Brevet FR2530390A1 — publié le 19840120

"Montaqe Darltnqton de transistors" L'invention concerne un montage Darlinqton de transistors du type comprenant un transistor de puissance et un transistor d'excitation dont le collec- teur est raccordé au collecteur du transistor de puissance et dont l'émetteur est raccordé à la base du transistor de puissance, et un Drétransistor dont le collecteur est raccordé au collecteur du transistor de puissance et dont l'émetteur est raccordé à la base du transistor d'excitation tandis que sa base est susceptible d'être commandée par un canal d'entrée, cependant qu'à la base du transistor d'excitation est raccordé le branchement en série d'une première résistance, raccordée directement à cette base, et d'une diode Zener dont l'anode est reliée à la première résistance, tandis que parallèlement à la jonction émetteurbase du transistor d'excitation, est prévue une seconde résistance, les éléments de montage ainsi mentionnés étant en outre Intégrés monolithiquement selon la technique planaire sur un substrat commun cons- tituant la zone de collecteur des transistors précités, et enfin la cathode de la diode Zener étant reliée à la prise d'un diviseur de tension constitué par une troisième résistance et d'une quatrième résistance, diviseur dont une extrémité est raccordée au collecteur du transistor de puissance et dont l'autre extrémité est raccordée à l'émetteur du transistor de puissance. Un tel montage Darlington de transistors a déjà été proposé dans la demande de brevet allemande P 31 23 667 7 Grâce à la disposition de la diode Zener et de la première ainsi que la seconde résistances, on obtient, avec ce dispositif de montage que, lorsqu'on atteint une tension déterminée à la cathode et à la diode Zener, le transistor d'excitation et le transistor de puissance- soient enclenchés et que, grâce au rapport des valeurs de résistance de la première et de la seconde résistances, la dépendance en fonction de la température de cette tension d'enclenchement puisse être réglée Grâce à la disposition supplémentaire du diviseur de tension constitué de la- troisième et de la quatrième résistances, on obtient en outre que la tension d'enclenchement pour laquelle le transistor d'excitation et le transistor de puissance sont mis en circuit, soit transformée au maximum sous la forme de tension limite collecteur-émetteur par l'intermédiaire du rapport de division de ce diviseur de tension i En parallèle avec la jonction émetteur-base du transistor de puissance, il est prévu, dans le cas de cette disposition de montage déjà proposée, une cinquième résistance de l'ordre de quelques ohms Cela permet d'écour- ter la durée de commutation et d'obtenir une meilleure répartition de l'énergie en fonctionnement bridé. Ce montage Darlington de transistors connu présente cependant l'inconvénient que la charge du diviseur de tension qui est constitué par la troisième et la qua- trième résistances ainsi qu'également son déréglage sont fortement dépendants de la température. Le montage Darlington de transistors conforme à l'invention est caractérisé en ce que, dans le montage en série, disposé entre la base du transistor d'excitation et la prise du diviseur de tension et concernant la première résistance et la diode Zenner, est intercalée la jonction base-émetteur d'un transistor auxiliaire, intégré monoli- thiquement dans le substrat commun en direction du flux, dont le collecteur est collecté au collecteur du transistor de puissance, de telle manière qu'il est, comme les collec- teurs des autres transistors formé nar le substrat commun. Suivant une autre caractéristique de l'in- vention, le transistor auxiliaire est raccordé, avec sa base,, à la prise du diviseur de tension et avec un émetteur à la cathode de la diode Zenner. Ce montage présente l'avantage que la charge et également le déréglage du diviseur de tension constitué par la troisième et la quatrième résistances sont réduits lors d'une modification de la températrue Le transistor auxiliaire n'occupe alors que de petites surfaces de micro- plaquettes Le