Brevet FR3067855A1 — publié le 20181221

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif à multiples transistors, à un pont redresseur et à un procédé de fabrication d'un dispositif à multiples transistors. Etat de la technique Les circuits redresseurs s'utilisent dans de nombreux circuits électroniques. C'est ainsi que les circuits redresseurs s'utilisent, par exemple, dans des convertisseurs de tension continue ou dans des circuits adaptateurs du coefficient de puissance dans lesquels ils cons- tituent un élément important. Les circuits redresseurs sont, par exemple, réalisés sous la forme de ponts redresseurs. En particulier, les circuits redresseurs peuvent être réalisés comme redresseurs actifs avec des transistors à commande synchrone. Pour cela, on utilise, par exemple, également des transis- tors latéraux, de puissance, en particulier des transistors à base de ni- trure de gallium. Une construction caractéristique de tels transistors de puissance est, par exemple, celle des transistors HEMT (Transistors à mobilité électronique très élevée). Un tel transistor a une pile de couches de nitrure de galium (GaN) et de nitrure aluminium-galium (AlGaN) ou d'autres combinaisons appropriées de matériau générant un gaz électronique à deux dimensions ; il est équipé de contacts de branchement ainsi que d'un branchement de grille pour former un transistor commandé. Le document EP 2 267 784 A2 décrit, par exemple, un transistor HEMT AlGaN/GaN. Ce transistor HEMT a une mince couche de AlGaN. D'autres couches sont prévues pour minimiser le courant de fuite de la grille et augmenter la capacité de transport de courant. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet un dispositif à mul- tiples transistors comprenant un substrat semi-conducteur, plusieurs électrodes drain-source installées respectivement de façon parallèle sur le substrat semi-conducteur et plusieurs électrodes de commande, avec entre chaque fois deux électrodes drain-source voisines, une électrode de commande. 2 L'invention a également pour objet un pont redresseur comportant un dispositif à multiples transistors comprenant un substrat semi-conducteur, plusieurs électrodes drain-source installées respectivement de façon parallèle sur le substrat semi-conducteur et 5 plusieurs électrodes de commande, avec entre chaque fois deux élec- trodes drain-source voisines, une électrode de commande. Suivant une autre caractéristique avantageuse, une couche diélectrique est prévue entre le substrat semi-conducteur et au moins un sous-groupe des ensembles d'électrodes de commande. 10 Suivant une autre caractéristique avantageuse, la couche diélectrique est prévue entre le substrat semi-conducteur et chacune des secondes électrodes de commande. Suivant une autre caractéristique avantageuse, une plaque de champ est prévue sur les électrodes drain-source et/ou les 15 électrodes de commande. L'invention a également pour objet un pont redresseur comportant un dispositif à multiples transistors comprenant un substrat semi-conducteur, plusieurs électrodes drain-source installées respectivement de façon parallèle sur le substrat semi-conducteur et 20 plusieurs électrodes de commande, avec entre chaque fois deux élec- trodes drain-source voisines, une électrode de commande. En d'autres termes, l'invention a pour objet un pont redresseur comportant un dispositif à multiples transistors comprenant un substrat semi-conducteur, plusieurs électrodes drain-source instal- 25 lées de façon parallèle sur le substrat semi-conducteur et plusieurs électrodes de commande, avec une électrode de commande entre chaque fois deux électrodes drain-source voisines. Suivant une autre caractéristique avantageuse le pont redresseur comporte un circuit logique pour prédéfinir la commande du 30 dispositif à multiples transistors selon un comportement de commuta- tion prédéfini, le circuit logique se trouvant sur le substrat semiconducteur du dispositif à transistors multiples. L'invention a aussi pour objet un procédé de réalisation d'un dispositif à multiples transistors consistant à fournir un substrat semi-conducteur, installer plusieurs électrodes drain-source sur le 3 substrat semi-conducteur de façon que les électrodes source soient parallèles les unes aux autres et installer plusieurs électrodes de commande pour que chaque fois une électrode de commande se trouve entre deux électrodes drain-source voisines. 