Brevet FR2703830A1 — publié le 19941014

La présente invention concerne les ensembles à transistor de commu- tation. On utilise largement, en électronique, les transistors de commutation pour commuter des puissances élevées Dans un ensemble à transistor de commu- tation connu, une diode est connectée suivant un montage antiparallèle avec la jonction base-émetteur d'un transistor de puissance Le rôle de cette diode est de fournir un trajet de courant inverse partant de l'émetteur et du collecteur Cette mesure est nécessaire dans les cas o, par exemple, le transistor de puissance doit faire commuter un courant circulant dans une inductance: puisque le courant circulant dans une inductance ne peut pas s'arrêter aussitôt que le transistor commute, la diode offre un trajet pour ce courant Un exemple d'un ensemble à transistor de commutation de ce type se trouve dans le circuit semioscillant à montage en demi-pont qui est couramment utilisé dans les circuits de protection (ballast) électroniques pour lampes fluorescentes. Le coût des ensembles à transistor de commutation destinés à de telles applications est très crucial, et il serait donc souhaitable de pouvoir intégrer la diode dans le même circuit intégré que le transistor de commutation, afin de réduire le coût Malheureusement, les tentatives effectuées selon la technique antérieure pour réaliser cette diode de manière intégrée par rapport au transistor de commutation ont amené des variations imprévisibles et instables du comportement du transistor en commutation. Selon l'invention, il est proposé un ensemble circuit à transistor de commutation comprenant un substrat semi-conducteur, qui possède: des première et deuxième régions semiconductrices qui sont inter- digitées l'une avec l'autre et qui forment respectivement une électrode de commande et une électrode de signal du transistor; une troisième région semiconductrice formant une deuxième électrode de signal du transistor; et une quatrième région semiconductrice s'étendant avec les première et deuxième régions semiconductrices et formant avec la troisième région semi- conductrice une jonction de diode qui s'étend au-dessus d'une aire notable du substrat. On a découvert que, en faisant en sorte que la troisième région semi- conductrice s'étende avec les première et deuxième régions semiconductrices pour former la jonction de diode s'étendant au- dessus d'une aire notable du substrat, on obtient un comportement de commutation qui est satisfaisant, prévisible et stable. La description suivante, conçue à titre d'illustration de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels: les figures 1 1, 1 2 et 1 3 représentent respectivement une vue en plan, une vue en section droite et un schéma de circuit simplifié d'un ensemble à transistor de commutation à circuit intégré de type connu; les figures 2 1, 2 2 et 2 3 représentent respectivement une vue en plan, une vue en section droite et un schéma de circuit simplifié d'un ensemble à transistor de commutation à circuit intégré selon l'invention. On se reporte maintenant aux figures 1 1, 1 2 et 1 3 Un ensemble circuit à transistor de commutation 100 de type connu possède un substrat 102 en silicium de type N+, sur lequel se trouve une couche de type N 104 Une région de type P+ 106 recouvre la couche 104 A l'intérieur de la région 106, est formée une région de type N+ 108 présentant des doigts 108 A, 108 B et 108 C Des métallisa- tions interdigitées 110 et 112 sont respectivement formées sur les régions 106 et 108. On comprendra donc que les régions 106 et 108 constituent respecti- vement des régions de base et d'émetteur qui sont mutuellement interdigitées, et que la couche 104 constitue une région de collecteur Ainsi, le circuit intégré représenté sur les figures 1 1 et 1 2 constitue un transistor bipolaire NPN 114, tel que représenté sur la figure 1 3, possédant une structure baselémetteur interdigitée qui donne un bon comportement de commutation pour les puissances élevées. Toutefois, comme précédemment mentionné, les tentatives faites pour intégrer une diode dans ce transistor de puissance de type connu (par exemple en formant une diode sous le plot de liaison de l'émetteur, ce qui demande des pas de traitement supplémentaires) ont amené des variations imprévisibles et instables du comportement de commutation du transistor, ce qui demande d'exécuter des essais après la production et d'effectuer une sélection de dispositifs ayant un comportement satisfaisant parmi un lot de production. On se porte maintenant aux figures 2 1, 2 2 et 2 3, qui montrent, dans un dispositif à semiconducteur à circuit intégré (non représenté), un ensemble circuit à transistor de commutation 200 L'ensemble circuit à transistor de commutation 200 possède un substrat 202 de silicium de type N+, et, sur ce dernier, une couche de type N 204 A l'intérieur de la couche 204, se trouve une région de type P+ 206 possédant des doigts 206 A et 206 B Egalement, à l'intérieur de la couche 204, et s'étendant de manière interdigitée entre les doigts 206 A et 206 B, est formée une autre région de type P+ 207 A l'intérieur de la région 206, est formée une région de type N+ 208 possédant des doigts 208 A et 208 B Des métallisations interdigitées 210 et 212 sont respectivement formées sur les régions 206 et s'étendent sur