Brevet FR2090285A1 — publié le 19720114

' 2090285 La présente invention concerne un composant à base de semi-conducteurs, avec au moins trois couches actives ayant des conductibilités alternées de type opposé, avec une électrode sur chacune des couches extérieures. 5 Un phénomène qui affecte considérablement la longévité et la sécurité de fonctionnement des composants à semi-donduc-teurs, en particulier des composants pour puissances élevées, consiste dans la surchauffe locale de petites zones, ou de "points chauds", dans la partie active de l'élément. Cette surchauffe 10 locale provoque un accroissement de la conductibilité dans ce domaine, et la densité de courant augmente. On aboutit à un phénomène de réaction thermique, dans la partie active, que l'on appellçfaussi le deuxième claquage, et qui peut entraîner la destruction complète de l'élément. 15 Une mesure connue, pour empêcher le deuxième claquage dans les transistors de puissance, consiste à relier l'ensemble de la surface de l'émetteur à la borne d'émetteur du transistor, au moyen d'une résistance constituée par une pellicule métallique, adhérant à la surface. Ceci présente cependant l'inconvénient 20 que, d'une part, ladite résistance ohmique, qui se trouve en série dans le circuit principal, réduit la densité globale et que, d'autre part, cette résistance détermine une chute de tension, qui réduit la puissance de pertes qui peut être dissipée par la partie active de l'élément. 25 L'objet de l'invention est d'éviter les inconvénients des dispositifs connus, et de réaliser un élément à semi-conducteur, daxjis lequel les moyens limitant la densité de courant ont une influence aussi réduite que possible sur la densité de courant totale maximale admissible, et ne présentent pas de pertes propres 30 supérieures à une limite raisonnable. On a prévu pour cela un composant à base de semi-conducteurs, avec au moins trois couches actives ayant des conductibilités alternées de type opposé, avec une électrode sur chacune des couches extérieures, selon l'invention, dans le trajet de courant principal 35 duquel il est prévu, au moins une "jonction tunnel", adjacente à la couche qui est déterminante pour la densité de courant maximale de l'élément. ( Selon le cas d'application, cette jonction tunnel peut présenter des caractéristiques différentes. Ceci peut être réalisé 40 de la manière connue, en jouant sur la géométrie et/ou sur le dopage 71 18576 2090285 de la zone de transition. Si, par exemple, on veut pourvoir un transistor de puissance d'une zone tunnel supplémentaire, celle-ci devra être disposée entre l'éihétteur et l'électrode de raccordement de 5 l'émetteur. Sur le dessin, on a reproduit un exemple de réalisation de l'objet de l'invention. Les figures montrent : La figure 1, une réalisation, donnée à titre d'exemple, d'un élément à semi-conducteur selon l'invention, 10 La figure 2, le schéma équivalent de cet élément à semi conducteur, La figure 3, une représentation graphique, pour l'explication de l'invention. Sur la figure 1, on a représenté la structure d'un 15 transiàor, avec une diode ttuanel intégrée. Les bornes E, B et C représentent respectivement les points de raccordement à l'émetteuy à la base et au collecteur. Le chemin suivi par le courant, entre l'émetteur et le collecteur, passe par une électrode métallique 1 , une couche n+, 2, qui constitue la cathode de la diode tunnel, 20 une couche p+, 3, qui constitue l'anode de la diode tunnel, une couche n+, 4, qui constitue l'émetteur du transistor dont la structure est n+ -p- i - n ; on trouve ensuite la couche qui constitue de la base 5, la couche 6 (région intrinsèque), le collecteur 7 et l'électrode métallique 8. Les couches 1 , 5 et 8 25 représentent les noints de raccordement E, B, C précités. On reconnaît que, dans cet exemple de réalisation, il est prévu deux jonctions tunnel, qui se suivent immédiatement, et qui sont constituées p&r trois couches successives dénaturées. La couche 2, n+, avec la couche 3, P+, constituent 30 l'une des diodes tunnels, cette dernière couche 3 avec la couche 4, n+ constituent l'autre diode tunnel. Le schéma équivalent de la structure décrite ci-dessus a été représenté sur la figure 2, où l'on a admis que l'élément - à semi-conducteurs selon la figure 1 est constitué nar un nombre 35 fini de transistors