diviseur de tension constitué de la troisième et de la quatrième résistances peut alors être intégré sur le substrat constituant la zone de collecteur des transis- tors précités ou bien être disposé extérieurement. L'avantage particulier du montage Darlington de transistors conforme à l'invention réside en ce que la partie monolithiquement intégrée peut être réalisée par un procédé planaire simple et peu coûteux dans lequel les élé- ments intégrés du montage sont diffusés sur un substrat de collecteur commun, les dispositions spéciales coûteuses et caractéristiques de la technique normale des circuits inté- grés bipolaires, tels que l'épitaxie, la diffusion d'isola- tion, les couches conductrices, etc étant alors évités. Un exemple de réalisation du montage "arling- ton de transistors conforme à l'invention, dans lequel de diviseur de tension constitué par la troisième et la qua- trième résistances est intégré monolithiquement, est repré- senté sur les dessins annexés et est expliqué plus en détail dans la description qui suit: la figure 1 est un schéma de branchement électrique du montage Darlington de transistors intégré monolithiquement; les figures 2 et 3 sont des vues chémati- ues de dessus d'un exemple de réalisation du montage repré- senté sur la figure 1; la figure 4 est une vue en coupe selon la liqne C C' de la fiqure 3. La figure 1 représente un montage Darlinqton de transistors à trois étages avec un transistor de puissance T 3, un transistor d'excitation T 2 et un pré- transistor T 1 Les collecteurs de ces transistors T 1, T 2, T 3 sont raccordés les uns aux autres, tandis que l'émet- teur du transistor d'excitation T 2 est raccordé à la base du transistor de puissance T 3 cependant que l'émetteur du pré-transistor T est raccordé à la base du transistor d'excitation T 2 La base B du pré- transistor T 1 est susceptible d'être commandée par un signal d'entrée Les jonctions -émetteur-base des transistors T 1, T 2, T 3 sont shuntées par des résistances R 1, R 2, R 3 A la base du transistor d'excitation T est raccordé le branchement en série constitué par une résistance R 4 et une diode Zener ZD, dont l'anode est reliée à la résistance R 4 Entre le collecteur C et l'émetteur E du transistor de puissance T 3, est placé un diviseur de tension qui est constitué par le branchement en séri des résistances R 5, R 6, R 7 et qui est muni de deux prises 15 f et 15 h. Conformément à l'invention, il est prévu un transistor auxiliaire T 4 dont la base est raccordée à la prise 15 h placée entre les résistances R 6 et R 7 et dont l'émetteur est raccordé à la cathode de la diode Zener ZD Le collecteur de ce transistor auxiliaire T 4 est raccordé au collecteur commun des transistors T 1, T 2, T 3. Comme cela est en outre indiqué sur la figure 1, les résistances R 5, R 6, R 7 sont des ré istances suscep- tibles d'être modifiées. Lorsque, comme cela sera décrit plus en détail ci-dessous, l'ensemble du montage représenté sur la figure 1 est intégré monolithiquement, les résistances R 5, R 6, R 7 constituent un diviseur de tension susceptible d'être équilibré sur la plaque semi-conductrice Du fait de cet équilibre, est ajustée la tension de bridage souhaitée émetteur-collecteur pour laquelle la diode Zener ZD devient passante, et les transistors T 2 et T 3 sont , commandés, de telle manière que le transistor de puissance T 3 ne peut pas subir de dégâts de claquage U du fait 3 CEO de pointes de tension de haute énergie Grâce à la résis- tance R 4 qu'il y a lieu de dimensionner en rapport notamment avec la résistance R 2, l'allure de la tension de bridage en fonction de la température peut être ajustée mais peut notamment être en pratique amenée à disparaître. Le petit transistor auxiliaire T 4 qui peut être intégré dans le montage sert à réduire la charge du diviseur de tension R 5, R 6, R 7 et à éviter également son déréglage lors d'une variation de-la température. Les zones des bases des transistors T 1 à T 4 placées sur la surface audessous d'une couche de bioxyde de silicium, sont protégées, comme cela est décrit plus loin en se