Brevet FR2328289A1 — publié le 19770513

La présente invention concerne de nouveaux dispositifs semi-conducteurs commandés par porte du type bi-directionnel couramment appelés triacs. Il est connu qu un triac est un dispositif à trois électrodes, deux électrodes principales Ai et A2 et une électrode de commande ou gâchette G située du côté de l'électrode principale AI, composé de cinq couches semi-conductrices dopées alternativement en type P et en type N. Dans un triac, la disposition des cinq couches est telle que l'on peut le comparer à un montage intégrant deux thyristors 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. De façon générale, en prenant comme référence de potentiel le potentiel à l'électrode principale Ai, on définit quatre modes de fonctionnement selon les polarités respectives de la deuxième électrode principale A2 et de la gâchette G par rapport au potentiel de la première électrode principale Ai. On définira par premier cadran le cas où l'électrode A2 est positive par rapport à l'électrode AI et par troisième cadran le cas où l'électrode A2 est négative par rapport à l'électrode Ai. Dans chacun de ces deux cadrans, deux cas se présenteront selon la polarité de la gâchette par rapport à la première électrode principale Ai. On appellera les quatre modes de fonctionnement d'un triac I+ I III+ III-.Ces quatre modes de fonctionnement sont explicités dans le tableau ci-dessous. TABlEAU Mode de fonc- I Polarité de A2 Polarité de G tionnement + + + ler cadran I- + + + III+ - + 3ème cadran III- - Pour un triac, une des qualités importantes recherchées est cette possibilité de déclenchement selon les quatre s modes de polarisation qui est particulièrement utile dans les applications industrielles du triac, car ceci permet notamment de déclencher le triac avec un signal de gâchette de polarité donnée quelles que soient les polarités relatives des électrodes principales Al et A2. Il est en outre particulièrement utile que la sensibilité du triac dans les quatre modes de fonctionnement soit sensiblement identique, c'est-à-dire que le déclenchement ait lieu pour des intensités de courant de gâchette voisines dans les quatre modes de polarisation. Or, il s'avère que dans le cas des triacs de l'art antérieur, le mode de fonctionnement III (également appelé de façon courante -+) a une sensibilité moins grande que les autres modes de fonctionnement, c'est-à-dire que l'on a besoin d'un plus fort courant de gâchette pour déclencher le triac. La figure 1 représente de façon très schématique un triac classique de l'art antérieur. Ce triac comprend des couches de type N et P respectivement appelées N1, N2, N3, N4 et P1, P2. L'agencement de ces couches est représenté schématiquement en figure 1 et ne sera pas décrit en détail ci-après étant donne qu il est bien connu de l'homme de l'art. On notera en particulier la disposition relative des couches N3 et N1, Pour qu'il y ait déclenchement dans le cadran IRIS+, il est couramment admis dans l'art antérieur qu'il faut qu'il y ait un recouvrement entre les projections sur un plan parallèle à l'épaisseur du triac des couches N1 et N3. En outre, comme on l'a vu ci-dessus, ce mode de fonctionnement III reste le moins sensible.Pour augmenter sa sensibilité, on a observé dans l'art antérieur qu'il fallait augmenter la surface de recouvrement, symbolisée par l'épaisseur a en figure 1 entre les projections des couches N1 et N3. Toutefois, ceci présente un inconvénient car, du m#me fait, la surface de la couche P2 en contact avec la métallisation de l'électro- de A2 et ainsi la capacité du triac à laisser passer des courants élevés diminue dans le cas où l'électrode de A2 est positive En conséquence, un objet principal de la présente invention est de prévoir une nouvelle structure de triac permettant un déclenchement pour des intensités de courant de gâchette voisines dans les quatre modes de fonctionnement du triac. Un objet plus particulier de la présente invention est d'améliorer la sensibilité de déclenchement d'un triac dans le mode ICI+. Pour atteindre ces obJets ainsi que d'autres, la présente invention prévoit de former un sillon à la frontière latérale des couches N3 et P2 d'un triac, ce sillon étant sensiblement centré sur la projection de la ligne de raccordement latérale des couches N1 et P1. Ces objets, caractéristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés en détail dans la description suivante faite en relation avec les dessins ci-joints dans lesquels La figure 1 représente