Brevet FR2083428A1 — publié le 19711217

La présente invention se rapporte généralement à un dispositif commutateur à semiconducteur ou analogue et à un procédé de fabrication de celui-ci ; en particulier, elle concerne et a essentiellement pour objet un dispositif commutateur 5 à semiconducteur du type comportant une pastille ou plaquette comprenant une structure de type PNPÎtf ou une structure de type BPKP, dans laquelle quatre régions semiconductrices sont disposées suivant une corrélation ou configuration telle que chaque région est d'un type de conductivité différent de celui 10 des régions adjacentes, ainsi que les diverses applications et utilisations résultant de sa mise en oeuvre et les appareils, ensembles, systèmes, circuits, équipements et installations pourvus de tels dispositifs. - Dans l'état antérieurement connu de la technique, des 15 dispositifs commutateurs à semiconducteurs, ayant une pastille ou plaquette comprenant un tel type de structure PHPÎT ou de structure NPNP, sont appelés "thyristors" "et utilisés largement comme éléments de commutation dans des circuits électriques. Quand un thyristor est appliqué à un dispositif 20 inverseur ou onduleur-interrupteur périodique ou vibrateur comme dispositif commutateur, il est nécessaire que le thyristor présente un temps court de mise hors circuit ou de coupure. l'expression "temps de mise hors circuit" du thyristor se réfère au temps nécessaire pour mettre le thyristor hors 25 circuit c'est-à-dire pour le couper ou le rendre inactif. Il est connu que, dans le cas d'un thyristor utilisant du silicium comme matière semiconductrice, le temps de mise hors circuit dépend de la durée de vie utile des porteurs de charge . emmagasinés dans le silicium. Par conséquent, pour raccourcir 30 le temps de mise hors circuit, il est nécessaire de raccourcir la durée de vie utile des porteurs de charge. Il est également connu que la durée de vie utile des porteurs de charge peut être raccourcie en dopar-t avec des atomes de métal lours tels que des atomes d'or etjJusiLya d'atomes de métal lourd 3e) peur d'.-p-j?, plus la duree de vie utile des porteurs de charge devient courte. Ceci est dû au fait que les atomes de métal lourd servent de centres de recombinaison pour les porteurs de 71 09802 2 2083428 charge injectés/dans la matière au silicium. Par conséquent en dopfent, par des atomes de métal lourd, la matière semiconductrice destinée à un thyristor, le temps de mise hors circuit, de coupure ou de désactivatiou du thyristor peut être raccourci. 5 Cependant, les atomes de métal lourd, impliqués dans la matière semiconductrice, augmentent d'autre part la chute de tension éldctrique directe dans l'état enclenché, actif, passant ou mis en circuit, ce qui constitue une autre propriété importante du thyristor et augmente- également l'intensité du courant électrique ^ de fuite ou de dispersion dans l'état de mise hors circuit, de désactivation ou non passant. L'accroissement de la chute de tension électrique directedans l'état actif,de mise en circuit ou passant a pour résultat un accroissement de la perte de puissance du dispositif et l'accroissement du courant . électrique de fuite a pour résultat une diminution de la tension électrique de blocage à l'état de mise hors circuit ou inactif, ces deux facteurs- réduisant la valeur commerciale du dispositif . Le degré d'accroissement de la chute de tension électrique directe à l'état passant, actif ou de miss ai circuit et le degré de 20 diminution de la tension électrique de blocage augmentent brusquement ou fortement quand une grande quantité d'atomes de métal lourd est introduite par dopage dans la matière semiconductrice. Cette tendance est spécialement évidente dans le cas du thyristor produit à partir de la pastille ou plaquette 25 épaisse de silicium à haute résistivité. Dans un tel cas, il est confirmé que seule une faible quantité d'atomes de métal lourd augmente grandement la chute de tension électrique directe et diminue fortement la tension électrique de blocage. Dans le thyristor classique impliquant des atomes de métal 30 lourd, une région centrale de semiconducteur résistivité plus élevée parmi deux réginns centrales de semiconducteur présente une concentration en atomes de métal lourd sensiblement égale aux portions adjacentes à des jonctions PN des deux côtés de la région centrale. Avec une distribution d'atomes de nétal lourd ^5 selon une telle concentration, il a été difficile de satisfaire à toutes les irois exigences visant respectivement à diminuer la chute de tension électrique directe dans l'état de marche, à 71 09802 3 2083428 accroître la tension électrique de blocage et à raccourcir le temps d'arrêt du thyristor. Par conséquent, un but de l'invention est de créer un nouveau dispositif commutateur à semiconducteur perfectionné et un procédé 5 pour fabriquer celui-ci, dans lequel les trois conditions précitées, visant respectivement à diminuer la chute de tension électrique directe à l'état de marche, à accroître la tension électrique de blocage et à raccourcir le temps d'arrêt, soient satisfaites plus efficacement. 10 Conformément à la présente invention, il est prévu un dispositif commutateur à semiconducteur comprenant une pastille ou plaquette de semiconducteur cogpor-tant quatre régions semiconductrices dispo§j&e€en une configuration ou corrélation telle que chacung--tîesdites quatre régions semiconductrices présente up/type de conductivité différent de ceux des régions 15 adjacentes, une région centrale, à résistivité plus élevée parmi jigietx régions centrales desdites quatre régions semiconductrices, ''étant placée en sandwich entre une première jonction placée centralement parmi trois jonctions PU réalisées entre lesdites quatre régions semiconductrices et une seconde jonction placée 20 sur l'une des extrémités desdites trois jonctions PN, tandis que ladite pastille ou plaquette de semiconducteur contient des impuretés pour contrôler ou régler la durée de vie des porteurs de charge et la concentration desdites impuretés impliquées dans ladite région centrale de résistivité plus élevée étant 25 plus forte dans la portion adjacente à . ladite première jonction relativement à celle dans la portion adjacente à ladite seconde jonction. Conformément