référant aux figures 2 à 4, par une électrode métallique 15 f déposée en général simultanément avec la métallisation base et émetteur Cette électrode 15 f se situe sur une prise du diviseur de tension R 5, R 6, R 7. En règle générale, un autre rapport de division est nécessaire que celui pour le bridage émetteur-collecteur au moyen de la diode Zener, si bien qu'une prise unique des résistances R 5, R 6, R 7 ne suffit pas En principe, il est possible, dans une disposition selon l'invention, de régler la tension de passage base-collecteur déterminée par le potentiel de l'électrode de recouvrement 15 f sépa- rément de la tension de bridage émetteur-collecteur, lors- que-parmi les résistances R 5, R 6, R 7 au moins deux sont susceptibles d'être compensées Mais, si la tension de passage maximale base-collecteur se situe nettement au- dessus de la tension de bridage émetteur-collecteur, on peut renoncer à une compensation proprement dite lorsqu'il est établi, à partir des tolérances de réalisation des résistances et de la tension Zener, qu'après compensation de l'une des résistances R 5 R 6 ou R 7 la tension de passage base-collecteur déterminée par l'électrode de recouvrement se situe au-dessus de la tension de bridage émetteur-collecteur. Les figures 2 et 3 montrent un exemple sché- matique de réalisation du montage représenté sur la figure 1, et la figure 4 est une vue en coupe selon la ligne C C' de la figure 3 La figure 2 montre la dis- position des semi-conducteurs apres le dépôt et le recou- vrement des zones p et n+ (les zones n+ étant hachurées). Les zones lia, 1 lb, Ilc et lld constituent les zones de base des transistors T 1, T 2, T 3 et T 4 Les bandes étroites de conductibilité pu 116 a, 116 b e-: 116 c constituent les résistances R 5, R 6, R 7 Les possibilités de compensation ne sont pas indiquées sur les figures 2 et 3 pour améliorer la visibilité Les zones 14 a,'14 b, 14 c, 14 d constituent les zones d'émetteur des transistors T 1, T 2, T 3, T 4 La zone 14 e constitue, en même temps que la zone llb, la diode Zener ZD, cependant que la résistance de la voie de base de la sortie droite inférieure de la zone de base 11 b du transistor T 2 constitue la résistance R 4. La figure 3 montre la même disposition que la figure 2, mais après l'ouverture de la fenêtre de con- tact (teintée en noir) et après le dépôt de la métallisa- tion (en tirets) La zone métallique 15 a est raccordée à la zone de base lia du transistor T 1 dans la fenêtre de contact 151 a La zone métallique 15 b relie par l'inter- médiaire des fenêtres de contact 151 b et 152 b les zones 14 a et 14 b, la zone métallique 15 c relie par l'intermé- diaire des fenêtres de contact 151 c et 152 c, les zones 14 b et 11 c La zone métallique 15 d est raccordée par l'intermé- diaire de la fenêtre de contact 151 d à la zone d'émetteur 14 c du transistor T 3 La zone métallique 15 e relie, par l'intermédiaire des fenêtres de contact 151 e et 152 e, la zone émetteur de conductibilité n+ 14 d du transistor T avec la cathode de conductibilité n+ 14 e de la diode Zener ZD La zone métallique 15 f constitue une électrode de recouvrement qui est raccordée à l'emplacement 151 f aix diviseurs de tension 116 a, 116 b, 116 c, ou bien R 5, R 6-, R 7, La bande métallique 15 k relie, par l'intermé- diaire des fenêtres de conta-t 151 k et 152 k l'extrémité côté collecteur 20 du diviseur de tension 116 a, 116 b, 116 c + avec la zone N 14 f placée en pratique au potentiel du collecteur Les zones de métallisation 15 g (base du transistor T 4) et 15 h (prise du diviseur de tension 116 a, 116 b, 116 c) d'une part, ainsi que les zones de métallisa- tion 15 i (extrémité côté émetteur du diviseur de tension) et 15 d (métallisation d'émetteur du transistor T 3) d'autre part, doivent en fait être reliées La réalisation s'ins- pire de ce que ces liaisons, lors de la mesure pralable de la plaque sur des automates de mesure pour la compen- sation du répartiteur au moyen de sondes de mesure, sont court-circuitées et que la liaison finale s'effectue après le soudage de la microplaquette=par des