Brevet FR2110239A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne les dispositifs à semi-conducteurs et a pour but de permettre la réalisation de dispositifs de ce genre. Elle est Matérialisée dans un dispositif à semi-conducteurs, 5 caractérisé en ce qu'il comprend un élément semi-conducteur dont une première partie constitue effectivement un transistor, dont une seconde partie constitue effectivement un thyristor et dont une troisième partie constitue effectivement une diode à jonction de type P-N, la région de collecteur de la partie transistor étant 10 commune avec la partie diode d'un côté de sa jonction P-N, ce côté de la partie diode comportant une région immédiatement voisine de la jonction P-N de la diode qui est dopée d'une manière plus importante que ne l'est la région commune à la partie diode et à la partie transistor, la région de la partie diode corres-15 pondant à l'autre côté de sa jonction P-N ainsi que la région d'anode du thyristor étant connectées en commun à une première borne du dispositif, la région d'émetteur du transistor étant connectée à une seconde borne du dispositif, et une région de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor étant 20 connectée à une troisième borne du dispositif. La région de cathode de la partie thyristor peut être connectée électriquement à la région de base de la partie transistor. L'élément peut présenter une configuration concentrique, la partie thyristor étant entourée à la fois par la partie titansis-25 tor et par la partie diode. L'élément peut comporter des faces opposées, §. partir de l'une desquelles s'étend vers l'intérieur de l'élément une première région présentant un premier type de conductibilité, l'élément étant monté par l'intermédiaire de cette face sur une 30 embase constituée par un matériau conducteur de l'électricité et formant le dispositif grâce auquel la région d'anode de la partie thyristor ainsi que la région de la diode correspondant à l'autre côté de sa jonction P-N sont connectées en commun à la première borne, cette première région constituant à la fois 35 la région d'anode du (thyristor et la région de la diode correspondant à l'autre côté de sa jonction P-N. Pour constituer une première jonction de type P-N avec la première région de l'élément, il peut être prévu une seconde région présentant le type de conductibilité opposé et formant 71 35757 2 2110239 la région de base non commandée ou sans gâchette de la partie thyristor, la région de collecteur de la partie transistor et le premier côté de la partie diode, la région présentant le dopage le plus important de la partie diode étant située dans 5 cette seconde région de l'élément. Il peut également être prévu, s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées, une troisième région qui présente le premier type de conductibilité et qui forme avec la seconde région de l'élément une seconde 10 jonction de type P-N, cette troisième région constituant la région de base de la partie transistor ainsi que la région>de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor. Dans un tel mode de réalisation, il peut être prévu de former à l'intérieur de la troisième région et s'étendant vers l'inté-15 rieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées, plusieurs quatrièmes régions dont chacune présente le type de conductibilité opposé et dont chacune forme avec la troisième région une jonction supplémentaire de type P-N, l'une de ces quatrièmes régions constituant la région d'émetteur de la partie 20 transistor et une autre de ces quatrièmes régions constituant la région de cathode de la partie thyristor. Egalement dans ce mode de réalisation, et lorsque la région de cathode de la partie thyristor est connectée électriquement à la région de base de la partie transistor, cette connexion 25 peut être constituée par une couche d'un matériau conducteur de l'électricité qui shunte ou court-circuite la jonction P-N entre la troisième région et celle des quatrièmes régions qui constitue la région de cathode de la partie thyristor. La première région de l'élément peut être du type épitaxial 30 et peut également être la région de la partie diode qui présente le dopage le plus important. Un mode de réalisation de l'invention va maintenant être décrit plus en détail et uniquement à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés donnés à titre non limitatif et dans 35 lesquels : La fig. 1 est une représentation schématique de l'élément semi-conducteur. La fig. 2 est une vue en coupe de cet élément. 