de façon schématique une coupe d'un triac de l'art antérieur. La figure 2 représente de façon schématique une coupe d'un triac selon la présente invention. La figure 3 représente à titre d'exemple et en vue de dessus la disposition relative des couches N1 et N3 et du sillon dans un triac selon la présente invention; et La figure 4 représente de façon schématique une vue de dessus représentant à titre d'exemple l'agencement de certaines des couches d'un triac selon la présente invention. Selon la présente invention, comme- cela est représenté en figure 2, un triac est formé sensiblement de la même façon que dans l'art antérieur à l'exception qu'il n'est pas prévu de recouvrement entre les projections des couches N1 et N3. En outre, un sil Ion 10 est formé à la limite latérale de la couche N3 et de la couche P2, ce sillon étant disposé à un emplacement qui correspond sensiblement à la projection de la limite latérale des couches N1 et P1 de la face opposée du triac. De préférence, le sillon traverse la couche P2 et atteint la couche N2. De façon surprenante, la demanderesse a constaté expérimentalement que la prévision d'un tel sillon permettait d'obtenir un triac se déclenchant dans les quatre modes de fonctionnement et ayant en outre une sensibilité de déclenchement sensiblement identique dans les quatre modes de fonctionnement et en particulier nettement meilleure que dans l'art antérieur pour le mode ICI+. On notera bien entendu que,de mme que la figure 1, la figure# # e#st schématique et qu'en fait les proportions entre les épaisseurs des couches ne sont pas celles qui -sont-représèntées et que de façon générale, les bords du triac sont ilIonnés pour ôbte- nir une structure en mésa. En outre, les bords du triac et le sillon 10 seront de préférence munis d'un agent de passivation. A titre d'exemple,# la demanderesse a réalise un triac classique et un triac selon la présente invention qui, mis à part la configuration de la couche N3 et du sillon selon la présente -inven- tion, étaient sensiblement identiques.Avec le- triac classique, on a obtenu des intensités de courant de gâchette permettant le déèlenche- ment qui étaient- respectivement de l'ordre de 7, 7, 20 et 40 mA pour les modes de fonctionnement I+, I , III-, III+. Avec le triac selon la présente invention, on a obtenu des intensités de courant de ga^- cette permettant le déclenchement de l'ordre de 11, 11, 17 et 17 mA respectivement pour les modes de fonctionnement I+, I-, III- et III+ respectivement. Ces valeurs constituent une moyenne sur un grand nombre de mesures pour tenir compte des dispersions de caractéristiques. -En outre, il résulte de la constitution du triac selon la présente invention telle qu'elle est décrite ci-dessus, à savoir ndi tamment du fait qu'il ne se présente pas de superposition des couches Nl-et N3 en particulier au voisinage de la région de gâchette, une amélioration des possibilités de commutation en dV et en di du triac. dt Wt En effet, un triac peut être considéré comme l'intégration de deux thyristors antiparallèles qui partagent la même base de type N, N2, c'est-à-dire que le passage du courant entre les première et seconde électrodes principales dans le premier cadran se fait par l'intermédiaire de la structure de thyristor N1P1N2P2 et que le passage de courant entre la première et seconde électrodes principales dans le troisième cadran se fait par l'intermédiaire de la structure de thyristor P1N2P2N3 . En fonctionnement à la fin d'un état conducteur par un thyristor donné, l'autre est polarisé dans un sens favorable à son déclenchement.La commutation et la conduction d'un thyristor à l'au- tre sont sévèrement limitées par la charge emmagasinée dans la zone de base de type N, N2, partagée dans la région de la superposition des zones d'émetteurs de type N (N1 et N3) sur les c8tés opposés du corps semi-conducteur, car, si les possibilités de commutation--en di et en dV sont trop élevées, cette charge disponible commutera dt dt l'autre structure de thyristor de l'état non conducteur à l'état conducteur. Pour cette raison, les possibilités de commutation sont limitées avec un triac classique de l'art antérieur tel que représenté en figure 1.Ces possibilités sont améliorées selon la présente invention et notamment si les périphéries des zones dtémetteurs extrêmes du type N (Nl et N3) sur les cotés opposés du corps semiconducteur sont séparées de façon que sensiblement aucune superposition ne soit présente. On va maintenant décrire plus en détail, en