Brevet FR2583924A1 — publié le 19861226

La présente invention se rapporte à 1 'électronique et elle concerne tout particulièrement les transistors composites. L'invention s'applique de façon très efficace aux amplificateurs, aux sources d'alimentation stabilisées, aux circuits de commutation et à d'autres dispositifs de commande et automatismes. Les transistors composites du type connu, réalisés de préférence selon le montage Darlington, se distinguent par un gain en courant élevé ce qui permet de simplifier sensiblement la conception des blocs de transistors, d'ameliorer la fiabilité des appareils, de réduire leur masse, les dimensions et le coût. Un gain d'amplification élevé et, par consequent, un niveau élevé de puissance, dissipée dans le transistor composite, utilisé dans les domaines d'application in diqués ci-dessus, impose un niveau maximal de stabilité thermique et de rapidité, un niveau minimal de courants inverses de concert avec une haute rentabilité dans la fabrication des transistors composites. On connait des transistors composites mesaplanars (voir, par exemple, Firsov V.I. "Les transistors composites de puissance KT827 - KT829", Revue "Industrie Electronique", 1979, n03, p.18, 19), réalisés selon un montage Darlington à deux étages sur un substrat semi-conducteur, formant collecteur commun, chacun des étages comportant une seule région de base et une multitude de régions dié- metteurs. Les régions de base et d'émetteurs sont disposées de façon irrégulière sur la surface du substrat semiconducteur et sont réunies en étages à transistors par des contacts d'amenée de courant obtenus par métallisation dans le sens allant vers les bords opposés de la surface du substrat semi-conducteur.Les contacts de raccordement pour régions de base et d'émetteurs, réalisés sous forme d'aires métallisées et destines à assurer la connexion des fils de sortie dans le boitier, se trouvent sur les bords opposés de la surface du substrat semi-conducteur et l'isolatton des régions de base dans les étages a transistors se fait par des sillons profonds. L'isolation à l'aide de sillons présente un inconvénient important : on constate notamment une augmentation des courants inverses en raison des encrassements non con tôles qui apparaissent sur les parties latérales des sillons, se trouvant dans les zones des jonctions p-n. La répartition irrégulière des régions de base et d'émetteurs sur la surface du substrat semi-conducteur conduit a une répartition irrégulière de la densité de courant et de chaleur qui se dégage lors du fonctionnement et, par con séquent, donne lieu à une faible stabilité thermique des transistors composites.Les contacts de raccordement étant disposés sur les bords opposes de la surface du substrat semi-conducteur, il est tout à fait indispensable d'orienter très rigoureusement la mise en boitier du cristal constituant le transistor composite, ce qui rend beaucoup plus difficile le montage et réduit la rentabilité de fabrication des transistors composites. Quant a la réduction des niveaux de courants inverses, la plus efficace est la conception des transistors composites pi anars dans lesquels les jonctions p-n, sortant a la surface planar du substrat, sont protégées par une couche isolante. On connait un transistor composite (Demande de brevet d'invention de la RFA n0 2705183, H OIL 27/08, publ. en 1978) qui est réalisé sur un substrat semi-conducteur, formant collecteur commun et présentant une multitude de régions de bases et d'émetteurs, constituant plusieurs étages a transistors, et qui a également des contacts conducteurs et de raccordement pour les régions de bases et d'émetteurs. La région de base est commune aux étages a transistors. Les regions de base et d'émetteurs sont disposées de façon irrégulière sur la surface du substrat se mi-conducteur et sont réunies par les contacts conducteurs dans le sens allant vers les bords opposés de la surface du substrat semi-conducteur. Les contacts de raccordement pour les régions de base et d'émetteurs, eux aussi, sont sur les bords opposés de la surface du substrat semi-conducteur. La présence d'une région base qui est commune aux étages à transistors, fait augmenter la capacité parasite du collecteur du transistor composite et, par conséquent, réduit sa rapidité. La disposition irréguliére des régions de base et d'émetteurs sur la surface du substrat semiconducteur conduit à la réduction de la stabilité thermique et la disposition des contacts de raccordement sur les bords opposés de la surface du substrat semi-conducteur