Brevet FR2336802A1 — publié le 19770722

la présente invention concerne une nouvelle structure de triac et plus particulièrement une telle structure fournissant un triac ayant des caractéristiques améliorées en dV/dt à la commutation. la figure 1 représente un triac de l'art antérieur à gâchet- te centrale de constitution classique. Comme cela est connu, un tel triac est un dispositif à trois électrodes, deux électrodes principales Al et A2 et une électrode de commande ou gâchette G située du ct- té de l'électrode principale Al, composé de cinq couches semi-conductrices dopées alternativement en type P et en type N. Par exemple, ce triac comprend des couches de type N et P respectivement désignées par Nl > N2, ND, N4 et P1, P2. L'agencement de ces couches,représenté schématiquement en figure 1, ne sera pas décrit en détail ci-après étant donné qu'il est bien connu de l'homme de l'art.Ce triac est équivalent à un ensemble de deux thyristors en parallèle de sens de conduction différents, la cathode de l'un étant reliée à l'anode de l'autre et réciproquement, cet ensemble ne possédant qu'une seule électrode de commande. Cette dernière permet par injection d'un faible courant électrique de faire basculer le triac d'un état bloqué (à forte impédance) à un état conducteur (à faible impédance) et ceci dans les deux sens de conduction possibles entre les deux électrodes principales. Parmi les nombreuses caractéristiques du triac on s'intéressera ici plus particulièrement à la caractéristique dite de dV/dt en commutation. Comme on le voit en figure 1J les zones de conduction N1 P1 N2 P2 (courant Il)et P1 N2 P2 N3 (courant I2) sont jointives, s6- parées par le trait en pointillés indiqué dans la figure 1. Ainsi, en cas de passage d'un état conducteur dans un premier sens (courant I1) à un état bloqué, c'est-à-dire que la tension aux bornes principales s'inverse, le dispositif risque de conduire à nouveau dans le sens opposé (courant 12) si la tension réappliquée en sens inverse a une croissance trop rapide, ctest-à-dire que le dV/dt est trop grand. Ce phénomène est très important lorsqu'on alimente par exemple une charge inductive à travers un triac.Il limite également Irutilisation du triac en haute fréquence. Cette limitation est due aux charges encore présentes dans la zone frontière entre les deux thyristors constituant le triac au moment où la polarisation s'inverse. tes figures 2A, 2B et 2C représentent respectivement une vue de dessus, une vue de dessous et une vue en coupe symbolique d'un triac de l'art antérieur à gâchette en coin. On notera de façon générale, comme cela apparat clairement à partir des figures 2A et 2B, qu'il est généralement prévu une superposition entre les projections, sur un plan parallèle au plan des courbes, des couches N3 et N1 au voisinage de la zone de gachette. ta figure 2C indique la représentation schématique et symbolique usuelle d'un tel triac. On remarquera qu'il ne s'agit pas là d'une vraie vue en coupe pour laquelle la zone N4 de gSchette n'apparartrait pas. Ce dispositif présente, comme cela a été exposé ci-dessus > l'inconvénient d'avoir une mauvaise caractéristique de dV/dt en commutation étant donné qu il existe une zone intermédiaire au voisinage de la limite des deux thyristors constituant le triac dans laquelle des charges peuvent être injectées d'un thyristor à l'autre lors d'un changement de polarité de la tension appliquée. Pour éviter cet inconvénient, une première solution a été proposée dans l'art antérieur, comme cela est représenté en figure 31 qui consiste à éloigner l'une de l'autre les projections des couches N3 et NI tout en maintenant éventuellement une certaine superposition de ces couches dans la zone de gâchette. Ainsi, la zone comprise entre les deux traits en pointillés 2 et 3 de la figure 3 ne participera pas à la conduction des thyristors individuels et il ne pourra y avoir d'injection de porteurs d'un thyristor à l'autre lors d'une commutation. Toutefois, cette amélioration est faible car en fait le courant de chacun des thyristors a tendance à s'étaler latéralement.Par exemple, dans le cas du thyristor à sens de conduction désigné par la flèche Il.la zone conductrice est limitée approxinatrt#ment par la ligne en pointillés 1 et non par la ligne en pointillés 2. Il est donc nécessaire de prévoir une séparation relativement importante entre les deux thyristors. Cette séparation est de l'ordre de 500 à 1.000 microns pour obtenir un résultat efficace. On notera que, au lieu de séparer en projection les couches N1 et N3, il est au contraire possible de les superposer entre les pointillés 2 et 3 et l'on obtient ainsi en coupe une zone à cinq couches non conductrice avec des résultats analogues.On peut résumer les inconvénients de ces procédés de l'art antérieur en indiquant d'une part, qu'ils sont d'une efficacité toute relative, d'autre part qu'ils entrassent une augmentation des dimensions de la pastille constituant le triac, c'est-à dire une perte en silicium,soit une augmentation de coût. En conséquence, un premier objet de la présente invention est de prévoir ur'.e nouvelle structure de triac présentant une caractéristique en dVjdw en commutation améliorée Un deuxième objet de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de triac à caractéristique en dV/dt en commutation améliorée,n'entrainant qu'une faible augmentation des dimensions du triac. Pour atteindre ces objets, ainsi que d'autres, la présente invention prévoit de modifier un triac de type classique en ménageant des sillons sur chacune des faces conductrices, ces sillons séparant respectivement les couches N1 et PI et les couches N3 et P2 et péné- trant tous deux de part et d'autre dans la couche centrale N2 d'une profondeur au moins égale à 15 microns. Ces sillons sont ensuite remplis d'un agent passivant pour assurer une protection et un isolement électrique du dispositif. Ces objets, caractéristiques et avantages de la présente invention ainsi que atautres,seront exposés en détail dans la description suivante d'un mode de réalisation de la