le rend conducteur de manière qu'un courant de charge puisse passer dans le dispositif. Pour revenir de l'état conducteur de faible impédance à l'état de blocage de haute impédance, une impulsion négative de blocage est appliquée à la borne de commande G- par le 20 circuit de commande 20, ce qui supprime le courant de commande Iq. dans la couche de commande 18 et assure le blocage du dispositif. Le thyristor à blocage commandé est utilisable comme dispositif commutable à l'état solide à la fois dans des circuits à courant continu et à courant alternatif et, lorsqu'il est utilisé avec 25 une alimentation en courant alternatif, il est en outre commuté dans la condition de blocage comme un thyristor ordinaire, par annulation naturelle du courant ou par changement de polarité de la tension de ligne. Bien que l'invention soit indépendante de la largeur relative 30 et de la résistivité des quatre couches semiconductrices 16 à 19, on va supposer que la couche Ni de commande 17 a une largeur et une résistivité supérieures à celles des autres couches* En outre la couche P2 de commande 18 a une résistivité plusieurs fois supérieure à celle de la couche N2 d'émetteur 19. Pour la tension 35 inverse, c'est à dire lorsque la cathode C est plus positive que l'anode A, la tension de blocage est appliquée à la jonction coexistant entre la couche Pl désignée par 16 et la couche Ni désignée par 17. Des régions d'appauvrissement se forment de part et 71 23183 « 2096511 d'autre de la jonction Jl maie, du fait de la .plus1 grande résistivité de la couche NI par rapport à la couche Pi, l'épaisseur de couche d'appauvrissement et la tension conservée par la couche Pl sont négligeables par comparaison à l'épaisseur de couche 5 d'appauvrissement et à la tension conservée par la couche NI. l'a jonction J3 existant entre la couche P2 18 et la couche N2 19 n'a qu'une faible influence sur la tension de blocage du fait de la conductivité élevée de la couche P2 18. Pour une tension directe, c'est à dire lorsque l'anode A est plus positive que la cathode C, 10 la jonction J2 existant entre la couche Ni 17 et la couche P2 18 agit jusqu'au moment où le dispositif est rendu conducteur par injection d'une impulsion de commande positive dans la couche P2 de commande 18. Une fois que le dispositif est rendu conducteur, l'impulsion de commande peut être supprimée et le dispositif reste 15 conducteur de même qu'un thyristor ordinaire, lorsque le dispositif 15 se trouve dans sa condition de conduction de faible impédance, une force électromotrice directe est produite à la jonction centrale J2. Le blocage du dispositif est effectué en inversant la tension à la jonction centrale J2 afin de passer d'une force 20 éleetromotrice à une force contre-électromotrice. Cette inversion de tension est effectuée en deux phases, à savoir une première phase consistant à réduire la force électromotrice à zéro et une seconde phase consistant à établir la force contre-électromotrice. Une explication théorique de ces processus a été donnée dans un 25 document de la Général Electric Company ayant pour titre " Introduction to Turn-off Silicon - Controlled Rectifiers ", A I E E Transactions on Communication and Electrons, Juillet 1963, pages 375-383. L'annulation de la force électromotrice, permettant le blocage du courant de charge, est obtenue en supprimant le courant 30 négatif de commande Iq. à la borne de commande G-. Pour permettre une évacuation rapide des porteurs de charge accumulés par extraction de toute la zone de la jonction centrale J2, il est nécessaire d'utiliser une structure émetteur-gâchette à imbriquement, à savoir entre la couche P2. 18 et la couche N2 19. 1'enlèvement rapide des 35 porteurs de charge par extraction facilite l'obtention d'une vitesse de récupération élevée et par conséquent d'une haute fréquence de fonctionnement du dispositif car autrement les porteurs de charge s'élimineraient par le processus de recombinaison plus lent» 71 23183 7 2096511 1a tension négative de commande utilisée pour extraire les porteurs de charge accumulés doit cependant être relativement faible car la jonction J3 ne peut pas résister à une forte tension de commande Vq. Pour la jonction J3, la tension de claquage inverse intervenant 5 dans le thyristor à blocage commandé décrit plus haut est en particulier d'environ 10 à 20 volts, iin conséquence, la tension de commande doit être inférieure à ces valeurs- Il est en outre souhaitable d'avoir une tension de commande modérée pour réduire la puissance de commande nécessaire. Une fois que le thyristor a été 10 bloqué, le