àunaiire aspect de l'invention, il est prévu un procédé pour fabriquer- un dispositif commutateur à semiconducteur 30 comprenant une première opération consistant à convertir le type de conductivité de portions des .deux côtés ou faces d'une pastille ou plaquette de semiconducteur pour passer d'un type de conductiviiB à un autre type de conductivité afin de réaliser une première région d'un type de conductivité dans une partie centrale de 35 la pastille ou plaquette de semiconducteur et une seconde et une troisième régions de l'autre type de conductivité des deux côtés 71 09802 4 2083428 de ladite première r égion, une seconde opération consistant de nouveau à transformer le type de conductivité d'une portion de ladite troisième région en le type de conductivité cité en premier lieu pour former, dans ladite troisième légion, une 5 quatrième région d'un type de conductivité qui est le même que celui de ladite première région, ladite seconde opération étant exécutée après la terminaison de ladite première opération et une troisième opération consistant à diffuser des impuretés pour contrôler ou régler la durée de vie d® porteuis de charge dans ^0- ladite pastille ou plaquette, ladite troisième opération étant exécutée à la condition qu'une région, contenant du phosphore à haute concentration, soit formée dans la portion de ladite seconde région qui est opposée à ladite première région, tandis que ladite troisième opération est également exécutée après 15 l'achèvement de ladite première opération. l'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéristiques, détails et avantages de celle-ci apparaîtront plus'-clairement à la lecture de la description explicative qui va suivre en se reportant aux dessins schématiques annexés, 20 donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs illustrant divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels : - la figure '1a représente un diagramme schématique du dispositif commutateur à semiconducteur construit conformément à la présente invention ; 25 - la figure 1b est un graphique représentant la distribution de concentration de l'impureté introduite par dopage dans le dispositif représenté sur là figure . 1a pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge, ledit graphique montrant la variation de la concentration en impuretés portée en ordonnées 30 en fonction de la distance à la surface 12 portée en abscisse; - la figure 2 est une vue en coupe d'un mode de réalisation du dispositif commutateur à semiconducteur construit conformément à la présente invention ; - la figure 3 est un graphique semblable à la figure 1b et 35 montrant la distribution de la concentration mesurée de l'impureté introduite par dopage dans le dispositif commutateur à semiconducteur selon l'invention pour contrôler la durée de vie 71 09802 5 2083428 des porteurs de charge ; et - les figures 4 et 5 représentent respectivement des graphiques montrant des caractéristiques du dispositif commutateur à semiconducteur de l'invention en comparaison avec le 5 dispositif classique, la figure 4 montrant la variation de l'intensité du courant électrique direct (portée en ordonnées et exprimée en ampères) en fonction de la chute de tension électrique directe (portée en abscisses et exprimée en voli^ tandis que la figure 5 montre la variation de l'intensité du 10 courant électrique de fuite ou de dispersion (portée en ordonnées et exprimée en milli-ampères) en fonction de la tension électrique de blocage (portée enabscissses et exprimée en volt§l . Dans toutes les diverses figures, les mêmes caractères de 15 référence désignent des éléments composants identiques ou correspondants. En se référant maintenant au dessin et en particulier à la figure 1a sur laquelle un dispositif commutateur à semiconducteur d'une structure du type PNPÏÏ est représenté schématiquement, on 20 voit qu'une pastille ou plaquette, réalisée en une matière semiconductrice telle que le silicium, est désignée d'une façon générale par le chiffre de référence 10. la pastille ou plaquette semiconductrice 17 comporte deux surfaces sensiblement parallèles 12 et 14. La pastille 10 est préparée 25 à partir d'une matière en silicium formant monocristal du type de conductivité N comme matière première de départ, laquelle reste sans aucun changement dans la pastille terminée 10 sous forme d'une couche centrale 16 de type N. La résistivité de la couche centrale 16 de type ET est choisie généralement de façon 30 à ne pas être inférieure à plusieurs_ohms-cm et l'épaisseur de celle-ci est choisie de façon à être de plusieurs dizaines à plusieurs centaines de microns lorsqu'elle est mesurée dans la direction normale aux airfaces'12 et 14. D'un côté de la couche centrale 16 de type IT, il est prévu une couche externe ou 35 extrême 18 de type P formant avec la première une jonction de type PSI et, dé l'autre ccté de la couche centrale 16 de type N, il est prévu une couche centrale 20 de type P formant 71 09802 6 2083428 également avec la première une jonction de type PN. Ces couches respectivement extérieure 18 et centrale 20 de type P sont formées par l'intermédiaire de la technique de diffusion consistant à diffuser une impureté de type P à partir des deux 5 surfaces 12 et 14 sensiblement parallèles de la matière de départ. La couche centrale 20 de type P présente une résistivité n'excédant pas 0,1 SX. -cm et possède une épaisseur d'environ -20 à 50 microns telle que mesurée dans la direction normale aux surfaces de la pastille 10. Il est à noter que la couche 10 centrale 16 de type N possède une résistivité plus élevée et une épaisseur plus grande en comparaison avec la couche centrale 20 de type P. On voit également qu'une couche externe ou extrême 22 de type N est. formée au voisinage de la surface de la couche 1 R 5 centrale 20 de type P qui est éloignée de la couche centrale 16 de type N. La couche extérieure 22 de type N forme une jonction de type PN entre celle-ci et la couche centrale 20 de type P. Cette couche externe 22 de type N est formée par exemple en introduisant par alliage un métal, comportant des impuretés de type N, qui est placé sur la surface de la couche centrale 20 de type P, dans la couche centrale 20 de type P. Les résistivités respectives de la couche extérieure 18 de type P et de la couche extérieure 22 de type N sont suffisamment inférieures à celles 25 de la.couche centrale 16 de type N et de la couche centrale 20 de type P. Le dispositif à semiconducteur comprend également une borne d'anode A connectée de façon à être en contact ohmique avec la couche extérieure 18 de type P, une borne de cathode K 30 connectée de façon à être en contact ohmique avec la couche extérieure 22 de type N et une borne de porte, de grille, de gâchette ou analogue G- connectée également de façon à être en contact ohmique avec la couche centrale 20 de type P. On comprend facilement que, pour une pastille ou plaquette 35 de structure NPNP, les couches respectives 16, 18, 20 et 22 doivent être du type de conductivité opposé à ceux mentionni's ci-dessus. 