Brevet FR2110240A1 — publié le 19720602

La présente invention concerne les dispositifs à semi-conduc-teurs et a pour but de permettre la réalisation de dispositifs de ce type. L'invention est matérialisée dans un dispositif à semi-conduc-5 teurs, caractérisé en ce qu'il comprend un élément semi-conducteur dont une première partie constitue effectivement un transistor et dont une seconde partie constitue effectivement un thyristor, la région de collecteur de la partie transistor et la région d'anode de la partie thyristor étant reliées en commun à un premier con-10 ducteur extérieur à l'élément, la région d'émetteur de la partie transistor étant connectée à un second conducteur extérieur à l'élément, la région de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor étant connectée à un troisième conducteur extérieur à l'élément, et la région de base de la partie transistor 15 ainsi que la région de cathode de la partie thyristor étant connectées en commun à un quatrième conducteur extérieur à l'élément. La première partie de l'élément peut constituer effectivement un transistor du type N-P-N, et la seconde partie de cet élément peut constituer effectivement un thyristor du type P-N-P-N. 20 II est souhaitable que les second et troisième conducteurs soient connectés à un générateur de signaux grâce au fonctionnement duquel un signal est appliqué aux bornes des second et troisième conducteurs, le signal appliqué au troisième conducteur étant positif par rapport à celui appliqué au second conducteur, 25 et les troisième et quatrième conducteurs éteint connectés à un générateur de signaux grâce au fonctionnement duquel un signal est appliqué aux bornes des troisième et quatrième conducteurs, le signal appliqué au quatrième conducteur étant positif par rapport à celui appliqué au troisième conducteur. 30 Les signaux peuvent être produits à partir d'un générateur de signaux commun comportant une paire de sorties dont l'une est connectée au quatrième conducteur et dont l'autre est connectée en commun à la fois aux second et troisième conducteurs, et il est prévu d'inclure dans la partie du circuit électrique qui 35 comprend l'autre des sorties, le second conducteur ainsi que la région d'émetteur de la partie transistor, une diode montée de ■anière à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant de cette autre des sorties du générateur commun et circulant vers le second conducteur. 71 35758 2 2110240 Dans un tel montage, la diode peut être constituée par line troisième partie de l'élément semi-conducteur. La sortie considérée en premier lieu dans la paire de sorties du générateur de signaux commun peut être connectée à la fois au 5 second et au quatrième conducteurs, et il peut être prévu d'in- n terposer entre le générateur et le second conducteur une diode montée de manière â bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant de cette première des sorties et circulant vers le second conducteur tandis qu'il peut être prévu d'interposer 10 entre le générateur et le quatrième conducteur une diode montée de manière à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant du quatrième conducteur et circulant vers le générateur. L'élément peut comporter des faces opposées, à partir de l'une desquelles s'étendent vers l'intérieur à la fois une région 15 de type P et une région de type N, l'élément étant monté, par l'intermédiaire de cette face, sur une embase constituée par un matériau conducteur de l'électricité et formant l'élément de connexion commun avec le premier conducteur, la région de type N présentant une surface commune avec une région supplémentaire de 20 type P qui s'étend vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre des faces opposées et à l'intérieur de laquelle sont situées des régions supplémentaires de type N qui s'étendent également vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre des faces opposées, le second conducteur étant connecté à l'une de 25 ces régions supplémentaires de type N et le quatrième conducteur étant connecté à l'autre de ces régions supplémentaires, le quatrième conducteur étant également connecté à la région supplémentaire de type P comme l'est le troisième conducteur. Les régions supplémentaires de type N peuvent être circulaires 30 en vue en plan et concentriques l'une par rapport à l'autre, le second conducteur éteint connecté à la région extérieure parmi ces régions supplémentaires de type N. Lorsqu'il est prévu comme précédemment décrit une diode qui est constituée par une troisième partie de l'élément semi-conduc-35 teur, il peut être prévu d'établir à l'intérieur de la région supplémentaire de type P et s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées, une région supplémentaire de type N qui constitue cette diode conjointement avec la région P supplémentaire. 