se référant aux figures 3 et 4, un mode de réalisation particulier d'un triac selon la présente invention. Il sera toutefois clair que la disposition géométrique indiquée en figures 3 et 4 est donnée uniquement à titre d'exemple et ne saurait être considérée comme limitative de la présente invention. La figure 3 représente la configuration relative des couches N1 et N3 sur une puce élémentaire formant un triac. tes autres couches ne sont pas représentées par souci de simplification. ta puce élémentaire a sensiblement la forme d'un carré et les couches N1 et N3 ont des formes complémentaires séparées en projection par une ligne sensiblement diagonale 30. Cette ligne sensiblement diagonale 30 présente un décrochement par exemple de forme circulaire vers le centre de la puce, dans le cas représenté dans la figure où la gâchette occupe une position centrale. Ce décrochement est désigné par la référence 31. Le sillon 10 représenté en figure 2 est creusé à la limite de la couche N3 en suivant sensiblement cette ligne de séparation 30-31.Dans la figure 3, on a représenté un sillon ne s 'éten- dant pas jusqu'aux extrémités de la diagonale 30, mais ceci constitue simplement un exemple et le sillon pourrait être prolongé jusqu'aux coins diagonaux opposés de la puce. Si l'on désigne par la référence 11 la ligne délimitant le sillon du côté situé au-dessus de la diagonale et par la référence 12 la limite du sillon du csté situé en-dessous de la diagonale 30, la zone N3 sera limitée par la ligne Il prolongée par des parties de la diagonale 30, tandis que la zone N1 sera limitée par la ligne de séparation 30-31. Il n'existe ainsi aucune superposition entre les zones N1 et N3 et au contraire une certaine séparation entre les projections de ces zones. La figure 4 représente une vue de dessus du triac selon la présente inventions ce triac n'étant pas muni d'électrodes. Dans cette vue de dessus, on peut voir affleurer les zones Pu et N1 séparées par la frontière 30-31, et la zone de gâchette de type N, N4, délimitée par une ligne 32. De façon classique, cette zone N4 a sensiblement la forme d'un disque, ce disque étant encoché de sorte que l'électrode centrale qui servira de contact de gâchette repose d'une part sur la couche N4, d'autre part sur une partie de la couche P1. Enfin, la figure 4 montre également la ligne 11 servant de frontière à la zone de type N3 qui se- trouve sous la zone d'affleurement de la couche P1 du triac. On notera bien sûr que différents perfectionnementsclassiques apportés au triac, c'est-à-dire notamment la prévision de courtscircuits d'émetteur dans les zones N1 et N3, de sillonnages et de passivations,peuvent être prévus avec un triac selon la présente invention. Des électrodes sont disposées de façon classique, à savoir que, sur la face supérieure représentée en figure 4, une métallisation centrale recouvrira une partie de la zone de type N, N4 et une partie de la zone de type P1, et une métallisation annulaire recouvrira la plus grande partie des couches de type Nl et Fl. Enfin, une métallisation recouvrira toute la face inférieure c'est-à-dire les zones N3 et P2. Bien entendu, les types de conductibilité des différentes couches ont été donnés à titre d'exemple et pourraient être tous inversés. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation qui viennent d'tre décrits, elle est au contraire susceptible de variantes et de modifications qui apparaîtront à lthomme de l'art. REVENDICATIONS 1 - Triac déclenchable selon les quatre modes de polarisation comprenant - une première couche semi-conductrice de type P (P1), - une deuxième couche semi-conductrice de type N (N2), - une troisième couche semi-conductrice de type P (P2), - une première zone de type N (N4) déposée sur une partie de faible surface de la première couche de type P -(Fl), - 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 PI 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 une deuxième ligne frontière avec celle-ci, 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 N3 et N1 occupant en projection des zones sensiblement complémentaires, et en ce qu'un sillon est creusé à partir de la face pQrtant ladite troisième couche, sensiblemenk centré sur lesdites lignes frontières. 2 - Triac selon la revendication 1, caractérisé en ce que les types de conductivité N et P sont interchangés. 3 - Triac selon la revendication I, caractérisé en ce que le sillon traverse la troisième couche de type P (P2) et pénètre dans la deuxième couche de type N (N2).