courant négatif de commande n'est plus nécessaire pour maintenir la condition de blocage d'impédance élevée. la Fig. 2 est une section droite particulière d'un thyristor à blocage commandé présentant une configuration émetteur-gâchette à imbriquement. la couche d'anode PI 1&, la couche de commande NI 15 17 et la couche de commande P2 18 se correspondent en étendue et elles occupent toute la largeur du dispositif. Un groupe d'éléments d'émetteur ( cathode ) 19' et d'éléments de contact de commande ( base)21' espacés et alternés sont formés ou déposés sur la couche de commande P2 désignée par 18. les éléments d'émetteur 19' 20 et de contact de commande 21 imbriqués sont supposés être placés dans la disposition rectiligne de type connu et ils sont par conséquent orientés perpendiculairement au plan de la figure en apparaissant en vue en plan sous la forme d'une série de bandes ou filets espacés. Tous les éléments d'émetteur 19' sont reliés entre 25 eux par une plaque de pression 22 formant cathode ou bien, d'une manière équivalente, en remplissant les intervalles avec du bioxyde de silicium et en déposant par métallisation les contacts sur les surfaces de la couche N2. Les éléments de contact de commande 21 sont également branchés en parallèle, comme cela est indiqué 30 schématiquement par les lignes de liaison avec la source de tension de commande . Un contact approprié est également établi avec la couche Pl 16, par exemple par dépôt d'une couche de métal 23, à savoir de l'argent ou de l'aluminium. Les contacts de commande 21 peuvent être formés des mêmes métaux* 35 Avec la disposition imbriquée, un thyristor unitaire à bloca ge commandé est considéré comme s'étendant du centre d'un émetteur 19* jusqu'au centre d'un contact de commande adjacent 21. En référence au système de coordonnées représenté sur la Fig. 2, un 71 23183 8 2096511 thyristor unitaire lia s1 étend entre 0 et tandis que le thyristor unitaire symétrique 11b, qui partage l'élément d'émetteur central 19', s'étend entre 0 et -x^ . Le thyristor unitaire lia', qui partage un contact de commande 21 avec le thyristor unitaire 5 11b mais qui a une structure identique au thyristor unitaire lia, s'étend entre -x^ et -x^ tandis que le thyristor unitaire 11b' s'étend entre x^ et x^. On voit que le motif formé entre -x^ et ■ Xj est répété latéralement de manière à produire un imbriquement. Le courant total de charge 1^ s'écoule perpendiculairement aux 10 jonctions de pastille et il est réparti également entre les différents thyristors unitaires, chacun conduisant un courant unitaire de charge Ijj> . Dans chaque thyristor unitaire lia, le courant unitaire de charge 1^ a une densité constante du fait qu'il s'écoule de la couche de commande P2 18 dans un émetteur 15 unitaire ou demi-élément 19' comme indiqué par les flèches. Le courant négatif de blocage I passant dans la couche de commande o _ P2 18 s'écoule latéralement en dessous de l'émetteur 19' et pénètre dans le contact de commande adjacent ou demi-élément 21. Comme cela a été déjà précisé, la tension de commande assurant 20 le blocage du dispositif est négative par rapport à la cathode. En conséquence, la couche de commande P2 18 est la plus négative pour l'abscisse x^ et elle devient moins négative à mesure que x se rapproche de zéro. Pour assurer un blocage complet de toute la section droite de 25 la zone conductrice à la jonction centrale J2, la tension de commande Vq doit enlever les porteurs de charge accumulés de toute la zone de conduction, en assurant ainsi le blocage du courant de charge* La tension de. blocage dépend d'une façon générale de la grandeur du courant de blocage, de la résistance de la couche de 30 commande P2 18 et de la'^géométrie de 1 ' imbriquement émetteur- gâchette. Comme indiqué précédemment, la couche de commande P2 18 est la plus négative en x^ et elle devient moins négative à mesure que x se rapproche de zéro. La résistance latérale de gâchette dans laquelle la tension de commande Vç doit agir pour produire 35 le courant de blocage I peut être divisée en deux parties, à savoir la résistance latérale de gâchette située entre 0 et x-^ et celle située entre x-^ et x^ . Lorsqu'on connait l'intensité nécessaire du courant de blocage I et la résistance latérale de i COPY 71 23183 9 209.6511 gâchette calculée, on détermine la tension négative de commande Y& en appliquant la loi d'Ohm- Pour la partie de la couche de commande ^2 es"k située sous la moitié de l'élément d'émetteur 19', la tension la plus négative correspond à x.