71 09802 7 2083428 La figure 1b représente la distribution de la concentration en impureté de la pastille de semiconducteur 10 représentés sur la figure 1a. L'axe des abscisses représente la distance à la surface 12 de la pastille de semiconducteur 10 et l'axe des 5 ordonnées représente la"concentration des impuretés formées d'atomes de métal lourd tels que des atomes d'or. Une courbe a de la figure représente la répartition de la concentration en atomes de métal lourd contenus dans le thyristor classique et des courbes b et ç_ représentent respectivement les distributions 10 de concentration des atomes de métal lourd contenus dans les thyristors conntruits conformément aux enseignements de l'invention. En comparant les courbes de distribution de concentration des atomes de métal lourd des pastilles de la présente invention avec celle du dispositif classique, on 15 comprend facilement que la concentration en impureté de la pastille classique, dans la portion' adjacente à la jonction centrale ^jsoit sensiblement égale à celle existant dans la portion adjacente à la jonction extérieure tandis que les concentrations respectives en impureté des pastilles de la 20 présente invention, dans la portion adjacente à la jonction , sont beaucoup plus faibles que celle de la pastille de semiconducteur classique. Les distributions de concentration des atomes de métal lourd, telles qu'indiquées ci-dessus et représentées par les courbes b et 25 ç, ont.été mesurées par les inventeurs par l'intermédiaire de la mesure, au moyen de la résistance de divergence ou de diffusion, de la résistivité de la matière de silicium après la diffusion de l'or en utilisant la propriété de la matière de silicium à haute résistivité, selon laquelle sa résistivité varie quand 30 l'or y est diffusé. Conformément à la présente invention, le dispositif commutateur à semiconducteur est conçu de façon à avoir une concentration en atomes de métal lourd plus faible dans la portion de la couche centrale 16 de type N, qui est adjacente à la jonction 35 extérieure comme cela est indiqué par la courbe b ou ç, que celle de la partie de la couche centrale 16 de type ÎT qui est adjacente à la jonction centrale Le thyristor perfectionné^ 71 09802 8 2083428 avec le distribution de la concentration en atomes de métal lourd ainsi organisée, peut avoir une chute de tension électrique directe beaucoup plus petite à l'état de marche en comparaison avec le thyristor classique si le thyristor de l'invention est 5 conçu de façon à avoir le même temps d'arrêt que celui du thyristor classique. D'autre part, si le thyristor de l'invention est conçu de façon à avoir la même chute de tension électrique directe que le thyristor classique, le thyristor de la présente invention peut avoir son temps d'arrêt grandement raccourci en 10 comparaison avec celui du thyristor classique. la raison de ceci sera maintenant indiquée en détail. ■ Il est connu que le temps d'arrêt t^f" d'un thyristor peut être approximativement exprimé par l'équation suivante qui est révélée par exemple comme étant l'équation (2.142) à la page 15 112 d'un ouvrage intitulé "Semiconductor Controlled Rectifiers" (redresseurs commandés par semiconducteur) publié par Prentice-Hall, Inc., Englewood, Cliffs, New Jersey, Etats Unis d'Amérique : t^= Zv X ln_^T (I) 20 XH où est la durée de vie des porteurs de charge dans la couche centrale 16 de type N, 1^ désigne l'intensité du courant électrique .direct à l'état de marche du thyristor et 1^. désigne l'intensité d'un courant électrique de maintien nécessaire pour conserver 25 l'état de marche. Il est à noter que la durée d'arrêt t^" du thyristor peut être considérée comme étant proportionnelle principalement à la durée de vie "S des porteurs de charge dans la jouche centrale 16 de type N parce que la valeur du terme ln T ne dépend pas autant de la durée de vie des porteurs de 30 " "'"Hcharge. Pour mettre un thyristor hors circuit dans l'application pratique, il est de pratique courante d'appliquer une tension électrique Inverse ou une tension d'une polarité telle que l'électrode formant cathode K devienne positive par rapport à 35 l'électrode formant anode A, entre l'électrode formant anode A et l'électrode formant cathode K. Cette application de la tension , électrique inverse force presque tous les porteurs de charge, qui * 71 09802 9 2083428 sont accumulés dans la couche centrale 16 de type H pendant l'état de marche ou passant, à être entraînés sous forme d'un courant électrique inverse et, comme la tension électrique inverse est appliquée à la jonction de type PÎT pour dilater une couche 5 d'arrêt ou de barrage principalement vers le côté à haute résistivité de la jonction ou dans la couche centrale 16 de type H", presque tous les porteurs de charge au voisinage de la jonction disparaissent en une courte période de temps par l'intermédiaire du processus de balayage ou d'entraînement vers 10 l'extérieur. Cependant, les porteurs de.charge au voisinage de la jonction ne disparaissent pas immédiatement. Ces porteurs de charge au voisinage de la jonction sont considérés comme disparaissant seulement par le processus de recombinaison. Par conséquent, la durée de vie "Ç des porteurs de charge dans l'équation (I) peut être considérée comme étant la durée de vie des porteurs de charge dans la portion de la couche centrale 16 de type U qui est adjacente à la jonction centrale De même, le temps d'arrêt ou la durée d'état non passant ou hors circuit du thyristor peut être