5 Ainsi, on a un dispositif à multiples transistors avec un substrat semi-conducteur, plusieurs électrodes drain-source et plusieurs électrodes de commande. Les électrodes drain-source sont installées en parallèles les unes des autres sur le substrat semi-conducteur. Les électrodes de commande sont situées chaque fois entre deux élec- 10 trodes drain-source voisines. En d'autres termes, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif à multiples transistors. Le procédé comprend les étapes consistant à utiliser un substrat semi-conducteur, à monter plusieurs électrodes drain-source sur le substrat semi- 15 conducteur de façon que ces électrodes soient respectivement parallèles les unes aux autres et de monter plusieurs électrodes de commande entre deux électrodes drain-source voisines. En d'autres termes, l'invention a pour objet un procédé de fabrication d'un dispositif à transistor multiple comprenant les 20 étapes suivantes consistant à fournir un substrat semi-conducteur, ins- taller plusieurs électrodes drain-source sur le substrat semi-conducteur de façon que les électrodes source soient parallèles les unes aux autres et installer plusieurs électrodes de commande pour que chaque fois une électrode de commande se trouve entre deux électrodes drain-source 25 voisines. Avantages de l'invention La présente invention repose sur l'idée que la réalisation d'un redresseur, notamment d'un pont redresseur avec des transistors séparés, impose une occupation de surface relativement importante. 30 Cela se traduit entre autre par des capacités parasites et des induc- tances relativement grandes. C'est pourquoi, l'idée de l'invention est de tenir compte de telles considérations et de développer un dispositif de transistor pour un redresseur qui occupe une surface réduite. De plus, le dispositif à 35 multiples transistors selon l'invention permet de réduire au minimum, 4 de façon significative, les capacités et inductances parasites. En optimisant la disposition de plusieurs transistors sur un substrat commun, on évite l'isolation individuelle entre les différents transistors, ce qui permet d'augmenter l'occupation de la surface. 5 Selon un développement, le substrat semi-conducteur comporte plusieurs couches semi-conductrices. Ces couches semiconductrices constituent une hétérostructure. Une hétérostructure ou hétérostructure semi-conductrice correspond à des couches de semiconducteurs de compositions différentes qui se sont développées l'une 10 sur l'autre en un monocristal. De telles structures de couches consti- tuent une base importante pour la fabrication de nouveaux composants microélectroniques. Une combinaison de matériaux pour la réalisation des hétérostructures semi-conductrices est, par exemple, le système arsénure de gallium (GaAs)/Arsénure d'aluminium-galium (AlGaAs). 15 Selon un développement, le substrat semi-conducteur comporte du nitrure de galium, du nitrure d'aluminium-galium et/ou du nitrure d'aluminium-indium. On peut également utiliser de nombreux autres matériaux quelconque ou combinaison de matériaux qui conviennent pour la réalisation de transistors correspondants. 20 Selon un développement, plusieurs électrodes drain- source sont sur une même borne de branchement et toutes les électrodes drain-source associées à une borne de branchement commune sont sur le substrat semi-conducteur du dispositif à multiples transistors. Cela permet d'implémenter efficacement une logique de com- 25 mande, de façon à économiser de la place sur le substrat avec le dispositif de transistor. La réalisation et les développements ci-dessus peuvent se combine de manière quelconque. D'autres développements et implémentations de l'invention sont possibles. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après, de manière plus détaillée à l'aide d'exemples de réalisation représentés schématiquement dans les dessins annexés dans lesquels : 5 la figure 1 est une représentation schématique d'un circuit en pont redresseur qui correspond à un mode de réalisation de la présente invention, la figure 2 est une représentation schématique d'une section d'un 5 mode de réalisation d'un dispositif à multiples transistors, la figure 3 est une vue de dessus schématique d'un mode de réalisation d'un dispositif à multiples transistors, la figure 4 est une vue de dessus schématique d'un dispositif à multiples transistors correspondant à un autre mode de réalisa- 10 tion, et la figure 5 est une représentation schématique d'un ordinogramme pour le procédé de fabrication d'un dispositif à multiples transistors selon une forme de réalisation de l'invention. Description de modes de réalisation 15 La figure 1 est une représentation schématique d'un re- dresseur en pont 1 selon un exemple de la présente invention. Dans cet exemple, le pont redresseur 1 se compose de quatre transistors T1-T4. Chaque borne de source d'un transistor T1-T4 est reliée à une borne de drain d'un transistor voisin T1-T4. Une première borne K1 du bran- 20 chement source du premier transistor T1 est reliée au branchement de drain du quatrième transistor T4. La seconde borne K2 du branchement de source du second transistor T2 est reliée à la borne de drain du premier transistor T 1. La troisième borne K3 du branchement de source du