présente invention dans laquelle Les figures 1, 2A, 2B, 20 et 3 concernent divers dispositifs de l'art antérieur décrits ci-dessus pour faciliter la compréhension de la présente invention; la figure 4A représente une vue en coupe symbolique d'un dispositif selon la présente invention; et tes figures 4B et 4C représentent respectivement une vue de dessus et une vue de dessous d'un dispositif selon la présente invention. tes figures 4A, 43 et 4C représentent un triac selon la présente invention obtenu à partir d'un triac clas#sique dans lequel il n'est toutefois prévu aucune superposition entre les projections des couches NI et N3. Sur la face supérieure de ce triac (figure 43) un sillon est prévu pour séparer les couches P1 et N1. Ce sillon traverse les couches et pénètre dans la couche N2 d'une profondeur supérieure à 15 microns. Sur la face inférieure du dispositif (figure 4C) un sillon sépare les couches N3 et P2,la séparation entre les couches N3 et P2 correspondant sensiblement, avant formation de ces sillons la projection de la séparation entre les couches N1 et P1 sur l'autre face du dispositif. te sillon séparant les couches N3 et P2 pénètre dans la couche N2 d'une profondeur supérieure à sensiblement 15 microns. tes sillons sont ensuite remplis d'un agent passivant.Les avantages d'une telle construction sont notamment les sui vantes - le courant Iî ne peut plus s'étendre latéralement; il est pratiquement limité par la courbe 4; - à la commutation, la diffusion locale des charges est bloquée au voisinage des jonctions P1 N2 et N2 P2 par les sillons qui pénètrent dans N2. En conséquence, le champ électrique croissant à partir de l'une de ces jonctions ne rencontre pas de charge libre au départ, les charges situées dans la couche N2 ayant un temps de recombinaison long, - les sillons étant, après formation, remplis d'un verre de protection > l'interface verre-silicium constitue une zone de recombinaison pour les charges libres dont la disparition est accélérée sans modification de la durée de vie des porteurs dans N2. En conséquence, un triac selon la présente invention présente un comportement amélioré en ce qui concerne sa caractéristique en dV/dt en commutation. A titre d'exemple et sans que cela constitue une limitation dela présente invention, on va indiquer ci-après certains dimensionnements pour mieux faire comprendre la présente invention. De façon générale, la couche N1 a une épaisseur de l'ordre d'une vingtaine de microns, la couche P1 une épaisseur de l'ordre de 35 microns, la couche N2 une épaisseur de l'ordre de 150 à 200 microns, la couche P2 une épaisseur de l'ordre de 35 microns et la couche N3 une épaisseur de l'ordre de 20 microns. Ainsi, chaque sillon aura une profondeur de l'ordre de 35 microns plus 15 microns, soit une cinquantaine de microns. En fabriquant ces sillons selon 1 t une des techniques actuellement les plus répandues,c'est-à-dire par photogravure et attaque chimique, la technologie actuelle entratne que le dessin gravé sur la pastille a une épaisseur minimale de l'ordre de la centaine de microns.Ce sillon devant avoir une profondeur de l'ordre de 50 microns, sa largeur au niveau de la surface de la couche sera de l'ordre de 200 microns. Une telle largeur est nettement inférieure aux séparations de couches qui devaient entre prévues dans l'art antérieur, qui étaient de l'ordre de 500 à 1.000 microns et fournissaient en outre des résultats moins satisfaisants comme cela a été exposé ci-dessus. Un mode de réalisation particulier a été décrit ici mais il est clair que la présente invention s'applique à perfectionner les divers triacs connus, qu'ils soient à gabehette centrale ou latérale et quelle que soit la configuration particulière des couches qu'ils comportent. On notera que de façon surprenante, malgré les sillonnages eSfectuéss un triac selon la présente invention peut se déclencher par la gabehette dans les deux sens de conduction, ce qui n'était pas évident à priori et résulte d'expériences effectuées par la demanderesse. ta présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent entre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui appara#tront à lthom- me de l'art. REVENDICATIONS 1 - Triac comprenant une première couche semi-conductrice de type P (PI), une deuxième couche semi-conductricede type N (N2), une troisième couche semi-conductrice de type P (P2), une première zone de type N (N4) déposée sur une faible surface de la première couche de type P (P1), une deuxième zone de type N (N1) déposée sur une surface relativement importante de la première couche de type P (P1) et indépendante de la zone de type N (N4), les régions N1 et P1 présentant en vue de dessus une première ligne frontière, une troisième zone de type N (N3) déposée sur une surface relativement importante de la troisième couche de type P (P2) et présentant avec celle-ci une deuxième ligne frontière, caractérisé en ce que les projections des première et seconde lignes frontières sur un plan parallèle au plan des couches sont sensiblement confondues, les couches N5 et N1 occupant en projection des zones sensiblement complémentaires, en ce qu un premier sillon est creusé à partir de la face portant ladite troisième couche(P2)sensiblement centré sur la première ligne frontière et pénétrant dans la deuxième couche semi-conduc trice(N2#et qu'un deuxième sillon est creusé à partir de la face portant ladite première couche (P1) sensiblement centré sur la deuxième ligne frontière et pénétrant dans la deuxième couche semi-conduc trice(N2) 2 - Triac selon la revendication 1, caractérisé en ce que les types de com uctivité N et P sont interchangés. 3 - Triac selon la revendication 1, caractérisé en ce que les sillons pénètrent la deuxième couche semi-conductriced'une profondeur sensiblement égale ou supérieure à 15 microns. 4 - Triac selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sillons sont remplis d'un agent de passivation. 5 - Triac selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les sillons sont obtenus par photogravure et attaque chimique.