^ et le rétablisse-5 ment du blocage de la jonction centrale J'2 commence dans cette zone. Pendant le processus de blocage du courant de charge,.les filets de courant de charge diminuent vers x = 0, mais il en résulte une progression du blocage de la jonction vers l'intérieur-Pendant cette progression, la densité du courant de charge augmen-10 te, de même que par conséquent la chute de tension directe du thyristor, ce qui réduit le courant de charge. Ce processus se poursuit jusqu'à ce que le courant de charge cesse de passer- On peut montrer par des techniques connues que la tension de commande nécessaire pour extraire les porteurs de charge accumulés entre 0 15 et x^ est proportionnelle à la résistance de la matière semiconductrice de la couche de commande P2 18 et à la densité du courant de charge, est proportionnelle au carré de la distance d-^ en dessous du demi-élément d' émetteur 19' et inversement proportionnelle au gain de blocage du courant de commande, ce gain étant défini par 20 le rapport 1^/1 . Il est important de noter que la tension de o commande nécessaire pour une distance d-^ en dessous du demi-élément d'émetteur 19' est proportionnelle au carré de la distance d-^« Cela signifie que 1' imbriquement est-efficace pour réduire la résistance latérale de gâchette- En conséquence, une structure à imbrique-25 ment d'éléments d'émetteur et de gâchette est essentielle dans un thyristor de puissance à blocage commandé qui conduit de forts courants de charge. La tension totale de commande requise comprend également la tension de commande nécessaire pour extraire les porteurs de charge .entre x^^ et x^ . Cette partie de la tension de 30 commande peut être considérée comme proportionnelle à la résistance de couche, à la densité du courant de charge et au produit di ( d2 + 1/2 dj ) , et inversement proportionnelle au gain de blocage du courant de commande. Lors du calcul de la tension totale de commande requise pour un thyristor de modèle particulier, on 35 peut supposer que la résistance latérale de gâchette est légèrement réduite par une modulation de conductivité. En outre, il est plus difficile d'effectuer un blocage à des températures élevées qu'à des températures ambiantes normales du fait que la résistance COPY 71 23183 . : 2096511 latérale de gâchette augmente avec la température et qu'en outre les gains de courant diminuent avec la température, en donnant lieu à une réduction du gain de blocage. En fait;, l'intensité et la tension du courant de commande doivent être supérieures aux 5 valeurs obtenues par le calcul afin d'éviter des pertes excessives au blocage et également d'obtenir une vitesse de récupération élevée. lors du blocage du thyristor, le courant de charge revient vers l'intérieur à partir du bord de l'élément d'émetteur,ou bande 10 19'. Il en résulte une augmentation de la densité de courant et par conséquent de la chaleur produite par unité de surface en dessous de l'élément d'émetteur. Comme indiqué plus haut, le blocage du thyristor devient difficile aux températures élevées et en fait, si la température augmente excessivement, ce blocage 15 peut même devenir impossible. On peut rencontrer cette condition lorsque la résistance de la couche de commande n'est pas uniforme, auquel cas la densité du courant de charge devient localement excessive. De même, une disposition dans laquelle les bords des contacts de commande 21 ne sont pas équidistants des bords et des 20 lignes centrales des éléments d'émetteur 19' peut conduire à des défauts d'uniformité de la densité du courant de charge et par conséquent à une impossibilité de blocage du thyristor. Dans des thyristors à blocage commandé, la distance d'éloignement des porteurs en excès de l'émetteur vers la gâchette doit être cons-25 tante. En outre, pour maintenir la tension de commande de blocage à une valeur faible, le rapport de la longueur à la largeur des éléments doit être élevé. Lorsqu'un thyristor à blocage commandé et à imbriquement rectiligne est formé sur une pastille semi-conductrice circulaire, 30 il présente cependant l'inconvénient de ne pas utiliser complètement la-surface de pastille. Puisque la zone-de conduction est inférieure à la zone de jonction, la valeur nominale du courant de charge est limitée* Cet inconvénient peut être atténué en donnant à la structure émetteur-gâchette à imbriquement une 35 disposition circulaire telle que celle de la Fig. 3. La pastille semiconductrice 25' a un rayon R et la limite intérieure de la structure imbriquée est un cercle de rayon r. Les éléments d'émetteur 19' et les éléments de contact de commande 21 imbriqués COPY 71 23183 11 