Brevet FR2610452A1 — publié le 19880805

La présente invention concerne un thyristor à gain de commande à l'ouverture (qu'on appellera ci-après dans cette description "thyristor à GCO"), qui consiste en une structure pnpn à quatre couches et qui peut être bloquée par le courant extrait à partir d'une électrode de gâchette disposée sur une couche de base. La figure 3 est une coupe montrant une partie prin- cipale d'un thyristor à GCO élémentaire classique (qu'on ap- pellera un "segment" dans la suite de cette description, pré- sentant une structure à quatre couches qui comprend une couche d'émetteur de type p 1, une couche de base de type n 2, une couche de base de type p 3 et une couche d'émetteur de type n 4. Une première électrode principale, par exemple une électro- de d'anode 5, est appliquée à la couche d'émetteur de type p 1. Une électrode de gâchette 6 est appliquée à la couche de base de type p 3. Une seconde électrode, par exemple une élec- trode de cathode 7, est appliquée à la couche d'émetteur de type n 4. La couche d'émetteur de type n 4 se présente sous la forme d'un ruban ou d'un îlot rectangulaire. La figure 4 est une vue en plan montrant un dispo- sitif du type thyristor à GCO comportant quatre segments, dont l'un est représenté sur la figure 3, en étant vu par le côté supérieur de l'électrode de cathode 7. Dans ce dispositif, les anodes des quatre segments sont connectées en parallèle et les cathodes sont également connectées en parallèle, tandis que les électrodes de grille 6 sont connectées en commun. On ob- tient un courant commandé à l'état conducteur, c'est-à-dire un courant pouvant être bloqué, ce qui est l'une des caractéris- tiques importantes du thyristor à GCO, en extrayant un courant de gâchette par les électrodes de gâchette 6 disposées et con- nectées en commun. Dans un thyristor à GCO réel dans lequel plusieurs segments sont disposés mutuellement en parallèle, les carac- téristiques électriques des segments respectifs, comme les tensions à l'état conducteur et les valeurs d'impédance de gâchette, varient d'un segment à l'autre, ce qui fait que dans le cas du blocage du dispositif consistant en un thyris- tor à GCO, les opérations consistant à extraire les courants de g&chette par les électrodes de gêchette des segments res- pectifs ne sont pas uniformes parmi les segments. Au dernier stade de l'opération de blocage du thyristor à GCO, un seg- ment spécifique, par exemple un segment dans lequel une ten- sion à l'état conducteur présente une valeur faible, ou une impédance de gâchette présente une valeur élevée, peut donner lieu à un "défaut de blocage" du fait de la concentration d'un courant dans le segment spécifique. La concentration du courant dans le segment spécifique empêche d'augmenter le courant commandé à l'état conducteur du thyristor à GCO. Dans le cas de la formation de chaque couche par un processus de diffusion classique et un processus d'injection d'une matière de réduction de durée de vie des porteurs, il est difficile de faire en sorte que tous les segments aient des caractéris- tiques électriques uniformes, ce qui fait qu'on ne peut pas espérer une augmentation notable du courant commandé à l'état conducteur. Du fait de ce qui précède, l'un des buts de l'in- vention est de procurer un thyristor à GCO dans lequel la concentration d'un courant dans un segment spécifique soit réduite à un minimum au moment du blocage du thyristor, de façon à pouvoir augmenter considérablement le courant com- mandé à l'état conducteur du thyristor. Conformément à l'invention, pour atteindre ce but ainsi que d'autres, on intercale une couche résistive entre une couche d'émetteur rectangulaire disposée en position adajcente à une couche de base à laquelle une électrode de gâchette est appliquée, et une électrode principale connec- tée à la couche d'émetteur. Selon le premier aspect de l'invention, un thyris- tor à gain de commande à l'ouverture comprend: une première électrode principale; une couche d'émetteur d'un premier type de conduc- tivité, disposée sur la première électrode principale; une première couche de base d'un second type de conductivité, disposée sur la couche d'émetteur; une seconde couche de base du premier type de con- ductivité disposée sur la première couche de base; un ensemble de couches d'émetteur du second type de conductivité, disposées sur la seconde base, chacune des couches de l'ensemble de couches d'émetteur se présentant sous la forme d'un Ilot; une électrode de gâchette disposée sur une partie de la seconde couche de base autre que les parties de celle- ci sur lesquelles se trouvent l'ensemble de couches d'émet- teur; un ensemble de couches résistives disposées res- pectivement sur l'ensemble de couches d'émetteur; et un