Brevet FR2585202A1 — publié le 19870123

Elément pilote pour charges inductives. La présente invention concerne un élément pilote pour des charges inductives, notamment d'un type comprenant des transistors de puissance montés en pont ayant des diodes de protection respectives. La figure 1 montre par exemple un dispositif connu de ce type. Ce dispositif antérieur comprend un pont de quatre transistors repérés T1, T2, T3, et T4 et quatre diodes de retour, repérées D1,D2, D3 et D4, chacune étant disposée en parallèle avec un transistor respectif. De façon détaillée, chaque diode est montée avec son anode reliée à l'émetteur du transistor respectif et avec sa cathode au collecteur de celui-ci. La charge L est disposée sur la branche centrale du pont et est parcourue par un courant dont la direction et la valeur peuvent être réglées par les transistors T1-T4. Entre la base et l'émetteur de chaque transistor T1-T4 est montrée une résistance, tandis qu'entre le collecteur de chaque transistor Tl et T4 et le substrat est une diode de substrat DS. Le circuit représenté est effectif pour piloter des charges inductives de divers types, tels que des moteurs courant continu, des moteurs pas à pas, des solénoides, etc, et notamment les diodes de retour D1-D4 sont nécessaires dans la phase de recirculation pour éviter le deuxième claquage inverse des transistors. Les transistors reçoivent leur signal de commande sur leurs bases respectives. Il est possible d'avoir des séquences marche-arrêt différentes des transistors T1-T4, à l'exception de la fermeture simultanée de T1 et T2 ou de T3 et T4. Pour l'explication d'une opération carac- téristique, on suppose que la paire de transistors T1 et T4 est bloquée, tandis que les transistors de la paire T2 et T3 sont conducteurs; en particulier on suppose que le transistor T3 est alimenté continuellement, tandis que le transistor T2 est successivement bloqué et conducteur. La fermeture de la paire T2-T3 fait circuler le courant IL à travers la charge dans la direction de la flèche sur la figure 1, et de ce fait le courant arrivant à T3 passe à travers la charge et est ensuite évacué par T2. Si T2 est bloqué, le courant de charge ne peut plus revenir à la terre et est forcé de recirculer à travers la diode D1. A ce moment, la tension d'anode de D1 est supérieure à sa tension de cathode, et de ce fait, la jonction base-émetteur du transistor T1 est polarisée en sens inverse. Si la tension à travers la diode D1 dépasse 0,6 V, la jonction collecteur-base du transistor T1 est polarisée en sens direct et fait que le transistor T1 devient conducteur dans la région active inverse. Ce comportement présente des inconvénients car, en rendant à nouveau conducteur le transistor T2, ce dernier est forcé de prélever à la fois le courant de charge IL et le courant de coupure de T1 et de D1. Dans cette situation, le comportement serait celui représenté par la courbe 1 sur la figure 1, montrant le modèle de courant en fonction du temps. Compte tenu de la situation précédente, le but de cette invention est de procurer un dispositif pilote pour des charges inductives, qui élimine les inconvénients antérieurs, et qui notamment fonctionne plus rapidement en commutation. C'est un but particulier de l'invention de procurer un dispositif pilote qui réduit le risque d'un deuxième claquage inverse, assurant un fonctionnement plus fiable du dispositif. Un autre but de cette invention est de procurer un dispositif pilote qui, grâce à son fonctionnement plus fiable et plus sûr, permet une simplification du circuit de filtrage extérieur jusqu'ici nécessaire. Un autre but de cette invention est de procurer un dispositif pilote du type considéré, qui puisse être mis en oeuvre avec des techniques courantes, d'une manière simple et à des coûts comparables aux dispositifs antérieurs. Le but indiqué ainsi que d'autres qui apparaîtront ci-après, sont atteints par un dispositif pilote de charges inductives comprenant des transistors de puissance, ayant chacun des régions d'émetteur, de base et de collecteur, et des diodes de protection montées en parallèle à ces transis- tors et ayant des régions d'anode et de cathode respectivement reliées aux régions d'émetteur et de collecteur de ces transistors, dans lequel ces diodes sont des diodes de Schottky intégrées avec ces transistors. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la descrip- tion 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 un schéma général de circuit du dispositif connu, également valable pour l'invention; - la figure 2 montre le modèle de courant en fonction du temps dans le cas du dispositif connu et du dispositif selon l'invention; - la figure 3 est une vue en plan montrant l'implantation du dispositif selon l'invention; - la figure 4 est une coupe transversale selon la ligne IV-IV de la figure 3, mais non à la même échelle que cette dernière; et - la figure 5 est une coupe transversale selon la ligne V-V de la figure 3. Le dispositif selon l'invention peut être représenté par un circuit équivalent similaire à celui représenté et décrit en liaison avec la figure 1, sauf que les diodes D1-D4 sont, selon l'invention, des diodes de Schottky. Comme le sait l'homme de l'art, les diodes de Schottky ont des tensions directes inférieures et des rapidités supérieures aux autres types de diodes. En conséquence, la réalisation des diodes D1-D4 sous forme de diodes de Schottky permet de maintenir entre l'émetteur et le collecteur d'un transistor, par exemple T1, une tension non supérieure à 0,4 volt, empêchant ainsi la fermeture et le fonctionnement dans la région active inverse du transistor. Ainsi, le fonctionnement du dispositif selon l'invention est similaire à celui de la technique antérieure, mais en diffère par le fait important que, par exemple, pendant le fonctionnement de la paire T2-T3, en coupant T2, le courant passant à travers la charge et recirculant à travers D1 ne provoque aucune fermeture de T1 et que, en fermant T2, ce dernier n'est pas forcé de prélever le courant de coupure de T1. Ce fait, en combinaison avec la rapidité de commutation supérieure des diodes de Schottky, fait que le courant prélevé par T2 après sa fermeture est représenté par la courbe II au lieu de l'être par la courbe I. Ceci réduit en pratique les pertes dans le dispositif et permet de simplifier le circuit de filtrage interne ou externe. Un exemple d'une réalisation physique du dispositif selon l'invention est représenté sur les figures 3 à 5, montrant la puce de silicium, dans laquelle sont formés l'un des transistors et la diode de Schottky respective du diagramme de la figure 1. En se reportant maintenant aux figures 3 à 5, le dispositif comporte une couche épitaxiale 10 avec une polarité du type N, formant le collecteur du transistor et s'étendant vers l'avant sur toute la surface recevant le dispositif. La couche épitaxiale 10 reçoit les autres régions constituant le transistor et la diode de Schottky. En particulier, le dispositif comprend une région 12 avec une polarité du type P qui forme la région de base du transistor, sur l'intérieur de laquelle est formée la couche 14 avec une polarité du type N+ définissant l'émetteur du transistor. Comme on peut le voir, les couches 12 et 14 sont interrompues dans la région 16, o la couche épitaxiale 10 atteint la surface du dispositif. En pratique (se reporter à la figure 3), avec la diffusion des couches 12 et 14, des régions non diffusées ou trous 16 sont formées par le matériau de la couche épitaxiale 10. Ces trous ou portions non diffusées sont métallisés par une couche métallique 18 formant la métallisation d'émetteur. Dans ce but, au-dessus de la surface de la puce dans la région oh les couches 12 et 14 sont formées, c'est-à-dire sur le côté de la région 16, on a déposé une couche 15 d'un oxyde isolant, tandis que les contacts d'émetteur 21 sont formés (à la fois avant et après le trou formant la portion 16, et de ce fait ne sont pas visibles sur la figure 4) pratiquement alignés avec les portions 16, comme on le voit sur la figure 3. La structure physique du dispositif apparait sur la figure 3, o les lignes frontière de la couche de base ont été représentées par un trait plus épais et sont repérées en 30 (30a pour la frontière extérieure et 30b pour la frontière intérieure), tandis que les lignes frontière de l'émetteur ont été représentées par des tirets et sont repérées en 31 (31a pour la ligne frontière extérieure et 31b pour la ligne frontière intérieure). Cette figure montre en outre, outre les contacts d'émetteur 21, également les contacts de base 22 et les contacts de collecteur 20 ainsi que les métallisations respectives. Comme le sait l'homme de l'art, les diodes de Schottky sont formées par la portion de couche épitaxiale légèrement dopée 16 à la jonction métallique 18 formée de la manière décrite. En conséquence, d'une manière particulièrement simple, les diodes de Schottky sont intégrées dans la structure des transistors constituant le dispositif de cette invention. La réalisation présentée pour obtenir des diodes de