considéré comme étant principalement déterminé en fonction de la durée de vie des porteurs de charge impliqués dans la portion de la couche centrale 16 (te type N qui est adjacente à la jonction centrale En d'autres mots, on peut considérer que le temps d'arrêt est déterminé pa.r la .concentration des atomes de métal lourd impliqués dans la portion de la couche centrale 1 6 de type ÏT qui est adjacente à la jonction centrale J1 " - . ' D'autre part, il est connu que la chute de tension électrique directe dans les conditions selon lesquelles le thyristor est dans son état de ma.rche ou passant, peut être exprimée approximativement par l'équation suivante qui est révélée comme étant l'équation (22)à la page 155 de la revue périodique américaine intitulée "Radio Engineering & Electron Physics" de 1963, volume 8 : ¥ I 20 25 30 55 Yt = kT ( où 1^ désigne l'intensité du courant électrique direct dans l'état de marche ou passant d'un thyristor, R désigne la résistance 71 09802 10 2083428 d'une électrode qui est en contact avec la pastille 10 du thyristor, I„„ désigne l'intensité du courant électrique de saturation de la bU jonction extérieure , a désigne une constante comprise dans un domaine variant de 1 à 1,8, ¥n désigne l'épaisseur de'la couche centrale .16 de type ST, telle que mesurée dans la direction normale aux surfaces.12 et 14, L désigne une longueur de diffusion de trous dans la couche centrale 16 de type N, g. désigne l'unité de charge électrique, k désigne la constante de Bolzmann et T désigne la température absolue. Il est également connu que les relations suivantes ssnt satisfaites entre la1longueur de diffusion L de trous dans la couche centrale 16 de type N et l'intensité du .courant électrique de saturation I^q de la jonction : L = \| D xZ (III) * 1 P P • IS0 -l-oo£ ~ 2 ' (IY) I P' où D désigne le coefficient de diffusion. .r 'Comme cela ressort de ces équations (III) et (IY), chacun des facteurs, constitués respectivement par la longueur de diffusion L" et l'intensité du courant électrique de saturation Ig^est une fonction de la durée de vie ^ des porteurs de charge dans la couche centrale 16 de type M". Par conséquent, les termes, qui concernent la durée de vie Ès porteuœ de charge dans la couche centrale 16 de type N sont les termes W n 6 - 21 1 x e et ln: T T~ w so n 2jj Le premier terme, c'est-à-dire le terme;. Sx e transformé comme suit en utilisant l'équation (III): ¥ ¥ . n n (T x e =$*x e xlT x % (V) » ir Dans l'équation (V), il est à noter que lajkurée de vie des porteurs de charge dans la couche centrale 16 de type ÎT 71 09802 11 2083428 10 15 20 est sa valeur moyenïie. Dans un thyristor ayant la distribution de concentration d'atomes de métal lourd telle qu'indiquée par les courbes a sur la figure 1b, la durée de vie des porteurs de charge dans la couche centrale 16 de type N a une valeur sensiblement constante indépendamment de la distance à la surface de la pastille et cette valeur est égale en tous les points à la valeur de la durée de vie des porteurs de charge?dans la portion adjacente à la jonction centrale nécessaire pour obtenir une durée d'arrêt ou d'état non passant désirée. Au cnntraire dans le thyristor de l'invention qui a la distribution d e concentration d'atomes de métal lourd telle que représentée par la courbe t ou ç de la figure 1b, la concentration en atomes de métal lourd dans la portion de la couche centrale 16 de type ET qui est adjacente à la jonction centrale est presque égale à celle de la pastille de semiconducteur classique, pour obtenir ainsi sensiblement la même longueur de durée de vie 2T des porteurs de charge au voisinage de la jonction centrale tandis que la concentration des atojnes de métal lourd est abaissée dans le voisinage de la jonction , laquelle est éloignée de la jonction centrale pour obtenir ainsi une durée de vie^ et P suffisamment longue des porteurs de charge dans le voisinage 2^ de la jonction J.j. Ceci permet à 3a valeur moyenne de la durée de vie 5p des porteurs de charge à l'intérieur de la couche centrale 16 de type N d'être plus longue que la durée de vie du dispositif classique. Il en résulte que la longueur de diffusion 1 des trous dans la couche centrale 16 de type ¥ devient plus longue 30 que celle du dispositif classique. Par conséquent, conformément à la présente invention, le terme Wn 21 x e peut être réduit de façon à diminuer ainsi la valeur de la chute de tension électrique directe Ym. La diminution de la Wn T 35 valeur du terme r" yj-, © x e fournit un grand effet qui sera décrit plus loin conjointement dans le mode de réalisation de l'invention. 71 09802 12 2083428 En considérant maintenant le terme ln tel qu'il ressort de l'équation (VI), l'intensité du "''SO courant électrique de saturation I^q de la jonction diminue en raison de l'accroissement de la longueur de diffusion 1 5 des trous dans la couche centrale 16 de type N en comparaison avec celle de la structure classique. Bien que la valeur du terme l^_ augmente à cause de la diminution de l'intensité du l„n courant électrique de saturation larv, la quantité OU -j- bv/ d'accroissement de la valeur de ln T qui est une valeur 10. T I logarithmique de y— _, est SO suffisamment petite et négligeable en ° comparaison avec la quantité de diminution de la valeur du terme W x e 2L Ainsi, quand la concentration eryâtomes de métal lourd de la couche centrale 16 de type N dans le voisinage de la jonction centrale est conçue de façon à avoir la même valeur que celle du dispositif classique, la chute de tension électrique directe dans, l'état de marche ou passant peut être réduite pour être suffisamment petite en comparaison avec celle du dispositif classique. D'autre part en appliquant la distribution de concentration d'atomes de métal lourd conformément à l'invention à une pastille de semiconducteur, si la valeur moyenne de la concentration des atomes de métal lourd dans toute la couche centrale entière 16 de type ¥ est choisie de façon à avoir la même valeur que celle du thyristor classique, la chute de tension électrique directe dans l'état de marche ou passant est égale à celle du dispositif classique, le temps d'arrêt ou d'état non passant- de ce dispositif peut cependant être raccourci parce que la concentration des atomes de métal