ensemble de secondes électrodes principales disposées respectivement sur l'ensemble de couches résisti- ves. Selon le second aspect de l'invention, un thyris- tor à gain de commande à l'ouverture comprend: - une première électrode principale; une couche d'émetteur d'un premier type de conduc- tivité, disposée sur la première électrode principale; une première couche de base d'un second type de conductivité, disposée sur la couche d'émetteur; une seconde couche de base du premier type de con- ductivité, disposée sur la première couche de base; un ensemble de couches d'émetteur du second type de conductivité, disposées sur la seconde couche de base, chacune des couches de l'ensemble de couches d'émetteur se présentant sous la forme d'un Ilot; une électrode de gachette disposée sur une partie de la seconde couche de base autre que les parties de celle- ci sur lesquelles se trouvent l'ensemble de couches d'émet- teur; un ensemble de couches de métal disposées respecti- vement sur l'ensemble de couches d'émetteur; un ensemble de couches résistives disposées respec- tivement sur l'ensemble de couches de métal; et un ensemble de secondes électrodes principales dis- posées sur l'ensemble de couches résistives. La résistance de chacune des couches de l'ensemble de couches résistives peut être fixée ici dans la plage allant 2 2 de 15 mJA/mm à 500 m-A/mm2. La couche résistive qui est ainsi intercalée entre la couche d'émetteur et l'électrode principale a pour fonction d'empêcher la concentration du courant lorsque le thyristor à GCO est bloqué, et elle a en outre pour fonction de favoriser le rétablissement dans un état bloqué de la jonction entre la couche d'émetteur et la couche de base à laquelle l'électrode de gâchette est appliquée, de façon à permettre d'augmenter le courant commandé à l'état conducteur. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre de modes de réalisation préférés, et en se référant aux dessins annexés sur lesquels: La figure 1 est une coupe montrant les parties principales d'un premier mode de réalisation de l'invention; La figure 2 est une coupe montrant les parties principales d'un second mode de réalisation de l'invention; La figure 3 est une coupe montant les parties prin- cipales d'un exemple d'un thyristor à GCO classique; La figure 4 est une vue en plan montrant les seg- ments complets d'un dispositif consistant en un thyristor à GCO; et La figure 5 est un graphique représentant la varia- tion du rapport d'un courant commandé à l'état conducteur, entre la présente invention et l'art antérieur, en fonction de la résistance d'une couche résistive, et représentant éga- lement la variation de la tension à l'état conducteur en fonction de la résistance d'une couche résistive. Les figures 1 et 2 montrent respectivement deux mo- des de réalisation de l'invention. On utilise ici les mêmes références pour désigner des éléments similaires correspon- dant à ceux des figures 3 et 4. Dans le cas du premier mode de réalisation qui est représenté sur la figure 1, une couche résistive 8, consis- tant par exemple en silicium polycristallin, est appliquée sur la surface supérieure de la couche d'émetteur de type n, 4, ayant la forme d'un ruban ou d'un ilot, dans chaque seg- ment d'un ensemble de segments. L'électrode de cathode 7 est disposée sur la surface supérieure de la couche résistive 8. Dans le second mode de réalisation de l'invention qui est représenté sur la figure 2, la couche résistive 8 n'est pas disposée directement sur la surface supérieure de la couche d'émetteur de type n 4, mais est intercalée entre une couche de métal 9 appliquée sur la surface supérieure de la couche d'émetteur de type n 4, et la surface inférieure de l'électrode de cathode 7. Cette structure augmente la li- berté en ce qui concerne la sélection de la matière de la couche résistive 8 parmi diverses matières. Lorsque la couche résistive 8 est intercalée entre la couche d'émetteur de type n 4 et l'électrode de cathode 7 dans un segment, on peut augmenter considérablement le cou- rant commandé à l'état conducteur. La figure 5 montre la variation du rapport du cou- rant commandé à l'état conducteur entre la présente invention et l'art antérieur, en fonction de la résistance de la couche résistive 8, et elle montre également la variation de la ten- sion à l'état conducteur en fonction de la résistance de la couche résistive. Lorsqu'on sélectionne une valeur de mnL/mm2 pour la résistance de la couche résistive 8 sur l'émetteur de type n 4, on peut observer une augmentation notable du courant commandé. D'autre part, la tension à l'état conducteur est également augmentée conformément à l'augmentation de la résistance de la couche résistive 8, et lorsque la résistance dépasse 500 mfL/mm2 la tension