2096511 les uns dans les autres sont agencés sous forme de bandes ou filets concentriques qui sont divisés en quatre quadrants par quatre bandes ou bus 26 orientés radialement et qui conduisent le courant de commande jusqu'au centre 27 de la pastille à l'in-5 térieur du rayon r, position dans laquelle un fil de commande établit un contact avec le dispositif. Les éléments de contact de commande 21, les bus radiaux 26 et la zone centrale 27 sont tous reliés électriquement par métallisation continue. Les éléments d'émetteur 19' ont une largeur 2d^, les éléments de contact de 10 commande 21 ont une largeur 2d^ et l'écartement entre les bords de contact de commande et d'émetteur est égal à d2* Outre qu'on n'utilise pas complètement l'étendue de la pastille, le motif d'imbriquement à cercles concentriques représenté sur la Fig. 3 présente l'inconvénient supplémentaire que les différents éléments 15 d'émetteur 19' et éléments de contact de commande 21 ne sont pas identiques entre eux» Pour assurer un blocage simultané de la jonction centrale ( J2), tous les éléments d'émetteur doivent être identiques ou sensiblement identiques, de même que les éléments de contact de commande. Si les structures sont identiques seulement 20 en ce qui concerne la résistance mais non l'inductance, une inductance inégale produit un effet de peau et elle se traduit par un blocage non uniforme de la jonction centrale. Suivant l'invention, la structure émetteur-gâchette prévue sur une pastille semiconductrice circulaire est imbriquée en forme 25 de développante. Cela présente l'avantage d'utiliser au maximum ou de façon optimale l'étendue de la pastille et il est par conséquent possible d'obtenir un courant de valeur nominale supérieure pour une pastille circulaire donnée* Les éléments d'émetteur et les éléments de contact de commande de largeur constante qui sont 30. formés au profil de développante facilitent le blocage complet du « dispositif et également la fabrication de ce dernier puisque la même courbe est répétée, ce qui simplifie le motif de masquage. Le tracé géométrique de la développante va être expliqué en référence à la Fig. 4 qui représente une développante de cercle, le cercle 35 étant appelé la développée* On va supposer qu'une extrémité d'un fil est fixée sur la circonférence du cercle 28 de rayon r et est enroulée dans le sens des aiguilles d'une montre autour de la périphérie du cercle jusqu'au point d'extrémité désigné par Y. COPY 71 23183 12 2096511 Lorsque le fil est déroulé aous tension, l'extrémité du fil décrit la courbe 29 qui constitu.e la développante du cercle 28. Les normales 31 à 33 à la développante 29 sont toutes tangentes au cercle de rayon r, c'est à dire à la développée. Si une seconde 5 développante 30 est tracée en utilisant le point Z comme point de départ pour dérouler le fil, ces normales sont toujours plus courtes que les normales de la première développante 29 d'une distance fixe et égale à la longueur d'arc séparant les points Y et Z. En conséquence, deux développantes de la même développée 10 sont équidistantes l'une de l'autre. Ainsi la largeur de la bande délimitée par les deux courbes 29 et 30 est constante et les développantes tracées à partir d'un autre point du cercle 28 ont le même profil. En enroulant le fil autour du cercle 28 dans la direction opposée et en le déroulant dans le sens des aiguilles 15 d'une montre et non dans le sens contraire, on obtient la développante 34 qui est produite à partir du point Y, cette courbe étant symétrique de la développante 29 et ayant une pente opposée. Lorsque la longueur des développantes augmente, toutes les développantes ont tendance à se rapprocher d'un cercle. La développée 20 à partir de laquelle sont formées les développantes parallèles peut avoir d'autres formes qu'un cercle, par exemple une forme carrée. La Eig. 5 représente un mode préféré de réalisation de l'invention dans lequel la structure émetteur-gâchette est imbriquée 25 en forme de développante. La développée des développantes parallèles délimitant les bords des bandes d'émetteur 19' et des bandes dë contact de commande 21 est de préférence un cercle, par exemple le cercle 28', mais elle peut être formée par toute autre courbe plane appropriée. Avec cette structure géométrique à imbriquement, 30 tous les éléments d'émetteur 19' sont identiques, de même que les éléments de contact de commande 21. On voit que la section droite du semiconducteur de la Eig. 2, se rapportant à un imbriquement émetteur-gâchette rectiligne, est également une section droite de la structure à imbriquement en