jonctions en fil métallique Cette façon de procéder présente l'avantage que les caractéristiques du blocage des transistors peuvent être contrôlées sans le courant de fuite du diviseur de tension Bien entendu, les liaisons métalliques peuvent être également déjà réalisées avec le reste de la métalli- sation, auquel cas, l'électrode de recouvrement 15 f doit comporter des ajours et la métallisation 15 c ainsi que -la fenêtre de contact 152 c doivent être interrompues. L'invention n'est pas limitée à l'exemple de réalisation décrit en se référant aux figures 1 à 4 Notam- ment, il est également possible de ne pas loger le diviseur de tension constitué par les résistances R 5, R 6, R 7 ou bien 116 a, 116 b, 116 c sur le substrat 10 comprenant les transis- tors T 1, T 2, T 3, T 4, mais, au lieu de cela, de le loger extérieurement dans un second élément constitutif spécial discret ou bien intégré monolithiquement. REVENDICATIONS 1 ) Montage Darlington de transistors compre- nant un transistor de puissance (T 3) et un transistor d'ex- citation (T 2) dont le collecteur est raccordé au collecteur du transistor de puissance (T 3) et dont l'émetteur est -raccordé à la base du transistor de puissance (T 3) et un pré-transistor (T 1) dont le collecteur est raccordé au collecteur du transistor de puissance (T 3) et dont l'émet- teur est raccordé à la base du transistor d'excitation (T 2) tandis que sa base est susceptible d'être commandée par un canal d'entrée, cependant qu'à la base du transistor d'exci- tation (T 2) est raccordé le branchement en série d'une première résistance (R 4), raccordée directement à cette base, et d'une diode Zener (ZD) dont l'anode est reliée à la première résistance (R 4), tandis que parallèlement à la jonction émetteir-base du transistor d'excitation (T 2), est prévue une seconde résistance (R 2), les éléments de montage ainsi mentionnés (T 1, T 2, T 3, R 4, R 2, ZD) étant en outre intégrés monolithiquement selon la technique planaire sur un substrat commun ( 10) constituant la zone de collecteur des transistors précités (T 1, T 2, T 3) et enfin la cathode de la diode Zener (ZD) étant reliée à la prise ( 15 h) d'un diviseur de tension (R 5, R 6, R 7) constitué par une troi- sibme résistance (R 5, R 6) et d'une quatrième résistance (R 7, diviseur dont une extrémité est raccordée au collec- teur ( 0) du transistor de puissance (T 3) et dont l'autre extrémité est raccordé à l'émetteur (E) du transistor de puissance (T 3), montage caractérisé en ce que, dans le montage en série, disposé entre la base du transistor d'ex- citation (T 2) et la prise ( 15 h) du diviseur de tension (R 5, R 6, R 7) et concernant la première résistance (R 4) et la diode Zenner (ZD), est intercalée la jonction base- émetteur d'un transistor auxiliaire (T 4) intégré monoli- thiquement dans le substrat commun ( 10) en direction du flux, dont le collecteur est collecté au collecteur du transistor de puissance (T 3) de telle manière qu'il est, comme les collecteurs des autres transistors (T 11 T 2, 3) formé par le substrat commun. 2 ) Montage Darlington selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le transistor auxiliaire (T 4) est raccordé, avec sa base, à la prise ( 15 h) du diviseur de tension (R 5 S R 6, R 7) et avec un émetteur à la cathode de la diode Zenner (ZD). 3 ) Montage Darlington de transistors selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce que le diviseur de tension (R 5, R 6, R 7 constitué par la troi- sième résistance (R 5, R 6) et la quatrième résistance (R 7) est également intégré monolithiquement sur le substrat commun ( 10) constituant les zones de collecteur des transis- tors précités (T 1,, 2 3 T T 4). 4 ) Montage Darlington de transistors selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé én ce que le diviseur de tension (R 5, R 6, R 7) constitué par-la troisième résistance (R 5, R 6) et la quatrième résistance (R 7) est disposé sous la forme d'un élément constitutif discret en dehors du substrat ( 10) constituant les zones de collec- teur des transistors précités (T 1, T 2, T 3, T 4).