71 35757 3 2110239 Si l'on se réfère tout d'abord à la fig. 1, celle-ci montre que le dispositif à semi-conducteurs comprend un élément semiconducteur 1 comportant trois parties, la première de ces parties étant une partie transistor 2, la seconde de ces par-5 ties étant une partie thyristor 3, et la troisième de ces parties étant une partie diode 4. Le transistor 2 comporte une région d'émetteur 5, une région de base 6 et une région de collecteur 7. Le thyristor 3 comporte une région de cathode 8, une région de gâchette 10 ou d'électrode de commande 9, une région de base 10 non commandée ou sans gâchette, et une région d'anode 11. La diode 4 comporte une jonction 12 de type P-N d'un côté de laquelle est située une région 13 de type N et de l'autre côté de laquelle est située une région 14 de type P. 15 La région 13 de type N de la diode 4 est connectée électriquement à la région de collecteur 7 du transistor 2 et la région de cathode 8 du thyristor 3 est connectée électriquement à la région de base 6 du transistor 2. La région d'anode 11 du thyristor 3 est connectée en 20 commun avec la région 14 de type P de la diode 4 à une première borne commune 15. La région d'émetteur 5 du transistor 2 est connectée à une seconde borne 16 du dispositif et la région de gâchette 9 du thyristor 3 est connectée à une troisième borne 17 du dispositif. 25 La description précédente correspond à la configuration électrique du dispositif dont la coupe en section droite est visible sur la fig. 2. Si l'on se réfère maintenant à cette fig. 2, l'élément 1 est monté sur une embase 20 constituée par un matériau conduc-30 teur de l'électricité et est ainsi monté par l'intermédiaire d'une face 21 faisant partie de ses deux faces opposées 21 et 22. Il est prévu que s'étendent vers l'intérieur de l'élément 1 à partir de sa face 21 une première région 23 présentant' 35 une conductibilité de type P et comportant une surface commune avec une seconde région 25 présentant une conductibilité de type N de manière à former avec cette dernière une jonction 24 de type P-N. A l'intérieur de la région 25 de type N il est prévu une région annulaire 26 qui présente un dopage 71 35757 4 2110239 plus important que celui du reste de la région 25. Il est également prévu que s'étendent vers l'intérieur de l'élément 1 à partir de sa face 22 une troisième région 27 présentant une conductibilité de type P et formant avec la 5 seconde région 25 une jonction 28 de type P-N. Deux régions concentriques de type N, désignées respectivement par 29 et 30, sont situées à l'intérieur de la région 27 de type P et s'étendent vers l'intérieur de l'élément à partir de sa face 22. 10 En outre, il est prévu de réaliser un shunt ou un court- circuit par rapport à une jonction 31 de type P-N formée entre la région 30 de type N et la région 27 de type P, en utilisant une couche de recouvrement 32 constituée par un matériau conducteur de l'électricité et shuntant la jonction 15 31 de type P-N. Il est également prévu de recouvrir la région 29 de type N à l'aide d'une électrode métallique 33 et de recouvrir la partie de la région 27 de type P qui s'étend jusqu'à la face 22 de l'élément 1 dans les limites de la région 30 de type 20 N à l'aide d'une électrode métallique supplémentaire 34. La base 20 est connectée à la borne 15 du dispositif, l'électrode 33 est connectée à la borne 16 du dispositif et l'électrode 34 est connectée à la borne 17 du dispositif. Le mode de réalisation visible sur la fig. 2 comprend le 25 transistor 2, le thyristor 3 et la diode 4 qui sont visibles sur la fig. 1. Ce mode de réalisation visible sur la fig. 2 correspond à un montage du type concentrique dont le thyristor 3, qui constitue le centre, est formé par la région 30 de type N (c'est-à-dire 30 la région de cathode 8 visible sur la fig. 1), par la partie centrale de la région 27 de type P (c'est-à-dire la région de gâchette 9 visible sur la fig. 1), par la partie centrale de la région 25 de type N (c'est-à-dire la région de base non commandée 10 visible sur la fig. 1), et par la partie cen-35 traie de la région 23 de type P (c'est-à-dire la région d'anode 11 visible sur la fig. 1). Le transistor 2 et la diode 4 entourent toutes deux le thyristor 3. Le transistor 2 est constitué par la région 29 de type N (c'est-à-dire la région d'émetteur 5 visible sur la fig. 1), par la partie 71 35757 2110239 périphérique de la région 27 de type P (c'est-à-dire la région de base 6 visible sur la fig. 1), et par la partie périphérique de la région 25 de type N (c'est-à-dire la région de collecteur 7 visible sur la fig. 1). La diode 4 est constituée par 5 la partie périphérique de la région 25 de type N (c'est-à-dire la région 13 de type N visible sur la fig. 1) et par la partie périphérique de la région 23 de type P (c'est-à-dire la région 14 de type P visible sur la fig. 1). La connexion visible sur la fig. 1 et établie entre la région de ca-10 thode 8 du thyristor 3 et la région de base 6 du transistor 2 est constituée par la couche de recouvrement 32 visible sur la fig. 2. La connexion établie entre la région d'anode 11 du thyristor 3 et la région 14 de type P de la diode 4 est constituée 15 par l'embase 20 visible sur la fig. 2. La partie périphérique de la région 25 de type N est commune à la fois à la région de collecteur 7 du transistor 2 et à la région 13 de type N de la diode 4 (voir la fig. 1). Les parties de transistor et de diode combinées qui entourent 20 la partie de thyristor 3 sont empêchées d'effectuer une commutation telle que celle d'un thyristor grâce à la présence de la région 26 à dopage élevé qui réduit d'une manière importante l'injection effectuée à partir de la région 23 de type P pour pénétrer dans la partie périphérique de la région 25 de type N. 25 Dans l'élément précédemment décrit, la couche 26 à dopage élevé (qui doit seulement être relativement mince) peut être formée soit par diffusion soit par dépôt épitaxial introduit dans une galette constituée par un matériau semi-conducteur s'étendant vers le bas (comme le montre la fig. 2) à partir de la 30 face 22 et jusqu'à la jonction 24 de type P-N. La région 23 de type P peut également être formée par dépôt épitaxial. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans 35 s'écarter de l'invention. 71 35757 6 2110239 REVENDICATIONS 1. Dispositif à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend un élément semi-conducteur dont une première partie constitue effectivement un transistor, dont une seconde partie 5 constitue effectivement un thyristor et dont une troisième par- m tie constitue effectivement une diode à jonction de type P-N, la région de collecteur de la partie transistor étant commune avec la partie diode d'un côté de sa jonction P-N, ce côté de la partie diode comportant une région immédiatement voisine de 10 la jonction P-N de la diode qui est dopée d'une manière plus importante que ne l'est la région commune à la partie diode et à la partie transistor, la région de la partie diode correspondant à l'autre côté de sa jonction P-N et la région d'anode du thyristor étant connectées en commun à une première borne du 15 dispositif, la région d'émetteur du transistor étant connectée à une seconde borne du dispositif, et la région de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor étant connectée à une troisième borne du dispositif. 2. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 1, 20 caractérisé en ce que la région de cathode de la partie thyristor est connectée électriquement à la région de base de la partie transistor. 3. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'élément présente une configuration 25 concentrique, la partie thyristor étant entourée à la fois par la partie transistor et par la partie diode. 4. Dispositif à semi-conducteurs suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément comporte des faces opposées, à partir de l'une desquelles s'étend 30 vers l'intérieur de l'élément une première région présentant un premier type de conductibilité, l'élément étant monté par l'intermédiaire de cette première face sur une embase constituée par un matériau conducteur de l'électricité et formant le dispositif par l'intermédiaire duquel la région d'anode de 3a partie thyris-35 tor et la région de la diode correspondant à l'autre côté de sa jonction P-N sont connectées en commun à la première borne, cette première région constituant à la fois la région d'anode du thyristor et la région de la diode correspondant à l'autre côté de sa jonction P-N. 71 35757 7 2110239 5. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 4, caractérisé en ce que pour former une première jonction de type P-N avec la première région de l'élément il est prévu une seconde région présentant le type de conductibilité opposé et constituant 5 la région de base non commandée ou sans gâchette de la partie thyristor, la région de collecteur de la partie thyristor et le premier côté de la partie diode, la région présentant le dopage le plus important de la partie diode étant située dans cette séconde région de l'élément. 10 6. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 5» caractérisé efc. ce que s'étend vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées une troisième région qui présente le premier type de conductibilité et qui forme avec la seconde région de l'élément une seconde jonction de type P-N, 15 cette troisième région constituant la région de base de la partie transistor ainsi que la région de gâchette de la partie thyristor. 7. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 6, caractérisé en ce que sont situées à l'intérieur de la troisième 20 région et s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées, plusieurs quatrièmes régions dont chacune présente le type de conductibilité opposé et dont chacune forme avec la troisième région une jonction supplémentaire de type P-N, l'une de ces quatrièmes régions constituant la région 25 d'émetteur de la partie transistor et une autre de ces quatrièmes régions constituant la région de cathode de la partie thyristor. 8. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 7» caractérisé en ce que la région de cathode de la partie thyristor est connectée électriquement à la région de base de la partie 30 transistor, une telle connexion étant réalisée à l'aide d'une couche d'un matériau conducteur de l'électricité qui shunte ou court-circuite la jonction P-N entre la troisième région et celle des quatrièmes régions qui constitue la région de cathode de la partie thyristor. 35 9. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 8, caractérisé en ce que la première région de l'élément est du type épitaxial. 71 35757 8 2110239 10. Dispositif à semi-conducteurs suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la région de la partie diode qui présente le dopage le plus important est également du type épitaxial.