71 35753 3 2110240 Plusieurs modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits plus en détail et uniquement à titre d'exemple en se référant aux dessins annexés, donnés à titre non limitatif, et dans lesquels : 5 La fig. 1 est une représentation schématique d'un mode de réalisation de l'invention. La fig. 2 montre le mode de réalisation visible sur la fig. 1 avec ses générateurs de signaux associés. La fig. 3 montre le mode de réalisation visible sur la fig. 1 10 avec un générateur de signaux commun. La fig. 4 montre un autre montage possible du mode de réalisation visible sur la fig. 3. La fig. 5 est une vue en coupe de l'élément représenté sché-matiquement sur la fig. 1. 15 La fig. 6 est une vue en coupe d'un autre mode de réalisation de l'élément représenté schématiquement sur la fig. 1, qui montre la diode du montage visible sur la fig. 3. Si l'on se réfère tout d'abord au mode de réalisation représenté schématiquement sur la fig. 1, ce dernier comprend un tran-20 sistor 1 présentant une configuration du type N-P-M et comportant une région de collecteur 2, une région de base 3 et une région d'émetteur 4. Il est également prévu dans le montage un thyristor 5 présentant une configuration du type P-N-P-N dont la région d'anode 6 est connectée en commun, par l'intermédiaire 25 d'un élément de connexion 7, à un premier conducteur 8. La région d'émetteur 4 du transistor 1 est connectée à un second conducteur 9 et la région de gâchette ou d'électrode de commande 10 du thyristor 5 est connectée à un troisième conducteur 11. La région de base 3 de la partie transistor ainsi 30 que la région de cathode 12 de la partie thyristor sont connectées en commun, par l'intermédiaire d'un élément de connexion 13, à un quatrième conducteur 14. Comme le montre la fig. 2, le dispositif décrit ci-avant est actionné sous la forme d'un dispositif 15 (constitué par le 35 transistor 1 et le thyristor 5") en connectant aux bornes des second et quatrième conducteurs 9 et 14 un générateur de signaux 16 grâce auquel un signal de coupure ou de commutation peut être appliqué aux bornes de ces conducteurs, le signal appliqué au troisième conducteur 14 étant positif par rapport au 71 35758 ii 2110240 signal appliqué au second conducteur 9. Il est également prévu un second générateur de signau"" 17 grâce auquel un signal d'amorçage ou de commutation peut être appliqué aux bornes des troisième et quatrième conducteurs 11 5 et 14 respectivement, le signal appliqué au troisième conduc-teur 11 étant positif par rapport au signal appliqué au quatrième conducteur 14. Lorsqu'un potentiel est respectivement appliqué aux bornes des premier et second conducteurs 8 et 9 de manière que le 10 premier conducteur 8 soit positif par rapport au second conducteur 9, le dispositif 15 est à l'état bloqué ou non conducteur. Si maintenant un signal d'amorçage ou d'excitation est appliqué à partir du générateur de signaux 17, le troisième eonduc-15 teur 11 devient positif par rapport au quatrième conducteur 14 de manière à amener la région de cathode 12 à injecter des porteurs permettant ainsi au thyristor 5 de passer à l'état conducteur de la manière normale. Un tel déclenchement ou amorçage du thyristor 5 amène le courant de cathode circulant dans ce 20 thyristor 5 à devenir le courant de base circulant dans la région de base 3 du transistor 1. Ce transistor 1 est alors amené à permettre la circulation d'un courant de collecteur qui est supérieur au courant de cathode du thyristor selon un facteur égal à son gain de courant en émetteur commun (fà) 25 Par conséquent IG = $ IR et le courant total peut s'écrire IE = Ic + IR = + Bien que comme précédemment décrit, le signal positif appliqué au troisième conducteur 11 soit ramené ou fasse retour par l'intermédiaire du quatrième conducteur 14, il pourrait également 30 être ramené par l'intermédiaire du second conducteur 9. Dans ce cas, le signal d'amorçage du thyristor passe également à travers la jonction P-N du transistor 1, qui est constituée par l'émetteur 4 et la base 3. A l'équilibre, la tension collecteur-base du transistor 1 35 est égale à la tension d'anode du thyristor 5 et, par conséquent, ce thyristor 5 ainsi que le transistor 1 ne sont pas à l'état totalement saturé. Pour couper ou rendre non conducteur l'ensemble du dispositif 15, il est uniquement nécessaire d'éliminer ou d'interrompre la 71 35758 5 2110240 conduction du thyristor 5. Du fait que le thyristor 5 ne sup- " Ix " porte qu'une partie ou fraction LK IE " 1+6 du courant total du dispositif 15, cette coupure est relativement facile par rapport à celle d'un dispositif du type thyristor 5 pur. Pour interrompre le fonctionnement du dispositif 15, un signal de coupure est appliqué à partir du générateur de signaux 16 aux bornes des second et quatrième conducteurs 9 et 14 respectivement, ce