développante faite suivant l'une 35 des normales ( lignés 31-33 de la Eig. 4 ) aux développantes* Le profil en développante permet d'obtenir avantageusement un rapport longueur/largeur élevé pour les bandes d'émetteur et de contact de commande, comme indiqué par l'équation ci-dessous : 71 23183 13 2096511 La formule de calcul de la longueur d'une développante telle que celle de la Fig. 5 est la suivante : Mfe)2 -) 5 \ } Cependant l'avantage essentiel de la structure à imbriquement en développante est que cette géométrie permet d'utiliser au maximum ou de façon optimale l'étendue de la pastille semiconductrice circulaire 25. Comme sur la Fig. 3, la zone circulaire centrale 10 27 est recouverte par métallisation d'une couche établissant une continuité avec les zones métallisées des éléments de contact de commande 21 et cette zone centrale est utilisée pour établir un contact avec le fil de commande. En supposant que les rayons R, r et les dimensions de bandes d^ , &2 , dj sont les mêmes sur les 15 Fig. 3 et 5, on obtient une augmentation sensible de la surface totale d'émetteur par élimination des bus radiaux 26 dans la disposition à bandes concentriques de la Fig. 3. Par suite de la configuration en développante, on obtient une plus grande zone de jonction et une plus grande intensité nominale du courant de charge 20 Un avantage important du procédé de fabrication consiste dans la simplification de réalisation du masque du fait de la répétition d'une seule et même courbe. Ces masques sont utilisés dans un certain nombre de phases de fabrication du semiconducteur, par exemple dans les phases de photo-décapage ou de diffusion de zones 25 sélectionnées de la pastille. En outre, la disposition en développante permet de donner des largeurs différentes aux bandes d'émetteur 19' et aux bandes de contact de commande 21. l'intersection de la partie terminale des bandes,d'émetteur 19 * avec la périphérie de la pastille semiconductrice circulaire 30 25 peut nécessiter une modification du profil des extrémités des bandes d'émetteur. Au point 35 où. le bord de l'élément de contact de commande adjacent 21 coupe la périphérie de la pastille 25, le * thyristor unitaire comportant la moitié de l'élément d'émetteur adjacent est par conséquent incomplet du fait qu'il n'existe aucun 35 contact de commande adjacent pour faire sortir le courant de commande -de blocage. En conséquence, le demi-élément d'émetteur se termine de préférence sur une ligne 36 perpendiculaire aux développantes au 'point 35• la zone approximativement triangulaire 37 71 23183 14 2096511 ne joue aucun rôle, ou seulement un petit rôle, dans le processus de conduction mais la surface d'émetteur perdue est faible. Dans certains cas, l'enlèvement de la zone d'émetteur 37 n'est pas nécessaire puisqu'il n'est pas obligatoire d'avoir une identité 5 complète ou absolue entre les différents éléments d'émetteur 19' et les éléments de contact de commande 21. Une identité- approximative entre les éléments d'émetteur et les éléments de contact de commande respectifs est suffisante pour la mise en pratique de 1'invention. 10 Les Fig. 6, 7 et 8 représentent des variantes du motif à imbriquement de développantes de la Fig. 5. Sur la Fig. 6, la développée des courbes délimitant les bandes d'émetteur 19' et les bandes de contact de commande 21 est le cercle 28' de rayon r, c'est à dire un cercle identique à celui de la Fig. 5« Cependant, 15 la structure à imbriquement en développante commence au cercle 28", qui a un rayon r' supérieur à r. En conséquence, la zone centrale 27' est plus grande que la zone similaire 27 de la Fig. 5. Au lieu d'établir un contact avec le fil de commande dans cette zone, il est prévu une zone de contact de commande 38 de forme annulaire sur 20 la périphérie de la pastille 25» Cette zone 38 est revêtue d'un métal de contact déposé par métallisation et qui forme une couche continue avec les éléments de contact de commande 21- Sur la Fig. 7 la structure à imbriquement en développante part du cercle 28', qui est le même que sur la Fig. 5, mais ia zone de contact de commande 25 38' de forme annulaire est placée au centre de la partie de pastille 25 qui est recouverte de la structure à imbriquement et qui est placée entre les rayons R et r. En variante, la zone centrale 27 de la Fig. 7 peut également être recouverte d'un contact de commande déposé par métallisation et une variante similaire peut être 30 adoptée en ce qui concerne la zone centrale métallisée 27' de la Fig. 6. La variante de la Fig. 8 est caractérisée en ce que les courbes en forme de