à l'état conducteur est augmentée au point de dépasser 1,5 V. Il en résulte que la dissipation de puissance du dispositif à l'état conducteur est augmentée, sous l'effet du courant qui traverse le dispositif, et une structure de radiateur pour le thyristor à GC0 devient donc conteuse, du point de vue du coat de fabrication. Par conséquent, conformément à l'invention, pour améliorer effectivement le courant commandé à l'état conduc- teur sans entraîner une augmentation notable de la tension à l'état conducteur du fait de la présence de la couche ré- sistive 8, il est préférable que la résistance de la couche résistive 8 soit fixée dans une plage de 15 mrt/mm à 500 m CL /mm2. Conformément à l'invention, la couche résistive est intercalée entre l'émetteur de type n ayant la forme d'un rectangle ou d'un îlot, et l'électrode principale. Il en résulte qu'une chute de tension apparaît de part et d'au- tre de la couche résistive 8, et cette chute de tension em- péche la concentration du courant dans un segment spécifi- que, en particulier dans le dernier stade du processus de blocage, ce qui fait que les courants qui circulent vers les segments respectifs sont mieux équilibrés. De plus, la chute de tension a pour fonction de dériver le courant d'anode, ce qui fait que le courant dérivé circule vers la gachette. On peut donc rendre plus uniformes les courants qui circulent dans les segments respectifs, ainsi que les durées de bloca- ge des segments respectifs. On considère donc qu'il est pos- sible d'augmenter considérablement le courant commandé à l'état conducteur. En particulier, lorsque la résistance de la couche résistive 8 dépasse 15 mfL/mm2, les effets décrits ci-dessus sont encore renforcés, et l'augmentation de la tension à l'état conducteur peut être maintenue dans une plage appropriée en sélectionnant la résistance de la couche résistive 8 de façon qu'elle ne dépasse pas 500 mJi/mm2. Il va de soi que de nombreuses modifications peu- vent être apportées au dispositif décrit et représenté, sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Thyristor à gain de commande à l'ouverture, ca- ractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode principale (5); une couche d'émetteur (1) d'un premier type de conductivité, disposée sur la première électrode principale (5); une première couche de base (2) d'un se- cond type de conductivité, disposée sur la couche d'émet- teur (1); une seconde couche de base (3) du premier type de conductivité, disposée sur la première couche de base (2) un ensemble de couches d'émetteur (4) du second type de conductivité, disposées sur la seconde couche de base(3), chaque couche de l'ensemble de couches d'émetteur se présentant sous la forme d'un lot, une électrode de gâchette (6) disposée sur une partie de la seconde couche de base (3) autre que les parties de celle-ci sur les- quelles se trouvent l'ensemble de couches d'émetteur (4); un ensemble de couches résistives (8) disposées respective- ment sur l'ensemble de couches d'émetteur (4); et un ensem- blede secondes électrodes principales (7) disposées res- pectivement sur l'ensemble de couches résistives (8). 2. Un thyristor à gain de commande à l'ouverture selon la revendication 1, caractérisé en ce que la résis- tance de chacune des couches de l'ensemble de couches résistives (8) est choisie dans la plage de 15 mi/mm2 à 500 m./mm2. 3. Un thyristor à gain de commande à l'ouverture caractérisé en ce qu'il comprend: une première électrode principale (5); une couche d'émetteur (1) d'un premier type de conductivité, disposée sur la première électrode principale (5); une première couche de base (2) d'un second type de conductivité, disposée sur la couche d'émet- teur (1); une seconde couche de base (3) du premier type de conductivité, disposée sur la première couche de base (2); un ensemble de couches d'émetteur (4) du second type de conductivité, disposées sur la seconde couche de ba- se (3), chaque couche de l'ensemble de couches d'émetteur (4) se présentant sous la forme d'un îlot; une électrode de gâchette (6) disposéesur une partie de la seconde couche de base (3) autre que les parties de celle-ci sur lesquelles se trouvent l'ensemble de couches d'émetteur (4); un ensemble de couches de métal (9) disposées res- pectivement sur l'ensemble de couches d'émetteur (4); un ensemble de couches résistives (8) disposées respecti- vement sur l'ensemble de couches de métal (9); et un ensemble de secondes électrodes principales (7) disposées sur l'ensemble de couches résistives. 4. Un thyristor à gain de commande à l'ouverture selon la revendication 3, caractérisé en ce que la ré- sistance de chaque couche de l'ensemble de couches résis- tives (8) est choisie dans la plage de 15 mnL/mm2 à 500 m2 00 m'./mm.