signal de coupure appliqué étant tel que le 10 quatrième conducteur 14 soit rendu positif par rapport au second conducteur 9. Pour obtenir la coupure, le signal appliqué doit présenter une amplitude plus importante que celle du courant du thyristor circulant antérieurement. Grâce à l'application de ce signal de coupure, le transistor 5 est amené à se saturer da-15 vantage et il en résulte ensuite une chute de sa tension collecteur-base qui atteint une valeur inférieure à celle qui est nécessaire pour entretenir ou maintenir le thyristor 5 à l'état conducteur. Le signal appliqué ne doit être appliqué que suffisamment longtemps pour permettre au thyristor de reprendre son 20 état bloqué ou non conducteur, après quoi le signal peut être interrompu ou éliminé. L'interruption de la conduction du thyristor amène inévitablement le transistor à cesser également d'être conducteur. Le retour du thyristor 5 à l'état bloqué ou non conducteur 25 peut être facilité si le troisième conducteur 11 est maintenu négatif par rapport au quatrième conducteur 14 comme dans une coupure normale par gâchette ou électrode de commande. Une telle situation peut être obtenue à l'aide du circuit visible sur la fig. 3. Dans ce circuit, les générateurs de signaux 30 16 et 17 sont combinés en un seul générateur de signaux 20 capable de produire à la fois un signal de coupure et un signal d'amorçage. Le générateur 20 comporte deux sorties 21 et 22 parmi lesquelles la sortie 21 est connectée au quatrième con-, ducteur 14 et la sortie 22 est connectée à la fois au troi-35 sième conducteur 11 et au second conducteur 9 par l'intermédiaire d'un élément de connexion 23 comportant une diode 24 montée de façon à bloquer l'écoulement du courant provenant de la sortie 22 du générateur 20 et circulant vers le second conducteur 9. Grâce à ce montage, lorsque le générateur 20 71 35758 e 2110240 produit un signal de coupure, non seulement le quatrième conducteur 14 est rendu positif par rapport au second conducteur 9, mais le troisième conducteur 11 est également rendu négatif par rapport au quatrième conducteur 14. 5 Selon un autre mode de réalisation, l'élément de connexion 23 * M ainsi que la diode 24 qui lui est associée peuvent être supprimés de sorte que la commutation de l'ensemble du dispositif 15 est obtenue simplement en commutant (c'est-à-dire en déterminant soit une coupure soit un amorçage à l'aide du générateur de si-10 gnaux 20) la partie thyristor 5 de l'ensemble 15. Cette partie thyristor 5 fonctionne alors comme un commutateur de coupure classique à gâchette ou électrode de commande. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 4, celle-ci montre un mode de réalisation plus complexe du circuit visible sur la fig. 15 3, dans lequel la sortie 21 du générateur de signaux 20 est connectée à un point de liaison entre deux diodes 25 et 26 parmi lesquelles la diode 25 est connectée entre la sortie 21 du générateur 20 et le second conducteur 9 et est montée de manière à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant 20 de la sortie 21 et circulant vers le conducteur 9, tandis que la diode 26 est montée de manière à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant du quatrième conducteur 14 et circulant vers la sortie 21 du générateur 20. Les montages des circuits visibles sur les fig. 3 et 4 prë-25 sentent par rapport au montage du circuit visible sur la fig, 2 des avantages qui consistent en ce que les signaux d'amorçage et de coupure sont injectés entre les mêmes points du circuit et que, par conséquent, un seul générateur 20 fournissant alternativement des signaux de sortie positifs et négatifs peut être 30 utilisé pour commander l'ensemble du dispositif 15. Si l'on se réfère maintenant à la fig. 5, ceUe-ci montre une vue en coupe d'un dispositif 15 pouvant être utilisé dans l'un quelconque des modes de réalisation visibles sur les fig. 1 à 4. Le dispositif 15 visible sur la fig. 5 est constitué par 35 un montage concentrique dont la partie extérieure située au delà des traits mixtes constitue le transistor 1 et dont la partie centrale située en deçà des traits mixtes constitue le thyristor 5. 71 35758 7 2110240 L'élément comporte des faces opposées 31 at 32. Il est prévu, s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de la face 32, une région 33 de type P qui constitue la région d'anode 6 de la partie thyristor 5, ainsi qu'une région 34 de type N 5 dont la partie située à l'extérieur des traits mixtes constitue la région de collecteur du transistor 1 alors que la partie située à l'intérieur des limites correspondant aux traits mixtes est placée au-dessus de la région 33 de type PP constitue la région suivante de type N du thyristor 5. L'élément est monté 10 par l'intermédiaire de sa face 32 sur une embase 35 conductrice de l'électricité et constituant le dispositif grâce auquel la région de collecteur 2 de la partie transistor 1 et la région d'anode 6 de la partie thyristor 5 sont connectées en commun au premier conducteur 8. 