développante définissant la géométrie de la structure à imbriquement ont toutes deux des pentes positives et 35 négatives. Sur la Fig. 4, les développantes 29 et 34 avaient des pentes opposées, bien que partant toutes deux du point Y. La développante 29 est tracée par l'extrémité d'un fil qui est déroulé de la circonférence de la développée 28 dans le sens contraire des 71 23183 15 2096511 aiguilles d'une montre tandis que la développante 34 est tracée par l'extrémité d'un fil qui a été enroulé en sens inverse sur la développée 28 et est ensuite déroulé dans le sens des aiguilles d'une montre. Sur la Fig. 8, la développée des développantes de 5 pentes positive et négative est le cercle 28' et on utilise 1'anneau de contact de commande 38' placé au milieu comme sur la Fig. 7. la zone centrale 27 située à l'intérieur de la développante 28' est recouverte ou non d'une zone de contact déposée par métallisation. Entre le cercle 28' et l'anneau de contact de commande 10 38', les "bandes d'émetteur et de contact de commande imbriquées 19' et 21 ont la même disposition que sur la Fig. 5 mais une pente opposée entre l'anneau de contact de commande 28' et la périphérie de la pastille 25. les structures imbriquées en développante de pentes opposées sont dans une certaine mesure symétriques l'une de 15 l'autre. 1'imbriquement en développante de couches d'émetteur et de commande ( ou de base ) est applicable à d'autres dispositifs semiconducteurs de puissance tels qu'un transistor de puissance- On sait qu'un thyristor est analogue à deux transistors. En variante, 20 un transistor n-p-n peut être considéré comme un thyristor p-n-p-n duquel on a retranché la couche extérieurep qui agit comme un déclencheur pour le transistor, la même relation s'applique au transistor p-n-p et au thyristor n-p-n-p. Cependant dans un transistor de puissance, une mise en conduction simultanée de toutes 25 les parties de la jonction de travail est nécessaire pour augmenter au maxi«mm le rendement du dispositif. A la différence du thyristor à blocage commandé, il ne se pose aucun problème pour assurer un blocage complet du dispositif par suppression du courant de base. En comparant la Fig. 9 à la Fig. 1, le transistor de puissance 40 30 comprend seulement les trois couches 17, 18 et 19 de type n-p-n et les deux bornes de charge sont la borne d'émetteur E et la borne de collecteur C. La borne de base B est reliée à la couche P 18 et le circuit d'excitation de base 4l branché entre les bornes B et E fournit un courant de base Ig de manière à assurer la mise en 35 conduction du transistor- En outre, en réduisant la résistance latérale d'électrode de commande, on améliore la réponse à haute fréquence du transistor. le transistor 40 est fabriqué sur une pastille semiconductrice 71 23183 16 2096511 circulaire en utilisant l'une des structures émetteur-base à imbriquement en développante représentées sur les Fig. 5 à 8. Une section droite similaire à la Fig. 2 et montrant la disposition d'imbriquement dans le transistor a été représentée sur la Fig. 10, 5 cette coupe étant faite au même endroit que la ligne de coupe 2-2 de la Fig. 5 et en supposant que la pastille semiconductrice comporte seulement trois couches au lieu de quatre» La Fig. 10 est identique à la Fig. 2, sauf que la seconde couche P ( couche Pl 16 ) n'est pas incluse dans cette structure. Dans la terminolo-10 gie des transistors, la couche N17 est la couche de collecteur, la couche P 18 est la couche de base et les éléments imbriqués 21 sont appelés des éléments ou des bandes de contact de base. Les quatre transistors unitaires ont été désignés par les références 40a, 40b, 40a' et 40b'. La structure émetteur-base à imbriquement 15 en développante permet d'obtenir une mise en conduction simultanée de toute la jonction base-collecteur Jl pour les mêmes raisons que le blocage simultané dans le thyristor à blocage commandé. La structure à imbriquement en développante est également applicable à des thyristors ordinaires, c'est à dire des disposi-20 tifs tels qu'un redresseur commandé au silicium classique qui nécessite ordinairement un circuit de commande de commutation lorsqu'on désire obtenir un fonctionnement à une fréquence assez élevée. Le fait que des charges électriques puissent être évacuées de toute la jonction centrale réduit la charge emmagasinée et 25 diminue par conséquent le temps de blocage* Pour ce mode de fonctionnement , le circuit additionnel de commande de blocage fonctionne en même temps que le circuit externe de commutation de manière à faire passer le dispositif de l'état conducteur à l'état non conducteur. 