lourd de la couche centrale 15 20 25 30 35 16 de type H dans le voisinage de la jonction centrale J^ devient plus élevée que celle du dispositif classique. Ceci sera compris facilement à partir de la description précédente. Conformément à la présente invention, il est prévu un thyristor perfectionné dans lequel la concentration des atomes de métal lourd de la couche centrale 16 de type N dans le voisinage de la jonction centrale qui contribue à raccourcir la durée 71 09802 13 2083428 d'arrêt ou d'état non passant, est choisie de façon à être ('levée relativement à celle dans le voisinage de la jonction , de façon à envisager-ainsi de faire décroître .Le temps d'arrêt ou d'état non passant du dispositif et, en même temps, la 5 concentration des atomes (3e métal lourd de la couche centrale 16 de type W dans le voisinage de la jonction extrême J1 , qui ne contribue pas à raccourcir la durée d'arrêt ou d'état non passant, est choisie de façon à être faible relativement à celle dans le voisinage de la jonction de façon à envisager ainsi de 10 maintenir une durée de vie moyenne plus longue des porteurs de charge à l'intérieur de la couche centrale 16 de type N pour diminuer la chute de tension électrique directe dans l'état de marche ou passant. - L'invention sera maintenant décrite en corrélation avec la 15 figure 2 sur laquelle un mode de réalisation de la présente invention est représenté, conjointement avec les opérations de fabrication du dispositif représenté en comparaison avec œlles du dispositif classique . ■ Sur les deux figures 1 et 2, les mêmes éléments composants 20 ou éléments composants identiques représentés sur la figure 1 sont désignés par des caractères de référence commun pour permettre une compréhension facile. On voit qu'une pastille ou plaquette circulaire de remiconducteur en forme de disque 10 a deux surfaces 12a et 14a parallèles l'une à l'autre. La pastille 25 10 a un diamètre de 24 mm et une épaisseur de 330 microns et est préparée à partir d'un substrat formé par un monocristal le silicium ayant le type de conductivité N et une résistivité de 50 -CL-cm. Cette pastille 10 est préparée sous forme d'une matière de départ ou initiale dans une première opération. Dans une 30 seconde opération, l'élément gallium est diffusé sous forme d'une impureté de type P dans Ja pastille 10 à partir de;: deux ,surfaces 12a et 14a pour former une autre couche extrême 1H de type P et une couche centrale 20 de type P, pour réaliser ainsi une structure à trois coucher; dr; type PNP . La condition, dans 35 laquelle La diffusion du gaMum est réalisée, est déterminée de 17 façon à réaliser une concentration superTieielJe de 5 ^ 10 atomes /cm et une longueur de diffusion de 75 microns. BAD ORIGINAL «4 i 71 09802 H 2083428 "j Conformément au procédé de fabrication classique', la diffusion d ' atome,'3 de métaJ lourd telle que la diffusion d'or a été appliquée; directement à la structure à trois couche:: do type PNP immédiatement après La seconde opérât ion . Cette diffusio- a été •5 réaL j sée, eo(. formémpat au proce'dé e I a.:::: i que , e:r T i xant do I 'or nui- les surfaces entière;: 1 2a et 14a do La pastille 10 do la structure à trois couches de type PNP et ensuite, la pastille 10 est chauffée jusqu'à une température élevée dans une atmosphère do gaz inactif tel qu'une atmosphère d'azote ^hkoux séché pour 10 diffuser ainsi l'élément or dans la pastille 10. Pour fixer le métal sur la surface de la pastille, la technique d'évaporation sous vide ou analogue a été appliquée. La p-stille 10 du thyristor classique, préparée par la méthode classique telle qu'elle a été décrite, présente une concentration en or 15 sensiblement constante à l'intérieur de la couche; centrale 1G de type N, comme on le voit d'après la courbe a de la figure; 1. Conformément au procédé de la présente invention, la surface 12a du côté de la couche extérieure 18 de type P de 1; pastille 10 de la structure à trois couches de type PNP p réparée {5 20 par la seconde opération, est entièrement recouverte avec une; couche de dopage au phosphore qui a une épaisseur d'environ plusieurs microns. Bien que la formation de cette couche do dopage au phosphore puisse aussi être réalisée par divers autres procédés, le procédé de diffusion fut utilisé darus le car: du 25 mode de réalisation représenté sur la figure P. Cette diffusion fut réalisée en éliminant d'abord un film ou une pellicule d'oxyde de silicium produit sur les surfaces 1?a et 14a lors de La diffusion du gallium seulement relativement au film existant sur la surface 12a. Ensuite, la pastille 10 est chauffée jusqu'à 30 une température élevée dans une atmosphère de vapeur d ' oxych l oruro de phosphore ou de pentoxyde de phosphore;. La fje)ucho de dopage au phosphore fut form-'e de fa.^on à avenir une 1 ') oorioori t rat i on superficielle -en impure'e de plus de; ;j— 10 / 10 atomes/ ern^. Pour obtenir une telle concentrât i on do surfa.ee en 35 impureté, la. pastille 10 dejLt être chauffée jusqu'à, une; température de plus de 1000°0 pendant 30 ninutes ou davantage. Ensuite, le film de silicium oxyné e la couche de; sili sur la surface 14a est enlevé de la sur-face entière 14a et BAD ORIGINAL 71 09802 15 2083428 une couche d'argent est déposée sur toute le surface 14a. En même temps que le dépôt de la couche d'or sur la surface 14a, une autre couche d'or peut être déposée également sur la surface entière de la couche de dopage au phosphore après que le film de 5 silicium oxydé, produit sur la surface de la couche de dopage au phosphore, ait été enlevé de celle-ci. Ces dépôts de couches d'or peuvent être réalisés par l'emploi de la méthode d'évaporation sous vide ou analogue comme dans le cas dû. dispositif classique, la pastille 10, sur laquelle le dépôt de la couche d'or a été 10 terminé, est ensuite chauffée jusqu'à une température élevée dans une atmosphère d'un gaz inactif telle qu'une atmosphère d'azote gazeux séché comme cela est effectué dans le procédé classique pour diffuser ainsi les atomes d'or, contenus dans la couche d'or, dans la pastille 10. la pastille 10, après que la 15 diffusion d'or ait été achevée, est ensuite soumise à des traitements pour éliminer la couche d'or résiduelle sur la surface 14a et la couche de dopage ou phosphore