15 II est également prévu une région supplémentaire 36 de type P présentant une surface commune avec la région 34 de type N et s'étendant vers l'intérieur de l'élément 15 à partir de sa face 31. La partie de la région 36 de type P qui est située à l'extérieur des limites en traits mixtes constitue la 20 région de base 3 de la partie transistor 1 tandis que la partie de cette région 36 de type P qui est située à l'intérieur des limites formées par les traits mixtes constitue la région de gâchette ou d'électrode de commande 10 de la partie thyristor 5. 25 Deux régions supplémentaires 37 et 38 qui sont de type N et concentriques et circulaires sont formées à l'intérieur de la région 36 de type P et s'étendent vers l'intérieur de l'élément 15 à partir de sa surface 31. Parmi ces régions concentriques de type N, la région extérieure 37 constitue 30 l'émetteur de la partie transistor 1 et le second conducteur 9 est connecté à cette région 37 de type N. La région concentrique intérieure 38 de type N constitue la région de cathode 12 de la partie thyristor 5 et le quatrième conducteur 14 lui est connecté, ce conducteur étant court-circuité vis-à-vis de là 35 région 36 de type P par l'intermédiaire d'un élément de liaison et de court-circuitage 39 qui est connecté à la région 36 de type P au niveau de sa partie formant la région de base 3 du transistor 1. Au niveau du centre de l'ensemble il est prévu de connecter le troisième conducteur 11 qui constitue le 71 3575? 8 2110240 conducteur de gâchette ou de commande et est connecté à la partie de la région 36 de type P qui constitue la région de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor 5. Il est visible qu'à la fois la région 34 de type N et 5 la région 36 de type P sont communes à la partie transistor N 1 et à la partie thyristor 5. Cependant, la conductibilité latérale de ces deux régions 34 et 36 est suffisamment faible pour être négligeable par rapport à la conductibilité des conducteurs extérieurs. 10 La liaison de court-circuitage 39 peut être rendue suffi samment résistive pour limiter la surintensité d'amorçage du courant circulant dans la partie thyristor 5 si cela paraît souhaitable. Dans le mode de réalisation précédemment décrit, la région 15 37 de type N peut ne pas présenter une configuration annulaire mais peut offrir, et cela de façon souhaitable, une configuration comportant des éléments formant doigts ou languettes faisant saillie vers l'intérieur dans un sens radial et présentant des formes complémentaires par rapport à des parties du type doigts 20 ou languettes associées à la partie de la région 36 de type P qui constitue la région de base 3 de la partie transistor 1 de l'ensemble du dispositif. Lorsqu'on utilise une telle variante, le contact ohmique associé à la région 36 de type P présente alors une configuration périphérique extérieure qui est similaire 25 à celle des parties ou éléments en forme de doigts ou languettes de la partie considérée de la région 36 de type P. Par conséquent, la résistance latérale apparaissant à travers la région 36 de type P serait alors égale d'un bout à l'autre de sa partie constituant la région de base 3 de la partie transistor 1. 30 Si l'on se réfère maintenant à la fig. 6, celle-ci montre le dispositif 15 auquel est associée la diode 24 visible sur la fig. 3. Dans ce cas, le mode de réalisation ne se présente pas sous une forme concentrique mais le thyristor 5 est situé du côté 35 gauche de la ligne en traits mixtes 40 visible sur la figure et le reste du dispositif constitue le transistor 1. La diode 24 est formée par une région supplémentaire 42 de type N qui est située à l'intérieur de la région 36 de type P et s'étend vers l'intérieur de l'élément 15 à partir 71 35758 9 2110240 de sa face 31. La diode 24 est constituée pai* la région 42 de type N et par la partie de la région 36 de type P qui est située à la droite et au-dessus de la ligne en traits mixtes 41 visible sur la figure. 5 La résistance de la région 36 de type P serait trop élevée pour donner naissance à aucun effet de court-circuitage important entre le quatrième conducteur 14 et le second conducteur 9» par l'intermédiaire de la liaison de court-circuitage 39 et de la liaison de court-circuitage 43 correspondant à 10 l'élément de connexion 23 visible sur la fig. 3. Des modifications peuvent être apportées aux modes de réalisation décrits, dans le domaine des équivalences techniques, sans s'écarter de l'invention. 