rend très difficile le montage du transistor composite dans le boitier. La présente invention vise à créer un transistor composite, ayant des particularités constructives qui permettraient d'améliorer la rapidité, de faciliter son montage dans le boitier et d'augmenter la compacité topologique. Le problème posé est atteint du fait que dans un transistor composite qui est réalisé sur un substrat semiconducteur, formant collecteur commun et présentant une multitude de régions de bases et d'émetteurs, constituant plusieurs étages à transistors, et qui a des contacts conducteurs et de raccordement destinés aux bases et aux émetteurs selon l'invention, les différentes régions de bases et d'émetteurs sont disposées de façon régulière sur la surface du substrat semi-conducteur et, dans chaque étage à transistor appartenant à une région du même type, sont connectées les unes aux autres en parallèle dans le sens allant de la périphérie au centre du substrat au moyen de contacts conducteurs, les régions de bases sont isolées les unes des autres par la région de collecteur commun, sortant à la surface du substrat semi-conduc teur, alors que le contact de raccordement pour les régions d'émetteurs se trouve au centre de la surface du substrat semi-conducteur et les contacts de raccordement pour les régions de bases sont implantés de façon régulière le long de la périphérie de la surface du substrat semi-conducteur. La réalisation des différentes régions de bases et d'émetteurs de telle manière qu'elles se mettent de façon régulière sur la surface du substrat semi-conducteur et, au sein d'un étage a transistors compose de régions du même type, sont connectées en parallèle dans le sens allant de la périphérie au centre de la surface du substrat semiconducteur au moyen de contacts conducteurs, aussi bien que l'isolation des régions de bases les unes par rapport aux autres par la région de collecteur commun, sortant a la surface du substrat semi-conducteur, font que l'on arrive a - Améliorer la rapidité des transistors composites vu le fait qu'en raison de l'isolation de différentes régions de bases les unes par rapport aux autres, la surface de la jonction de collecteur entre les régions de collecteur et de bases devient moins importante - Améliorer la stabilité thermique des transistors composites étant donne le fait que l'on parvient a assurer une répartition régulière de la charge électrique sur la surface du substrat semi-conducteur et une diminution de l'interaction thermique entre les éléments constitutifs ce qui est dû a la répartition régulière et a la disposition symétrique des éléments constitutifs dans le transistor composite par rapport au centre de la surface du substrat semi-conducteur. Le fait que le contact de raccordement pour les régions d'émetteurs est réalisé au centre de la surface du substrat semi-conducteur et les contacts de raccordement pour les régions de bases sont disposés de façon régulière le long de la périphérie de la surface du substrat semi-conducteur, c'est- -dire la sy métrie des contacts de raccordement, permet de supprimer la nécessité d'orienter le substrat lors de son montage dans le boitier et d'accroitre, en conséquence, la cadence des opérations de montage du transistor composite. Il est possible de réaliser les connexions des étages à transistors en faisant recours au montage Darlington. Ce type de connexion des étages à transistors assure le plus haut gain en courant. Il est avantageux qu'au moins certaines régions de base d'un étage à transistors soient réalisées sous forme d'arcs et les régions de bases du dernier étage à transistors soient réalisées sous forme de segments. Le fait que les régions d'un étage a transistors, au moins par exemple, du premier et de tous les autres qui suivent sauf le dernier, sont réalisées sous forme d'arcs, par exemple, sous forme d'arcs de cercles concentriques, et les régions de bases du dernier étage a transistors sont réalisées sous forme de segments, par exemple, sous forme de segments fermés par lesdits arcs, permet, grâce à la densité accrue de l'assemblage de toutes les régions, constituant le transistor composite, d'améliorer la compacité de la topologie toute entière dudit transistor composite. Les solutions constructives ci-avant permettent d'accroître la rapidité et la stabilité thermique du transistor composite, tout en améliorant le rendement des opérations de montage et la compacité topologique. Dans l'exposé qui suit, l'invention est expliquée par la description des exemples de sa mise en oeuvre avec référence