Brevet FR2579830A1 — publié le 19861003

Dispositif électronique intégré pour commander des charges inductives. La présente invention concerne un dispositif électronique intégré pour commander des charges inductives. Comme on le sait, pour commander des charges inductives, par exemple un relais, il est courant d'utiliser des éléments de puissance, par exemple des transistors, qui servent à amener la charge à l'état le plus approprié sur la base d'un signal de commande interne. Habituellement, ces dispositifs exigent un élément de recyclage susceptible de satisfaire la demande de courant en provenance de la charge après la coupure rapide de l'élément de puissance de commande de façon à assurer une commutation fiable de la charge. Pour procurer un tel élément de recyclage, il est courant d'utiliser un élément extérieur discret qui est raccordé de façon appropriée pour permettre un recyclage du courant lors de la commutation du dispositif de commande. Toutefois, pour des raisons de coût et de convenances générales, il existe un besoin d'un dispositif de commande dans lequel l'élément de recyclage est intégré au dispositif lui-même. En conséquence, le but de cette invention est de procurer un dispositif électronique intégré pour commander des charges inductives, ayant un élément de recyclage interne adapté pour être mis rapidement en action lors de la coupure de l'élément de puissance de commande lui-même. C'est un but particulier de cette invention de procurer un dispositif électronique intégré qui a des caractéristiques suffisamment constantes pour assurer leur reproductibilité même avec des techniques de production en série. Un autre but de cette invention est de procurer un dispositif électronique intégré dont le fonctionnement soit fiable et qui, en particulier, puisse également fonctionner pour des fréquences élevées, en fonction des caractéristiques de la charge. Un autre but de cette invention est de procurer un dispositif électronique intégré n'exigeant qu'une zone d'intégration réduite Un autre but de cette invention, et non le moindre, est de procurer un dispositif électronique intégré qui puisse être fabriqué en utilisant des techniques d'intégration classiques et qui permettent en conséquence des coûts de traitement et de finition relativement faibles. Les buts ci-dessus, ainsi que d'autres qui apparaîtront ci-après, sont atteints par un dispositif électronique intégré pour commander des charges inductives, caractérisé en ce qu'il comporte une structure multicouche comprenant au moins un substrat d'un premier type de conductibilité ou de polarité, une couche noyée d'#un deuxième type de polarité adjacente au -substrat, et formant avec lui une jonction qui définit une diode, une autre couche ayant pratiquement le premier type de polarité, adjacente à la couche noyée et formant avec elle une jonction qui définit une diode de zener de recyclage, une couche épitaxiale ayant pratiquement le deuxième type de polarité, et des régions additionnelles du premier type de polarité et définissant, avec cette autre couche et la couche épitaxiale, un transistor vertical à collecteur isolé, et en ce qu'il est prévu une région ayant pratiquement le premier type de polarité, ayant une portion en contact avec cette autre couche et équipée d'une électrode de sortie non raccordée électriquement aux autres portions du dispositif. Selon son aspect de base, l'invention réside dans la constatation qu'une structure intégrée ayant un transistor vertical avec un collecteur isolé peut être utilisée de façon appropriée pour former l'élément de puissance constituant l'élément de recyclage nécessaire pour commander des charges inductives. En fait, une telle structure intégrée comprend, entre la couche noyée et la couche de collecteur, une jonction formant une diode de zener dont les caractéristiques, grâce à la technologie utilisée pour la fabrication du dispositif, sont tout à fait reproductibles, la diode de zener convenant en particulier pour fonctionner comme élément de recyclage pour une charge inductive. Toutefois, dans les transistors verticaux antérieurs à collecteur isolé, une telle diode de zener n'était pas constatée et par ailleurs était indésirable, et de ce fait la structure était fabriquée avec une zone s'étendant depuis la couche noyée aussi loin que la face extérieure du dispositif et elle était électriquement raccordée à une autre zone formant un prolongement de la couche de collecteur du transistor. De cette manière, la diode de zener était court-circuitée et ne pouvait être utilisée. Au lieu de cela, selon cette invention, il n'est plus prévu de zone s'étendant depuis la couche noyée comme un prolongement de celle-ci jusqu'à la face extérieure du dispositif, du fait qu'il devient essentiel d'éviter un tel court-circuit de façon à pouvoir raccorder la région raccordée à la couche de collecteur, formant ainsi l'anode de zener, à la charge sans lier électriquement le potentiel de la cathode de zener de sorte que cette dernière n'est plus forcée de suivre le potentiel sur l'anode. Ainsi, lorsqu'on coupe le transistor, la tension à travers la diode de zener peut chuter jusqu'à la tension de rupture de cette diode, ce qui permet au courant de recyclage en provenance de la terre de cIrculer en direction de la charge inductive. L'invention sera mieux comprise, à la lecture de la description détaillée, donnée ci-après à titre d'exemple seulement, d'une réalisation préférée, en liaison avec le dessin joint, sur lequel - la figure 1 est une vue en coupe transversale à travers une puce de semi-conducteur, dans laquelle est formé le dispositif de commande intégré de cette invention; et - la figure 2 montre le circuit équivalent de la structure de la figure 1. En se reportant à la figure 1, on peut voir les différentes couches qui constituent le dispositif selon l'invention. Ce dernier