71 35758 2110240 REVENDICATIONS 1. Dispositif à semi-conducteurs, caractérisé en ce qu'il comprend un élément semi-conducteur dont une première partie cons- # titue effectivement un transistor et dont une seconde partie cons- NI 5 titue effectivement un thyristor, la région de collecteur de la partie transistor et la région d'anode de la partie thyristor étant connectées en commun à un premier conducteur extérieur à l'élément, la région d'émetteur de la partie transistor étant connectée à un second conducteur extérieur à l'élément, la région 10 de gâchette ou d'électrode de commande de la partie thyristor étant connectée à un troisième conducteur extérieur à l'élément, et la région de base de la partie transistor ainsi que la région de cathode de la partie thyristor étant connectées en commun par un quatrième conducteur extérieur à l'élément. 15 2. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la première partie est effectivement un transistor du type N-P-N, la seconde partie constituant effectivement un thyristor du type P-N-P-N. 3. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 1 20 ou 2, caractérisé en ce que les second et troisième conducteurs sont connectés à un générateur de signaux grâce au fonctionnement duquel un signal est appliqué aux bornes des second et troisième conducteurs, le signal appliqué au troisième conducteur étant positif par rapport au signal appliqué au seoond conducteur, et 25 les troisième et quatrième conducteurs étant connectés à un générateur de signaux grâce au fonctionnement duquel un signal est appliqué aux bornes des troisième et quatrième conducteurs, le signal appliqué au quatrième conducteur étant positif par rapport à celui appliqué au troisième conducteur. 30 4. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 3, caractérisé en oe que les signaux sont produits à partir d'un générateur de signaux commun comportant une paire de sorties dont l'une est reliée au quatrième conducteur et dont l'autre est connectée en commun à la fois aux second et troisième con-35 ducteurs, et il est prévu d'inclure dans la partie du circuit électrique qui comprend l'autre des sorties, le second conducteur ainsi que la région d'émetteur de la partie transistor, une diode montée de manière à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant de cette autre des sorties du générateur commun 71 3575? 2110240 et circulant vers le second conducteur. 5. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la diode est constituée par une troisième partie de l'élément semi-conducteur. 5 6. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la première des deux sorties du générateur de signaux commun est connectée à la fois aux second et quatrième conducteurs, et en ce qu'il est prévu d'interposer entre le générateur et le second conducteur une diode montée 10 de façon à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant de cette première des sorties et circulant vers le second conducteur et en ce qu'il est également prévu d'interposer entre le générateur et le quatrième conducteur une diode montée de façon à bloquer ou interrompre l'écoulement du courant provenant 15 du quatrième conducteur et circulant vers le générateur. 7. 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'étendent vers l'intérieur à la fois une région de type P et une région de 20 type N, l'élément étant monté par l'intermédiaire de cette face sur une embase constituée par un matériau conducteur de l'électricité et formant l'élément de connexion commun avec le premier conducteur, la région N présentant une surface commune avec une région supplémentaire de type P qui s'étend vers l'intérieur de 25 l'élément à partir de l'autre des faces opposées et à l'intérieur de laquelle sont situées des régions supplémentaires de type N qui s'étendent également vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre de ses faces opposées, le second conducteur étant connecté à l'une de ces régions supplémentaires de type N et le 30 quatrième conducteur étant connecté à l'autre de ces régions supplémentaires, le quatrième conducteur étant également connecté à la région supplémentaire de type P comme l'est le troisième conducteur. 8. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 7', 35 caractérisé en ce que les régions supplémentaires de type N apparaissent circulaires en vue en plan et sont concentriques l'une par rapport à l'autre, le second conducteur étant connecté à la région extérieure parmi ces régions supplémettaires de type N. 71 35756 2110240 9. Dispositif à semi-conducteurs suivant la revendication 8, dans la mesure où elle dépend de la revendication 4, caractérisé en ce que la diode est constituée par une troisième partie de l'élément semi-conducteur, et en ce qu'il est prévu, à l'intérieur de la région supplémentaire de type P et s'étendant vers l'intérieur de l'élément à partir de l'autre des faces opposées, une région supplémentaire de type N qui constitue cette diode conjointement avec la région supplémentaire de type P.