troisième transistor T3 est reliée à la borne de drain du second transis- 25 tor T2. La quatrième borne K4 du branchement de source du quatrième transistor T4 est reliée au branchement de drain du troisième transistor T3. Les branchements de grille des transistors T1-T4 portent ici les références G1-G4. Dans le cas des ponts redresseurs connus, les différents 30 transistors T1-T4 sont des composants séparés, distincts. Selon un mode de réalisation de la présente invention un tel dispositif redresseur peut être réalisé sur un même substrat semiconducteur. La figure 2 est une représentation schématique d'une 35 coupe d'un dispositif à multiples transistors 2 selon un mode de réalisa- 6 tion. Le dispositif à multiples transistors 2 comporte au moins un substrat semi-conducteur 20 portant plusieurs électrodes-drain-source, parallèles (21-1 jusqu'à 21-4). Entre chaque fois deux électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) il y a une électrode de commande (22-1 jus- 5 qu'à 22-4). De cette manière, chaque fois deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4), et une électrode de commande (22-4 jusqu'à 22-1) intermédiaire, forment un transistor. Un tel transistor correspond à un transistor (Ti jusqu'à T4) selon la figure 1. Ainsi chaque électrode drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) 10 correspond à un branchement de source d'un transistor (T1 jusqu'à T4) et à un branchement de drain d'un transistor voisin (Ti jusqu'à T4). Les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) correspondent au branchement de grille (G1 jusqu'à G4) selon la figure 1. Comme le montre déjà la figure 2, la disposition formée 15 des électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) et des électrodes de commande intermédiaires (22-1 jusqu'à 22-4), peut se poursuivre périodiquement dans une direction X quelconque. Le substrat semi-conducteur 20 du dispositif à multiples transistors 22 peut être un substrat semi-conducteur quelconque, ap- 20 proprié. En particulier, le substrat peut comporter du nitrure de Gal- lium (GaN), du nitrure d'Aluminium-Gallium (AlGaN) et/ou du nitrure d'Aluminium-Indium (AlinN). En particulier le substrat semi-conducteur 20 comporte une pile de couches formée de plusieurs matériaux semi-conducteurs 25 appropriés. Le substrat semi-conducteur 20 correspondant est, par exemple, déposé sur un support approprié (celui-ci n'est pas représenté ici). En particulier, on a, par exemple, un support en silicium Si, un support en carbure de silicium SiC, un support en saphir A1203 ou un support en arséniure de galium (GaAs) ou encore des combinaisons de 30 ces matériaux. Les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) et des électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) peuvent être des électrodes en un matériau approprié, notamment en un matériau semi-conducteur approprié. En particulier, on peut envisager n'importe quel matériau 35 connu ou nouveau, approprié. C'est ainsi que l'on peut prévoir, par 7 exemple, sur un substrat semi-conducteur 20 en nitrure de gallium, les structures d'électrodes en nitrure d'aluminium-indium. Pour améliorer le contact entre les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) et le substrat semi-conducteur 20, on peut utiliser des couches intermé- 5 diaires supplémentaires en aluminium en titane, en nickel et/ou en or. Entre le substrat semi-conducteur 20 et les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) on peut de plus prévoir en option une autre couche diélectrique 23. Avec une telle couche diélectrique supplémentaire 23 on peut, par exemple, régler le comportement de com- 10 mande d'un transistor formé de deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4) et d'une seconde électrode de commande intermédiaire (22-1 jusqu'à 22-4). Par exemple, on peut régler, de cette manière, le transistor qui sera conducteur à l'état non commandé (normalement fermé) ou non conducteur (normalement ouvert). 15 En particulier, on peut, de cette manière, régler, par exemple, une configuration pour laquelle deux transistors, (par exemple Ti et T3) qui se font face à la figure 1 sont normalement conducteurs et les deux autres transistors opposés (par exemple T2 et T4) selon la figure 1 sont normalement non conducteurs. Dans ce cas, chaque fois 20 entre le substrat semi-conducteur 20 et chacune des secondes élec- trodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) on prévoir une couche diélectrique 23. De plus, on peut envisager d'autres configurations quelconques. Pour le blindage du champ électrique on peut prévoir au- 25 dessus des électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) et/ou au- dessus des électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) le cas échéant une plaque de champ. De cette manière, on réduit en particulier les pointes