aux dessins annexés, sur lesquels - la Fig. 1 représente une vue en coupe verticale du transistor composite, objet de la présente invention, - la Fig. 2 représente une vue en plan du transistor composite, objet de la présente invention, - la Fig. 3 représente un schéma électrique d'un transistor composite, conforme à la presente invention. Un transistor composite, selon l'invention, comporte un substrat semi-conducteur 1 (Fig.l), par exemple, en si licium du type n+, sur lequel est déposée une région épitaxiale commune 2, constituant le collecteur et réalisée en silicium du type n. Sur la région épitaxiale commune 2 de collecteur, sont déposées huit régions séparées 3, 4, de bases, par exemple, du type p et douze régions 5, 6 séparées d'émetteurs, par exemple, du type n++n Fig.1,2). Le nombre de régions 3, 4, séparées de bases et de régions 5,6, séparées d'émetteurs peuvent être quelconque, mais pas égal a un, vu le fait qu'il est nécessaire d'assurer le fonctionnement des transistors composites avec un niveau donné de charge électrique. Les surfaces de la région com munie 2 de collecteur (Fig.l), des régions 3,4, séparées de bases, des régions 5,6, séparées d'émetteurs sont couvertes d'une couche isolante 7, par exemple, en silicium oxydé. Les jonctions p-n sortant a la surface et constituée par les régions 2 commune de collecteur, les régions 3, 4, séparées de bases et les régions 5,6, séparées d'émetteurs, se trouvent sous la couche isolante 7.A travers les fenêtres, ménagées dans la couche isolante, les régions 3, 4, séparées de bases et les régions 5, 6, séparées d'émetteurs reçoivent des contacts conducteurs 8-10, réalisés, par exemple, en métallisation aluminium. Les régions 3, 4, separées de bases et les régions 5, 6, séparées d'émetteurs sont disposées de façon régulière sur le substrat 1 semiconducteur, symétriquement par rapport a son centre géometrique. Les régions 3, 4, séparées de bases et les régions 5,6,#séparées d'émetteurs sont réunies en deux étages a transistors 11, 12, par les contacts 8 - 10 conducteurs (Fig.3). Le nombre d'étages a transistors 11, 12 peut être plus élevé en fonction du gain que doit assurer le transistor composite.Dans l'étage a transistors 11, les régions 3 séparées de bases (Fig.2), tout en étant des régions du même type de conduction sont connectées en paral lèle par les contacts conducteurs 8. En tant que régions du même type, les régions 5 séparées d'émetteurs de 1 'éta- ge 11 a transistors (Fig.3) et les régions 4 séparées de bases (Fig.2) de l'étage 12 à transistors, sont connectées en parallèle par les contacts 9 conducteurs dans le sens, allant de la périphérie au centre du substrat 1 semi-conducteur. Les régions 6 séparées d'émetteurs de l'étage 12 à transistors (Fig.3), étant les régions du même type, sont connectées en parallèle par les contacts 10 conducteurs (Fig.2).Les contacts 10 conducteurs de l'étage 12 à transistors (Fig.3) sont reliés au contact 13 de raccordement (Fig. 1,2), par exemple, en métallisation aluminium, qui représente une sortie émetteur du transistor composite. Les contacts 8 conducteurs de l'étage 11 à transistors (Fig. 3) sont reliés à quatre contacts 14 à 17 (Fig.2,3) de raccordement, par exemple, en métallisation aluminium, qui sont disposés de façon régulière le long de la périphérie de la surface du substrat 1 semi-conducteur de manière à former une symétrie par rapport au centre géométrique de la surface du substrat 1 semi-conducteur. Les contacts de raccordement 14 à. 17 sont les sorties bases du transistor composite et leur nombre peut être quelconque, mais pas égal à un, en fonction des particularités à respecter lors du montage en boîtier du transistor composite. Les régions 3, 4, séparées de bases (Fig.l) sont iso lées les unes par rapport aux autres par la région 2 commune de collecteur sortant à la surface planar sous la couche isolante 7. Les régions 3 séparées de bases de l'étage à transistors 11 (Fig.3) sont réalisées sous forme d'arcs recouvrant les régions 4 séparées de bases (Fig.2) de l'étage à transistors 12 (Fig.3), qui sont réalisées sous forme de segments. La connexion des étages à transistors 11, 12, se fait suivant le montage Darlington, mais en principe il est possible, pour la connexion des étages à transistors, de faire appel à d'autres montages, notamment, complémentaires. Le transistor composite fonctionne de la manière suivante. Un potentiel positif s'applique à une forme du subs trat semi-conducteur 1 (Fig.l, 2, 3). La polarisation positive des bornes des contacts de raccordeiient 