sur la surface 12a. Ainsi, une pastille d'une structure à trois couches de type PNP, dans laquelle la diffusion dt1 or a été terminée, peut être 20 réalisée lors d'une troisième opération du procédé de fabrication. La figure 3 représente la disbribution de concentration des atomes d'or contenus dans la pastille 10 de la structure à trois couches de type PNP après que la diffusion d'or ait été achevée. Sur la figure, l'axe des abscisses représente la 25 distance à la surface 12a de la pastille 10 et l'axe des ordonnées représente la concentration d'atomes d'or. La distribution de concentration des atomes d'or, représentée sur la figure 3, est confirmée par les inventeurs au moyen de la mesure de la variation de résistivité du • silicium par la mesure de la résistance de divergence ou de diffusion et par des procédés bien connus d'analyse de radio-activatinn. Comme cela ressort de la figure 3, la concentration d'atomes d'or dans la couche centrale 16 de type H a sa valeur maximale dans la portion adjacente à la jonction et d'iminue de façon continue vers la 35 jonction pour présenter une valeur minimale dans la portion adjacente à la jonction . La valeur maximale de la concentration est plus grande de deux à cinq fois que la 71 09802 16 2083428 valeur minimale de celle-ci. Conformément à diverses expériences, la valeur maximale doit avoir une valeur supérieure à 1,2 fois la valeur minimale pour obtenir les effets précédemment décrits de la présente invention. De préférence, la valeur ffia:cimale peut 5 avoir line valeur supérieure à 1,5 fois la valeur minimale. la distribution de concentration d'or, telle que représentée sur la figure 3,est réalisée par la présence de la couche de dopage au phosphore déposée avant la diffusion de l'or. la couche de dopage au phosphore, ayant une concentration en 19 ^5 10 impureté de plus de 2-10 x 10 atomes/cm , sert à abaisser la concentration d'atomes d'or du côté où la-couche est présente ou du côté de la surface 12a, relativement à la concentration d'atomes d'or sur le côté où la couche n'est pas présente ou du côté de la surface 14a. 1 5 Sur la surface 12a de- la pastille 10 de la structure à trois couches de type EMP après que la diffusion d'or ait été achevée, est disposée une plaque de molybdène26, entre lesquelles est disposée en sandwich une feuille d'aluminium 24, tandis que la surface 14a est pourvue, dans sa partie centrale, 20 d'une feuille d'or et de bore 28. En outre, une feuille d'or et d'antimoine 30 est disposée sur la périphérie extérieure de celle-ci. Des feuilles 24, 28 et 30 et la plaque de molybdène26 sont amenées en contact sous pression lorsqu'elles sont placées comme cela est décrit ..ci-dessus pour être chauffées et alliées . 25 Par ce traitement de chauffage et d'alliage, la plaque de molybd§n| 28 est fixée à la surface 12a délimitée par la couche extérieure 18 de type P de la pastille 10 par l'intermédiaire de la feuille d'aluminium 24 pour réaliser un contact ohmique connecté à l'électrode formant anode A. la feuille d'or et 30 d'antimoine 30 est fixée à la couche centrale 20 de type P tout en alliant des impuretés (antimoine) de type W pour former une couche annulaire extérieure 22 de type N sur un côté de la surface 14a de la couche centrale 20 de type P et en même temps pour réaliser un contact ohmique connecté à la cathode E sur la 35 couche extérieure 22 de type N. Cette couche extérieure 22detype N est réalisée comme si elle était insérée à partir de la surface 14a dans la couche centrale 20 de type P et la surface 14a devi3nt 71 09802 17 2083428 une surface commune de ces couches 20 et 22. La feuille d'or et do bor - 28 est fixée à la portion centrale de la couche centrale 20 de type P de ce côté de la surface 14 I t— 15 Bien que cela ne soit pas représenté, la pastille terminée 10 est placée dans une coquille ou enveloppe extérieure? non représentée pour réaliser un dispositif commutateur à semiconducteur complet. Il est à noter que, bien que la couche extérieure 22 20 de type N ait été décrite comme étant formée en introduisant par alliage la feuille d'or et d'antimoine 30 dans la couche centrale 20 de type P, cette couche peut également être formée par la technique de diffusion bien connue des impuretés de type N à partir de la surface 14 25 dans "la couche centrale 20 de type P. Dans ce cas, l'opération de dopage au phosphore et de diffusion d'or, déjeà décrite,est exécutée après que la couche 22 de type P ait été formée. Le thyristor construit conformément à la présente 30 invention et le thyristor classique seront maintenant compares on fonction de la chute' de- tension électrique directe dans 11 état de marche ou passant, du V-mpr; d'arrêt ou de la durée de l'état riori passant et de- la caractéristique de )a tension électrique.- de blocage.-. La comparaison sera d'abord effectuée en 35 fonction des propriétés à la. condition que* la température T. de la. jeme;t.iori seiit de 115°C à la foi;; élans le thyristor de-/ ' invention BAD ORIGINAL 71 09802 2083428 et dans le thyristor classique conçu pour avoir- sens i bl ornent la même durée d'arrêt ou d'état non passant de 1» à ,'0 m icrosocondes. Avec le thyristor classique présentant la durée d'arrêt ou d'état non passant de eut ordre de grandeur, un 5 obtient une chute; de* tension électrique directe de 2,2 à 2,4 V quand un courant électrique d'une intensité de bOO f- s'écoule dans l'état de marche ou passant. D'autre part, il a été confirmé que le thyristor, construit conformément à. la prései. te invention, réalise une chute de tension électrique directe de* 1,8 10 à 2,0 V dans les mêmes conditions en présentant un grand effet. La figure 4 représente les caractéristiques de variation de tension électrique en fonction de l'intensité de courant électrique des thyristors à la fois présent et classique. L'axe des abscisses du graphique représente la chute de tension ^5 électrique direct; dans l'état de marche ou passant du thyristor et l'axe des ordonnées représenta 1 ' intensi té- du courant électrique s'écoulant à travers celui-ci. La courbe d_ représente la caractéristique de variation de la tension électrique en fonction de/L ' intensité du courant électrique du thyristor classique tandis que la courbe e représente celle du thyristor de la