de champ critiques au bord d'un canal conducteur. Les plaques de champ sont, par exemple, réalisées avec le même matériau que les 30 électrodes correspondantes (21-1 jusqu'à 21-4) et (22-1 jusqu'à 22-4). La figure 3 est une représentation schématique d'une vue de dessus d'un dispositif à multiples transistors 2 selon une forme de réalisation de la présente invention. Comme cela apparaît, les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) sont chaque fois parallèles ; les diffé- 35 rentes électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) sont écartées l'une de 8 l'autre. Entre chaque fois deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4) on a chaque fois une électrode de commande (22-1 jusqu'à 22-4). Ces électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) sont parallèles entre elles et parallèles aux électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 5 21-4). La disposition des électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4), parallèles et des électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) interpo- sées, peut se poursuivre de façon quelconque dans la direction X. Une première électrode drain-source 21-1 forme avec une seconde électrode drain-source voisine 21-2 et la première électrode de 10 commande 22-1 interposée, un premier transistor qui correspond au transistor Ti de la figure 1. Une seconde électrode drain-source 21-2 forme avec une troisième électrode drain-source voisine 21-3, et la seconde électrode de commande 22-2 interposée, un second transistor qui correspond au transistor T2 de la figure 1. Une troisième électrode 15 drain-source 21-3 forme avec une quatrième électrode drain-source 21- 4 et la troisième électrode de commande interposée 22-2, un troisième transistor qui correspond au transistor T3 de la figure 1. Une quatrième électrode drain-source 21-4 forme avec la première électrode drain-source voisine 21-1 et la quatrième électrode de commande 22-4 inter- 20 posée, un quatrième transistor qui correspond au transistor T4 de la figure 1. Dans le prolongement de la structure des électrodes dans la direction X, on peut relier électriquement chaque fois toutes les électrodes équivalentes comme cela est représenté à titre d'exemple, dans le 25 mode de réalisation de la figure 4. A titre d'exemple, toutes les première, seconde, troisième et quatrième électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) peuvent être reliées électriquement. De façon correspondante, on peut également relier électriquement chaque fois toutes les première, seconde, troisième et quatrième électrodes de commande (22-1 jusqu'à 30 22-4). Par exemple, on peut, à cet effet, utiliser des éléments de liaison (24-1 jusqu'à 24-4) ainsi que (25-1 jusqu'à 25-4) qui sont conducteurs électriques, par exemple, sous la forme de surfaces métallisées prévues sur les électrodes et qui relient électriquement les électrodes correspondantes. 9 Les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) ainsi que pour les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) peuvent être sorties sur des branchements extérieurs appropriés par des liaisons électriques appropriées. Pour cela, on peut relier des liaisons appropriées 5 quelconques, par exemple, par des liaisons ou en technique Flip-Chip pour relier les électrodes aux branchements extérieurs. En particulier, on peut mettre en contact, à cet effet, les branchements extérieurs avec les éléments de liaison (24-1 jusqu'à 24-4) ainsi que (25-1 jusqu'à 25-4). De plus, dans les branchements de commande des tran- 10 sistors ainsi formés, c'est-à-dire les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4), la commande peut se faire par un circuit logique approprié. Dans un tel circuit logique on implémente, par exemple, une logique selon laquelle la commande des transistors du dispositif à multiples transistors 2 est limitée à des états de commutation prédéfi- 15 nis. De cette manière, on évite des états de commutation non autorisés, en particulier dangereux. Ainsi, le circuit logique de commande des électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) peut également être implémenté en commun avec le dispositif à transistor multiple 2 sur un même substrat. 