les régions 208 et 207. On comprendra donc que les régions 206 et 208 constituent respecti- vement des régions de base et d'émetteur qui sont mutuellement interdigitées, et que la couche 204 constitue une région de collecteur Ainsi, le circuit intégré représenté sur les figures 2 1 et 2 2 constitue un transistor bipolaire NPN 214, tel que représenté sur la figure 2 3, ayant une structure base/émetteur interdigitée qui donne un bon comportement de commutation pour les puissances élevées. On comprendra en outre que la région 207 constitue, avec la couche de type N 204, une diode 216 connectée suivant un montage antiparallèle avec la jonction base-émetteur du transistor On comprendra également que, puisque la jonction de la diode 216 formée entre la région de type P+ 207 et la couche de type N 204 s'étend au-dessus d'une aire notable du substrat (en fait, sur à peu près la même aire totale que la jonction base-émetteur du transistor de commutation), le transistor de commutation ne présente aucun effet nuisible lié à la présence de la diode, ce qui permet d'obtenir un comportement de commutation prévisible et stable. On aura donc compris que l'ensemble à transistor de commutation des figures 2 1, 2 2 et 2 3 permet d'intégrer de manière satisfaisante une fonction diode antiparallèle avec un transistor de commutation de puissance. On aura également compris que la région de type P+ 206, la région de type P+ 207 et la couche de type N 204 constituent un transistor bipolaire PNP 218 On comprendra que, en disposant de manière appropriée l'intervalle de type N+ entre la région de type P+ 206 et la région de type P+ 207 (ce qui détermine la largeur de la base du transistor PNP 218), on peut faire en sorte que le transistor PNP 218 fonctionne de manière pleinement satisfaisante (même pour des vitesses de commutation élevées) en "circuit de fixation de niveau de Baker", ce qui évite la saturation complète du transistor NPN 214. On comprendra également que l'ensemble à transistor de commutation des figures 2 1, 2 2 et 2 3 permet que la charge emmagasinée sur la jonction de base du transistor 214 soit retirée par la base du transistor plutôt que, simplement, par son émetteur, comme dans les dispositifs de la technique antérieure tels que représentés sur les figures 1 1, 1 2 et 1 3 Par conséquent, l'ensemble à transistor de commutation des figures 2 1, 2 2 et 2 3 peut trouver son application pour n'importe quelle gamme de temps de vie de porteurs (même des temps de vie très élevés) De même, la taille de la puce peut être réduite dans une proportion pouvant atteindre %, par comparaison aux dispositifs de la technique antérieure, ce qui autorise de plus grands rendements et des réductions de coût substantielles. On comprendra que, même si cela n'est pas représenté sur les figures 2.1 et 2 2, on peut, si cela est souhaitable, prendre la connexion de collecteur de l'ensemble directement sur le substrat de type N+ 202 On comprendra également que, même si cela n'est pas montré sur les figures 2 1 et 2 2, on peut former un anneau de garde en matériau de type N+ dans la couche de type N 204 autour des autres régions 206 et 207. On aura compris que l'ensemble à transistor de commutation des figures 2 1, 2 2 et 2 3 peut être fabriqué par un traitement bipolaire classique, et ne demande aucune étape supplémentaire de traitement par comparaison au dispositif de la technique antérieure tel que présenté sur la figure 1. Bien entendu, l'homme de l'art sera en mesure d'imaginer, à partir de l'ensemble circuit à transistor de commutation dont la description vient d'être donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses variantes et modifications ne sortant pas du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Ensemble circuit à transistor de commutation ( 207), caractérisé en ce qu'il comprend un substrat semiconducteur ( 202), l'ensemble possédant: une première région semiconductrice ( 206) et une deuxième région semiconductrice ( 208), qui sont interdigitées l'une avec l'autre et qui forment respectivement une électrode de commande et une électrode de signal du transistor ( 214); une troisième région semiconductrice ( 204), qui forme une deuxième électrode de signal du transistor; et une quatrième région semiconductrice ( 207), qui s'étend avec les première et deuxième régions semiconductrices et qui forme avec la troisième région semiconductrice une jonction de diode ( 216) qui s'étend sur une aire notable du substrat. 2 Ensemble selon la revendication 1, caractérisé en ce que la quatrième région semiconductrice est interdigitée avec les première et deuxième régions semiconductrices. 3 Ensemble selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la quatrième région semiconductrice est conçue de manière à former, avec la troisième région semiconductrice et la première région semiconductrice, un transistor de fixation de niveau. 4 Ensemble selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que le transistor de commutation est un transistor NPN. Ensemble selon la revendication 4, en relation avec la revendication 3, caractérisé en ce que le transistor de fixation de niveau est un transistor PNP. 6 Dispositif à circuit intégré contenant un ensemble circuit à transistor de commutation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5.