30- Comme exemple particulier de la mise en pratique de l'inven tion, on a considéré un thyristor à blocage commandé d'une puissance correspondant à 1000 volts et 100 ampères. Le thyristor choisi a une structure p-n-p-n comme indiqué sur la Fig. l et il utilise le motif d'imbriquement en développante de la Fig. 5. En commençant 35 par la couche NI 17, les autres couches semiconductrices sont formées sur la pastille circulaire par des procédés de dépôt et de diffusion classiques en utilisant des techniques de photonnasquage pour créer les bandes d'émetteur 19' et les bandes de contact de 71 23183 1!7 2096511 commande ou de base 21. Dans le tableau suivant, on a donné les concentrations en impuretés N et N, ( en utilisant du bore et du cl U. phosphore comme impuretés d'activation), la largeur W de chaque couche et la résistivité P de chaque couche à 27°C et 125 °C. P2 9.1016 25 0,3 0,5 En référence à la Eig. 5, le rayon de pastille E. = 9 mm, le rayon du cercle de développée r = 2,6 mm, la largeur de bande 15 d'émetteur 2d^ = 0,8 mm , la largeur de bande de contact de commande 2d^ = 0,4 mm et l'écartement entre émetteur et bande de contact d2 = 0,1 mm. Pour ces dimensions, la longueur de la développante est de 16,8 mm et la surface totale d'émetteur est 2 environ 135 mm . En utilisant les mêmes dimensions pour le motif 20 à imbriquement faisant intervenir les quadrants de cercles comme indiqué sur la Eig. 3( la largeur des bus radiaux 26 est supposée être de 1mm ), la surface totale d'émetteur est d'environ 119mm . En utilisant la configuration en développante, on obtient par conséquent une augmentation de 14 % pour la surface disponible d'émet-25 teur. En calculant la tension de commande de blocage Vq de la manière indiquée précédemment, la valeur requise de cette tension pour une densité nominale de courant de charge de 100 ampères /cm est inférieure à 10 volts. Dans un calcul théorique, on a trouvé que la tension de commande de blocage était de 3 volts. A la 30 température ambiante et à température élevée, le thyristor présente une tension directe et une tension inverse dépassant la valeur requise de 1000 volts* En résumé, une structure à imbriquement d'émetteur et de base est formée avec un profil de développante sur une pastille semi-35 conductrice circulaire à couches multiples. Les éléments d'émetteur et les éléments de contact de base ( ou de commande ) imbriqués en développante sont respectivement identiques entre eux, ce qui permet de bloquer simultanément toutes les parties de la jonction ^ N2 PI IL cm"5 9.1016 a —3 n 17 -, 1 r\20 Nà cm 1,7.10 10 10 ¥ jam 150 25 50 p (27°C) ohm-cm 30 10"5 0,3 p (125°C) ohm-cm 63 10~5 0,5 71 23183 19 2096511 d'un dispositif tel qu'un thyristor à blocage commandé et de rendre simultanément conductrices toutes les parties de la jonction d'un dispositif tel qu'un transistor. La répétition d'éléments identiques simplifie en outre la réalisation du masque dans la fabrica-5 tion du dispositif. Cependant la caractéristique la plus importante de la configuration en développante est le haut degré d'utilisation de la surface d'une pastille circulaire. L'augmentation de la surface de jonction permet d'obtenir des valeurs nominales de courant plus élevées par exemple 1000 volts et 100 ampères pour un 10 thyristor à blocage commandé qui est bloqué par une tension de commande assez modeste et inférieure à 10 volts. 71 23183 19 2096511 REVENDICATIONS 1) Structure à imbriquement d'électrodes pour dispositif semiconducteur comportant des couches semiconductrices extérieures et au moins une couche semiconductrice intérieure reliée à une 5 borne d'application de courant de commande, caractérisée en ce qu'il est prévu une couche semiconductrice intérieure présentant un certain type de conductivité, des éléments imbriqués de contact de commande et de couche semiconductrice extérieure de conductivité de type opposé, présentant une forme allongée et des largeurs 10 constantes, tous les éléments précités ayant une forme de vévelop-pante et étant formés parallèllement entre eux sur une surface de ladite couche semiconductrice intérieure, et des moyens de contact pour établir des connexions électriques parallèles entre les éléments de couche semiconductrice extérieure en forme de développan-15 te et des connexions électriques parallèles indépendantes entre les éléments de contact de commande en forme de développante. 2) Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce que ladite couche semiconductrice intérieure a une forme circulaire et en ce que la développée des développantes définissant lesdits 20 éléments de contact de commande et les dits éléments de couche semiconductrice extérieure est centrée au centre de ladite couche semiconductrice intérieure. 3) Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de contact établissant des connexions électriques 25 parallèles entre les éléments de contact de commande sont formés sur la couche semiconductrice intérieure à 1 *intérieur de la développée placée au centre. 4) Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que lesdits moyens de contact établissant des connexions électri- 30 ques parallèles entre les éléments de contact de commande sont constitués par un anneau de contact qui est formé sur ladite couche semiconductrice intérieure circulaire dans une zone adja.cente à sa périphérie. 5) Structure suivant la revendication 2, caractérisée en ce que 35 lesdits moyens de contact établissant des connexions électriques parallèles entre les éléments de contact de commande sont constitués par un anneau de contact qui est formé sur ladite couche semi-conductrice intérieure circulaire entre sa périphérie et ladite développée. 71 23183 20 .2096511 6) Structure suivant la revendication 5, caractérisée en ce que les développantes situées de part et d'autre dudit anneau de contact ont des pentes opposées* 7) Structure suivant la revendication 1, caractérisée en ce 5 que ladite couche semiconductrice intérieure est circulaire et en ce que la développée des développantes définissant lesdits éléments de contact de commande et lesdits éléments de couche semi-conductrice extérieure est un cercle centré au centre de ladite couche semiconductrice intérieure• 10 8) Structure suivant la revendication 7, caractérisée en ce que lesdits éléments de contact de commande et lesdits éléments de couche semiconductrice extérieure en forme de développante ont des largeurs inégales et en ce que lesdits moyens de contact établissant des connexions électriques parallèles entre les élé-15 ments de contact de commande sont formés sur ladite couche semi-conductrice intérieure à l'intérieur de ladite développée. 9) Structure suivant la revendication 7, caractérisée en ce que le point de départ desdits éléments de contact de commande et desdits éléments de couche semiconductrice extérieure est situé 20 radialement à l'extérieur de ladite développée. 10) Dispositif semiconducteur de puissance du type comprenant une borne de base d'application de courant de commande, caractérisé en ce qu'il comprend une pastille semiconductrice circulaire à couches multiples comportant une couche de base d'un certain type 25 de conductivité, des éléments imbriqués de contact de base et d'émetteur de conductivité de type opposé, présentant respectivement des largeurs constantes et égales, lesdits éléments imbriqués ayant une forme de développante et étant formés parallèlement entre eux sur la surface de ladite couche de base, et des moyens de 30 contact pour établir des connexions électriques parallèles entre les éléments d'émetteur en forme de développante et des connexions électriques parallèles indépendantes entre les éléments de base en forme de développante. 11) Dispositif, suivant la revendication 10, caractérisé en ce 35 que la développée des développantes définissant les éléments de contact de base et les éléments d'émetteur est un cercle centré au centre de la couche de base. 12) Dispositif suivant la revendication 11, caractérisé en ce 71 23183 21 2096511 que le point de départ desdits éléments de contact de base et éléments d'émetteur en forme de développante est situé sur la développée en forme de cercle et en ce que lesdits moyens de contact établissant des connexions électriques parallèles entre 5 les éléments de contact de base sont formés sur ladite couche de base à l'intérieur du cercle constituant la développée» 13) Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la pastille semiconductrice comprend seulement une couche de collecteur en plus de la couche de base et en ce que ledit dispo- 10 sitif semiconducteur est un transistor de puissance. 14) Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que la pastille semiconductrice comporte deux couches semiconductrices en plus de la couche de base et en ce que ledit dispositif semiconducteur est un thyristor de puissance à blocage commandé et 15 à quatre couches» 15) Dispositif suivant la revendication 12, caractérisé en ce que les extrémités des éléments d'émetteur en forme^de développante sont réduites en largeur à proximité de la périphérie de ladite pastille semiconductrice circulaire.