14 à 17 par rapport la borne de contact de raccordement 13 fait ouvrir les jonctions qui existent entre les régions 3 séparées de bases (Fig.l, 2) et les régions séparées 5 d'emetteurs de l'étage 11 a transistors (Fig.3), qui déclenche (amorce) l'étage 12 a transistor, en rendant conductrices les jonctions entre les régions 4 séparées de bases (Fig.l, 2) et les régions 6 séparées d'émetteurs. Le signal électrique en provenance des étages 11, 12 a transistors (Fig.3) se présente a la borne du substrat 1 semi-conducteur. Les régions 5 séparées d'émetteurs (Fig 1,2) de l'étage 11 a transistors (Fig.3) étant par ailleurs connectées avec les régions 4 séparées de bases de l'étage 12 a transistors (Fig.3), le gain du transistor composite est égal pratiquement au produit des gains caractérisant les étages 11, 12, a transistors faisant partie de l'ensemble. Sous l'action du courant électrique traversant les jonctions du transistor composite, il y a dégagement de chaleur et échauffement du substrat 1 semi-conducteur. L'agencement régulier sur la surface du substrat 1 semi-conducteur des régions 3, 4, séparées de bases (Fig. 1,2), des régions 5,6, séparées d'émetteurs et leur connexion en pa rallèle au moyen de contacts 8 a 10 conducteurs dans le sens allant de la périphérie vers le centre de la surface du substrat 1 semi-conducteur font que la répartition de la charge électrique devient plus homogène et l'interaction thermique entre les différents éléments constitutifs du transistor composite devient plus faible. L'application des potentiels électriques aux sorties du substrat 1 semi-conducteur et aux sorties des contacts 13 a 17 de raccordement du transistor composite, provoque la naissance d'une capacité parasite dont le niveau permet de diminuer l'isolation des régions séparées 3, 4, de bases sortant à la surface planar par la région de collecteur 2 commun. Le fait que le contact de raccordement 13 (Fig.3), relié aux régions séparées 6 d'émetteurs (Fig. 1, 2), se trouve au centre de la surface du substrat 1 semi-conducteur et que les contacts de raccordement 14 - 17, reliés aux régions séparées 3 de bases, sont répartis de façon régulière le long de la périphérie de la surface du substrat 1 semi-conducteur, assure la symétrie des contacts 13 à 17 de raccordement et, en conséquence, la possibilité d'effectuer sans orientation spéciale le montage en boitier du transistor composite. La réalisation des régions séparées 3 de bases dans l'étage à transistors 11 (Fig.3) sous forme d'arcs et la réalisation des régions séparées 4 de bases (Fig.l, 2) dans l'étage 12 à transistors (Fig.3) sous forme de segments permettent d'obtenir, pour une surface donnée d'un transistor composite, la meilleure compacité des éléments constitutifs dudit transistor composite. REVENDICATIONS 1 - Transistor composite réalisé sur un substrat semi-conducteur (1), formant collecteur commun et présentant une multitude de régions (3, 4, 5, 6) de bases et d'émetteurs, constituant plusieurs étages a transistors (11, 12), et ayant des contacts conducteurs et de raccordement (8, 9, 10, 13, 14, 15, 16, 17) destinés aux régions (3, 4, 5, 6) de bases et d'émetteurs, caractérisé en ce que les différentes régions (3, 4, 5, 6} de bases et d'émetteurs sont disposées de façon régulière sur la surface du substrat semi-conducteur (1) et, dans chacun des étages a transistors (11, 12), les régions (3, 4, 5, 6) du même type sont connectées en parallèle dans le sens allant de la périphérie au centre de la surface du substrat semiconducteur (1) au moyen de contacts conducteurs (8, 9, 10), les régions de bases (3, 4) séparées sont isolées les unes des autres par la région (2) de collecteur commun, sortant a la surface du substrat semi-conducteur (1), alors que le contact de raccordement (13) pour les régions d'émetteurs (6) séparées se- trouve au centre de la surface du substrat semi-conducteur (1) et les contacts de raccordement (14, 15, 16, 17) pour les régions de bases (3) séparées sont implantés de façon régulière le long de la périphérie de la surface du substrat semi-conducteur (1). 2 - Transistor composite selon la revendication 1, caractérisé en ce que les étages a transistors (Il, 12) sont connectés en faisant recours au montage Darlington. 3 - Transistor composite selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'au moins un étage a transistors (11) a ses régions de bases (3) séparées réalisées sous forme d'arcs et les régions de bases (4) séparées du dernier étage a transistors (12) sont réalisées sous forme de segments.