Schottky intégrées est particulièrement avantageuse à plusieurs titres. Tout d'abord, la présence d'un anneau avec une polarité du type P autour de la portion 16 (formée par une partie de la diffusion de la base 12) permet de modifier la région d'appauvrissement de la diode et de ce fait de maintenir des tensions supérieures avant claquage. En outre, l'utilisation de la couche de métallisation d'émetteur, ainsi que le métal constituant la diode de Schottky, permet d'utiliser celle-ci comme plaque de champ et assure également le maintien de tensions supérieures. On doit noter que le trou ou région 16 peut avoir les formes les plus appropriées selon les besoins. La réalisation présentée permet également d'éviter l'acti- vation de la diode de substrat DS présente dans le circuit connu, assurant ainsi un fonctionnement correct des circuits de commande. Comme on peut le voir sur la description précédente, l'invention atteint pleinement les buts qu'elle s'est proposée. En fait, les remplacements des diodes D1-D4 par des diodes de Schottky fait que la tension à travers les transistors est inférieure à 0,6-0,7 V, empêchant ainsi le fonctionnement dans la région active inverse du transistor, assurant une vitesse de réponse plus élevée du dispositif, une moindre dissipation, et de ce fait une meilleure fiabilité de ce dispositif. L'invention est susceptible de nombreuses modifications tombant à l'intérieur du concept inventif. En particulier, il faut souligner le fait-.que la forme de la région épitaxiale 16 constituant la diode de Schottky avec la métallisation d'émetteur peut être quelconque. En outre, tous les détails peuvent être remplacés par leurs équivalents techniques. Revendications. 1. Elément pilote pour des charges inductives, comprenant des transistors de puissance (T1-T4) ayant chacun des régions d'émetteur, de base et de collecteur (14, 12, ) et des diodes de protection (D1-D4) montées en parallèle à ces transistors et ayant des régions d'anode et de cathode reliées respectivement aux régions d'émetteur et de collecteur de ces transistors, caractérisé en ce que ces diodes sont des diodes de Schottky intégrées avec les transistors. 2. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que ces diodes de Schottky (D1-D4) sont formées par une jonction définie par des portions surfaciques (16) d'une couche épitaxiale légèrement dopée (10) de ces transistors de puissance (T1-T4) et par une couche de métallisation (18) s'étendant au-dessus de ces portions surfaciques et en contact avec elles. 3. Elément selon la revendication 2, caractérisé en ce que ces portions surfaciques (16) de la couche épitaxiale (10) s'étendent à travers les couches de base et d'émetteur (12, 14) de ces transistors de puissance (T1-T4) et en ce que la couche de métallisation forme une métallisation d'émetteur. 4. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque transistor (T1-T4) comprend un corps semiconduc- teur ayant au moins une surface principale, ce corps semiconducteur comprenant une couche épitaxiale légèrement dopée (10) d'un premier type de conductibilité définissant la région de collecteur, des premières régions (12) d'un deuxième type de conductibilité pratiquement opposé au premier type de conductibilité et définissant les régions de base, ces premières régions de base étant partiellement entourées par cette couche épitaxiale (10) ayant des faces libres de base au niveau de cette surface principale, des deuxièmes régions (147 pratiquement du premier type de conductibilité définissant les régions d'émetteur, ces deuxièmes régions d'émetteur (14) étant partiellement entourées par les premières régions de base (12) et ayant des faces libres d'émetteur au niveau de cette surface principale, adjacentes aux faces libres de base, la couche épitaxiale (10) définissant des portions saillantes de collecteur (16) s'étendant adjacentes à ces premières régions (12) et ayant des faces libres de collecteur au niveau de la surface principale, adjacentes aux faces libres de base, une couche métallique d'émetteur (18) s'étendant sur la surface principale au moins en partie au niveau des faces libres d'émetteur et des faces libres de collecteur et en contact avec elles, définissant ainsi les diodes de Schottky (D1-D4) à la jonction avec les faces libres de collecteur. 5. Elément selon la revendication 1, caractérisé en ce que les transistors (Tl-T4) et les diodes montées en parallèle (D1-D4) sont montées en pont pour former un pont ayant une branche centrale contenant une charge inductive (L).