élémentaires .... T , et par les diodes tunnels élémentaires TD>„ ... TD connectées en série avec les 1 n émetteurs respectifs , ...., En des transistors élémentaires précités ; la "deuxième" diode tunnel, qui est constituée par les couches 2 et 3, n'a pas été représentée, car elle n'a pas 40 d'influence particulière sur le comportement électrique des 71 18576 ' 2090285 transistors, dans le domaine de fonctionnement considéré. Toutes les diodes tunnels élémentaires, sont montées dans le même sens passant que les transistors élémentaires, c'est-à-dire que, du côté de l'anode, chacune d'elles est reliée 5 à l'émetteur correspondant, tandis que leurs cathodes sont ramenées sur la borne commune E. De même, les collecteurs CL ... C d'une 1 n part, et les bases ... Bn d'autre part, sont réunis respectivement aux bornes C et B. Pour expliquer le fonctionnement du composant à semi- 10 conducteurs représenté sur la figure 1, on examinera maintenant de plus près la figure 3. En même temns que les caractéristiques I - U, d'un transistor, pour des valeurs différentes de la c et) v température de jonction, (courbes a, b, c et d), on a porté sur cette figure les caractéristiques I-U de différentes diodes 15 tunnels, courbes K1 , et Si l'on suppose que la température de la couche de blocage du transistor considéré croisse, pour une raison quelconque, il s'ensuit que la caractéristique émetteur-base change, par exemple de la courbe' a vers la courbe c de la figure 3, de sorte 20 que la chute de tension dans la diode tunnel augmente. Du fait de la caractéristique de la diode tunnel, le courant passant par l'émetteur I-g ne peut ffis dépasser la valeur déterminée par la diode tunnel. Si l'on se reporte à la caractéristique de diode tunnel 25 représentée sur la figure 3, cela signifie que l'accroissement du courant résultant de l'élévation de la température, est beaucoup moins rapide que cela ne se produit par exemple dans la cas connu (résistance entre l'émetteur et la borne émetteur). Si la diode tunnel a une caractéristique telle que » 30 représentée sur la figure 3, il ne se produit, même dans le domaine considéré, aucun accroissement notable du courant. La diode tunnel agit pratiquement, pour le courant d'émetteur I-g, comme un élément limiteur de courant. Dans le- cas de la courbe de la figure 3, il se pro-35 duit même une diminution du courant d'émetteur, lorsque la température de la jonction augmente, et ceci dans tous les cas où. la chute de tension dans la diode tunnel, eiht supérieure à la tension correspondant au sommet de la caractéristique tension ("peak voltage") Up de la diode tunnel. Dans ce domaine de fonctionnement 40 un transistor avec diode tunnel intégrée présenterait bien un 71 18576 4 2090285 comportement instable, mais avec la conjonction des autres transistors élémentaires .et diodes élémentaires, cet effet se compense, si pour le courant de pointe maximal possible, la "caractéristique résultante" de toutes les diodes tunnels élémentaires présente 5 une résistance différentielle positive. Ceci peut aussi être obtenu avec les procédés connus, en jouant sur la géométrie et sur le doppage de la jonction tunnel. L'objet de l'invention ne se limite évidemment pas à ce qui est représenté dans le dessin. C'est ainsi que l'on peut 10 aussi équiper avec une jonction tunnel supplémentaire d'autres composants à semi-conducteurs, tels par exemple, que des diodes , des thyristors, etc. 71 18576 ' 2090285 REVENDICATIONS 1°) Composant à base de semi-conducteurs, avec au moins trois couches actives ayant des conductibilités de type alterné, chacune avec une couche extérieure réalisée en forme d'électrode, caractérisé en ce que, dans le circuit du courant principal, 5 il est prévu au moins une jonction tunnel, jointive avec la couche qui détermine la densité de courant maximale admissible pour l'élément. 2°) Elément à semi-conducteur selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il est prévu deux jonctions tunnels, 10 constituées par trois couches successives consécutives (2, 3, 4) ayant des conductibilités de type alterné. 3°) Elément à semi-conducteur selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que, dans le cas d'un transistor, les couches qui constituent les jonctions tunnels sont adjacentes 15 à la couche qui constitue l'émetteur. v