est constitué, comme il a déjà été expliqué, d'un transistor vertical à collecteur isolé, ici du type PNP, et il comporte un substrat 1 d'une polarité du type p, une couche noyée 2 du type n recouvrant la couche 1, une couche de collecteur 3 du type p, recouvrant à son tour la couche noyée 2, et une couche épitaxiale 4 d'une polarité du type n, dans laquelle sont formées d'autres zones constituant le dispositif de l'invention. En particulier, on peut voir sur la figure la région enrichie 5 du type n+ destinée au raccordement à l'électrode de base du transistor repérée ici en C, la couche 6 du type p+ formant l'émetteur du transistor qui, comme on le voit sur la figure 2, est raccordéeà la tension du courant d'alimentation, les couches 7 et 8 avec des polarités du type p+ (qui peuvent faire partie d'une seule région ou non, mais sont en tout cas électriquement raccordées ensemble) et les régions 10' et 10" avec des polarités d'isolation du type p+.En p#rticulier, la région 8, qui est électriquement raccordée à la couche de collecteur 3, s'étend aussi loin que la face extérieure du dispositif, au niveau de laquelle elle est raccordée à l'électrode de collecteur A, tandis qu'aucune région n'est prévue pour raccorder la couche noyée 2 à la face extérieure du dispositif, car il est nécessaire que l'anode de zener et la cathode puissent atteindre des potentiels différents. En outre, entre le substrat 1 du type p et la couche noyée 2 du type n, est prévue une autre jonction formant en pratique une diode. La couche noyée 2 et la couche de collecteur 3 sont toutes deux formées par implantation d'ions selon la technique bien connue. Cette technique permet d'obtenir des caractéristiques électriques bien contrôlables et reproductibles, qui assurent des conditions suffisamment constantes pour les différentes puces constituant les dispositifs. Le circuit équivalent de la structure représentée sur la figure 1 est représenté sur la figure 2. Sur cette figure, on peut voir le transistor 20 constitué par les couches 3, 4 et 6 de la figure 1, dans lequel le collecteur est raccordé aux diodes 21 et 22 qui se forment sur les jonctions entre le collecteur et la couche noyée et entre la couche noyée et le substrat. Comme on peut le voir, l'anode et la cathode de la diode de zener ne Sont pas montées en circuit, comme il était prévu dans la technique antérieure, et l'électrode A est raccordée à une charge inductive 23 pour la commander. Le dispositif de cette invention fonctionne comme suit. Lorsque le transistor 20 est coupé, l'inducteur exige un élément de recyclage qui puisse l'alimenter avec le courant qui était initialement fourni par le transistor 20. En conséquence, lors de la coupure, la tension à la borne A chute rapidement jusqu'à la tension de rupture de la diode de zener 21. En conséquence, celle-ci est mise en service et fournit à la charge 23 le courant de recyclage en provenance de la terre, courant exigé par la charge. Comme on peut l'apprécier de la description précédente, l'invention atteint pleinement ses objectifs. En fait, il a été fourni un dispositif électronique intégré qui comprend l'élément de commande de puissance pour la charge lors de la mise en service de celle-ci et l'élément de recyclage qui devient actif lors de la coupure de l'élément de commande, réduisant ainsi la dimension totale du dispositif. Les caractéristiques du dispositif sont particulièrement appropriées du fait que, grâce à la technique utilisant deux implantations d'ions, on obtient des caractéristiques électriques que l'on peut reproduire aisément, tandis que les techniques de fabrication et les coûts en résultant sont ceux caractérisant la fabrication d'un transistor vertical à collecteur isolé. Un autre avantage est la tension que l'on peut couramment obtenir avec les techniques employées (30 volts) qui permet une coupure rapide de la charge inductive (par exemple du relais), ou l'achèvement rapide de la phase de recyclage. On peut ainsi atteindre des cadences de commutation relativement élevées, dans lesquelles la charge elle-même a des temps de commutation courts . On doit noter que l'on peut utiliser de façon appropriée le dispositif, même dans le cas où l'alimentation en courant chute et où, s'il n'y avait pas d'élément de recyclage, on courrait le risque de pointes de tension dangereuses pour la charge. La présente invention est susceptible de nombreuses modifications sans s'écarter de la portée du concept inventif. Revendications. 1. Dispositif électronique intégré pour commander des charges inductives, caractérisé en ce qu'il comporte une structure multicouche comportant au moins un substrat (1) d'un premier type de polarité, une couche noyée (2) d'un deuxième type de polarité, adjacente au substrat et formant avec lui une jonction qui définit une diode, une autre couche (3) du premier type de polarité, adjacente à la couche noyée et formant avec elle une jonction qui définit une diode de zener de recyclage, une couche épitaxiale (4) du deuxième type de polarité, et des zones additionnelles (6, 7, 8, 10', 10"), pratiquement du premier type de polarité et définissant, avec cette autre couche et la couche épitaxiale, un transistor vertical à collecteur isolé, et en ce qu'il est prévu une région (8) de pratiquement le premier type de polarité, ayant une portionen contact avec cette autre couche (3) et équipée d'une électrode de sortie (A) électriquement non raccordée à d'autres portions du dispositif. 2. Utilisation d'un transistor vertical et d'une structure intégrée à collecteur isolé, ayant un substrat, une couche noyée et des régions de couche de collecteur, pour obtenir une diode de zener entre la couche noyée et la couche de collecteur. 3. Utilisation d'un transistor vertical et d'une structure intégrée à collecteur isolé selon la revendication 2, pour commander des charges inductives.