présente invention. D'après ces courbes, on voit que b-chute de tension- électrique directe du thyristor ic l'invention est inférieure à celle du thyristor classique avec la même intensité de courant électrique s'écoulant à travers ceux-ci. On 2H5 voit également que, conformément à l'Invention, la chute de tension électrique Vq, produite à ce moment du commencement d'écoulement du courant électrique, est abaissée. Cette diminution de la chute de tension électrique directe prouve que la valeur du terme W, ^ (f" x e 2L de l'équation ( 11J a été d i m i nuée. La figure b représente les caractéristiques de variation de l'intensité du courant électrique de fuite: en fond, ion de la tension électrique des deux thyristors respectivement de i a présente invention et de la structure classique dont la. '6b température T. à la jonction est de !1f;°C. La courbe f ^ représente lu corrélation ex i s tant entre l.a tension électrique ei, 1 1 j ritensi té du courant électrique de fuite du thyristor classique- quand il est BAD ORIGINAL 71 09802 19 2083428 dans l'état hors circuit, d'arrêt ou non passant dû. à l'application d'une tension électrique directe ou d'une tension électrique dont la polarité est telle que l'électrode formant anode A devient positive par rapport à l'électrode 5 formant cathode K et la courbe représente la corrélation existant entre'la tension électrique et l'intensité du courant électrique de fuite du thyristor de la présente invention quand il est dans l'état inactif, hors circuit ou non passant dû à l'application d'une tension électrique directe au 10 thyristor. les courbes et g£ représentent la corrélation existant entre la tension électrique et l'intensité du courant électrique de fuite des thyristors qui sont dans l'état inactif, non passant ou hors circuit dû. à l'application d'une tension électrique inverse ou d'une tension électrique dont 15 la polarité est telle que la cathode K devient positive par rapport à l'électrode formant anode A. Les courbes g^ et g^ représentent les caractéristiques des thyristors respectivement de structure classique et de la présente invention. Il est évident d'après ces courbes que, avec le thyristor de l'invention, 20 l'intensité du courant électrique de fuite, lors de l'application d'unetension électrique inverse, est remarquablement réduite en ayant pour résultat un accroissement de]a tension électrique de blocage pour la tension électrique inverse. Le fait, que l'intensité du courant électrique de fuite,lors 25 de l'application de la tension électrique inverse, soit grandement réduite en comparaison avec celle de 1' application de la tension électrique directe, indique que la concontration d'atomes d'or de la couche centrale 16 du type R dans le voisinage de la jonction extrême est suffisamment basse 30 en comparison avec la concentration d'atomes d'or dans le voisinage de la jonction centrale Quand chacun des thyristors respectivement de structure classique et de la présente invention est agencé de façon à avoir une chute de tension électrique directe d'environ 35 2,4 V quand un courant électrique d'une intensité de 500 A s'écoule dans son état actif, de marche ou passant, la durée d'arrêt, d'état inactif ou non passant du thyristor de 71 09802 20 2083428 l'invention peut être raccourcis jusqu'à une valeur aussi basse que 10 à 15 microsecondes tandis que le thyristor classique présente un temps d'arrêt ou une durée d'état inacfcif de 18 à 20 microsecondes. 5 Bien que l'invention ait été décrite en se référant à un mode de réalisation dans lequel un élement d'or est diffusé sous forme d'atomes de métal lourd pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge, un autre élément, qui se comporte de façon semblable à l'or, tel que le fer ou le cuivre ou 10 autre que l'or, peut également être utilisé comme atomes de métal lourd. Quand le fer ou le cuivre est employé, sa. distribution, de concentration peut aussi être contrôlée ou réglée en raison de la présence de la couche de dopage-au phosphore pour avoir la distribution de concentration telle 15 que celle qui a été. décrite jusqu'à présent. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à t'itre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens 20 décrits ainsi que leurs, combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. 71 09802 21 2083428 REVENDICATIONS 1. Dispositif commutateur à semicondcteur, caractérisé en ce qu'il comprend : une pastille ou plaquette de semiconducteur comprenant quatre régions semiconductrices disposées suivant une corrélation ou configuration telle que chacune desdites quatres régions semiconductrices présente un type de conductivité différent de ceuxdes régions adjacentes; une région centrale de résistivité plus élevée, parmi deux régions centrales desdites quatre régions semiconductrices, étant placée en sandwich entre une première jonctiqn placée centralement parmi trois jonctions de type PN forméa^fentre lesdites quatre régions semiconductrices et une seconde jonction placée sur l'une des extrémités desdites trois jonctions du type PN et ladite pastille de semiconducteur contenant des impuretés pour contrôler ou régler la durée de vie des porteurs de charge tandis que la concentration desdites impuretés contenues dans ladite région centrale de résistivité plus élevée est plus grande dans la portion adjacente à ladite première jonction relativement à celle dans la portion adjacente à ladite seconde jonction. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la -pastille de semiconducteur précitée est principalement en silicium et les impuretés précitées, pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge, sont choisies dans le groupe comprenant l'or, le fer et le cuivre. 3.Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration en impureté ■ procitée de la portion de la région centrale précitée,qui est adjacente à la première jonction précitée, possède une valeur qui 1,2 fois plus grande que celle de la concentration en impureté de la portion de région centrale qui est adjacente à la seconde jonction précitée 4. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que la concentration en impuretés précitées de la région centrale précitée de ré-sistivité plus élevée a s?: valeur maximale dans la portion adjacente à la première jonction précitée et sa valeur minimale dans la portion bad original 71 09802 O'î 2083428 adjacente à ls seconde jonction précitée. 5. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la concentration en impuretés précitées de la région centrale de résistivité plus élevée a sa valeur 5 maximale dans la portion adjacente à 1a. première jonction précitée et diminue de façon continue vers la seconde jonction précitée pour présenter sa valeur minimale dans la portion adjacente à ladite seconde jonction. 6. Dispositif commutateur à semiconducteur, caractérisé 10 en ce qu'il comprend une pastille ou plaquette de semiconducteur ayant une première et une seconde surfaces extrêmes sensiblement parallèles l'une à l'autre et comportant quatre régions semi-conductrices disposées dans une configuration ou suivant une corrélation telle que chacune desdites quatre régions semi-15 conductrices présente un type de conductivité différent de ceux des régions adjacentes; une première région extrême parmi les quatre régions semiconductrices délimitant ladite première surface extrême, une seconde région extrême de celles-ci étant insérée dans une première région centrale adjacente à celle-ci 20 pour délimiter la seconde surface extrême avec ladite première région centrale et une seconde région centrale étant disposée en sandwich entre la première région extrême et ladite première région centrale ; une jonction centrale de type PN étant formée entre lesdites première et seconde régions centrales; 25 une première jonction extrême de type PN étant formée entre ladite première région centrale et ladite, seconde région extrême tandis qu'une seconde jonction extrême de type PN est formée entre ladite seconde région centrale et ladite première région extrême ; ladite pastille contenant des impuretés pour contrôler 30 la durée de vie des porteurs de charge et la concentration desdites impuretés contenue- dans ladite seconde région centrale étant élevée dans la portion adjacente à ladite jonction centrale de type PN relativement à celle de la portion adjacente à Ladite seconde jonction de type PN. 35 7. Dispositif selon la revendication G, caractérisé en ce que la première surface extrême précitée est pourvue d'une première: électrode en contact ohmique avec la première région BAD ORIGINAL 71 09802 23 2083428 extrême précitée et la seconde surface extrême précitée est pourvue d'une seconde électrode en contact ohmique avec la seconde région extrême précitée et d'une troisième électrode en contact ohmique avec ladite première région centrale. 5 8. Dispositif selon la revendication 7» caractérisé en ce que la seconde région extrême précitée est sous la forme d'un anneau et la portion de la première région centrale précitée, encerclée par ladite seconde région extrême, est amenée en contact ohmique avec la troisième- électrode précitée, -j 0 9. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la pastille précitée est principalement en silicium et les impuretés précitées, pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge,sontchoisiesdans le groupe comprenant l'or, le fer et le cuivre. 15 10. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la concentration des impuretés précitées, dans la portion de la seconde région centrale précitée qui est adjacente à la jonction centrale précitée de type PN, a une valeur 1,2 fois plus grande que la concentration desdites 20 impuretés dans la portion de la seconde région centrale précitée qui est adjacente à ladite jonction extrême de type PN. 11. Dispositif selon l'une des revendications 6 à 10, caractérisé en ce que la concentration des impuretés précitées dans la seconde région centrale précitée a sa valeur maximale 25 dans la portion adjacente à la jonction centrale précitée du type PN et diminue de façon continue vers la seconde jonction extrême précitée de type PN pour présenter- sa valeur minimale dans la portion adjacente à ladite seconde jonction extrême de type PN. 30 12. Procédé de fabrication d'un dispositif commutateur à semiconducteur selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend une première opération consistant à convertir le type de conductivité de portions des deux côtés d'une pastille de semiconducteur pour passer d'un type 35 de conductivité à l'autre type de conductivité afin de former une première région d'un type de conductivité dans une portion centrale de ladite pastille de semiconducteur et une seconde et 71 09802 2083428 une troisième régions de l'autre type de conductivité des deux côtés de ladite première région, une seconde opération consistant à conyertir de nouveau le type de conductivité d'une portion de ladite troisième région en un type de 5 conductivité pour former, dans ladite troisième région,une quatrième région d'un type de conductivité qui est le même que celui de ladite première région, ladite seconde opération étant exécutée après l'achèvement de ladite première opération et une troisième opération consistant à diffuser des impuretés 10 pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge dans ladite pastille, ladite troisième opération étant exécutée sous la condition qu'une région, contenant du phosphore à haute concentration, soit formée dans la portion de ladite seconde région qui est opposée à ladite première région et ladite 15 troisième opération étant également exécutée après l'achèvement de ladite première opération. 13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que la région précitée, contenant du phosphore, comprend du phosphore contenant au moins 2 x 10^ atomes/cm^. 20 14. Procédé selon la. revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que la diffusion précitée des impuretés pour contrôler la durée de vie des porteurs de charge est exécutée au moins à partir du côté ou de la face de la pastille précitée où la troisième région précitée existe dans ladite, pastille de 25 semiconducteur. 15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que la région précitée, contenant du phosphore à haute concentration, est éliminée après 1'achèvement de la troisième opération précitée. 30 16. Procédé selon l'une des revendications 12 à 15, caractérisé en ce que la troisième opération précitée est exécutée après l'achèvement de la seconde opération précitée.