20 La figure 5 est une représentation schématique d'un or- dinogramme pour le procédé de fabrication d'un dispositif à multiples transistors 2 selon une forme de réalisation. Dans l'étape Si on fournit un substrat semi-conducteur 20. Dans l'étape S2 on réalise sur le substrat semi-conducteur 20 plusieurs électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 25 21-4). Dans l'étape S3 on installe plusieurs électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) sur le substrat semi-conducteur 20. Les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) sont parallèles entre elles sur le substrat semi-conducteur 20. Les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) sont également parallèles entre elles et parallèles aux électrodes 30 drain-source (21-1 jusqu'à 21-4). Ainsi, en particulier, entre chaque fois deux électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) on a une électrode de commande (22-1 jusqu'à 22-4). En résumé, la présente invention a pour objet un dispositif à multiples transistors, notamment un dispositif à multiples transis- 35 tors pour un pont redresseur. Ainsi, un substrat semi-conducteur 10 commun porte un dispositif formé d'électrodes parallèles qui permettent une implémentation efficace de plusieurs transistors pour un montage en pont redresseur, actif. 5 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 2 5 20 21-1 jusqu'à 21-4 22-1 jusqu'à22-4 23 24-1 jusqu'à 24-4 10 25-1 jusqu'à 25-4 G1 jusqu'à G4 Ti jusqu'à T4 X Pont redresseur Dispositif à multiples transistors Substrat semi-conducteur Electrodes drain-source Electrodes de commande Couche diélectrique supplémentaire Eléments de liaison conducteurs électriques Eléments de liaison électro-conducteurs Branchements de grille Transistors Direction d'extension REVENDICATIONS1°) Dispositif à multiples transistors (2) comprenant : un substrat semi-conducteur (20), plusieurs électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) qui sont ins- tallées respectivement de façon parallèle sur le substrat semi- conducteur (20), et plusieurs électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4), avec une électrode de commande (22-1 jusqu'à 22-4) entre chaque fois deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4). 2°) Dispositif à multiples transistors (2) selon la revendication 1, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur (20) se compose de plusieurs couches semi-conductrices formant une hétéro-structure. 3°) Dispositif à multiples transistors (2) selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le substrat semi-conducteur (20) comprend du nitrure de gallium, du nitrure aluminium gallium et/ou du nitrure aluminium-indium. 4°) Dispositif à multiples transistors (2) selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que plusieurs électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) ont un branche- ment extérieur commun et plusieurs électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) ont chaque fois un branchement de commande commun et toutes les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) qui sont associées à un branchement extérieur commun sont reliées électriquement et toutes les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) qui ont un branchement de commande commun sont reliées électriquement. 5°) Dispositif à multiples transistors (2) selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque quatrième des électrodes-drains sources (21-1 jusqu'à 21-4) pa- rallèles entre elles à un branchement commun, et 13 chaque quatrième des électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4) est associée à un branchement de commande. 6°) Dispositif à multiples transistors (2) selon l'une des revendications 5 1 à 5, caractérisé en ce qu' une couche diélectrique (23) est prévue entre le substrat semiconducteur (20) et au moins un sous-groupe des ensembles d'électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4). 10 7°) Dispositif à multiples transistors (2) selon la revendication 6, caractérisé en ce que la couche diélectrique (23) est prévue entre le substrat semi-conducteur (20) et chacune des secondes électrodes de commande (22-1 jusqu'à 15 22-4). 8°) Dispositif à multiples transistors (2) selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu' 20 une plaque de champ est prévue sur les électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) et/ou les électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4). 9°) Pont redresseur comportant un dispositif à multiples transistors (2) selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant : 25 un substrat semi-conducteur (20), plusieurs électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 21-4) installées respectivement en parallèle sur le substrat semi-conducteur (20), et plusieurs électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22-4), avec entre 30 chaque fois deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4), une électrode de commande (22-1 jusqu'à 22-4). 35 14 10°) Pont redresseur selon la revendication 9, comportant un circuit logique conçu pour prédéfinir la commande du dispositif à multiples transistors (2) selon un comportement de commutation prédéfini, 5 le circuit logique se trouvant sur le substrat semi-conducteur du dispo- sitif à transistors multiples (2). 11°) Procédé de réalisation d'un dispositif à multiples transistors comprenant les étapes suivantes consistant à: 10 - fournir (Si) un substrat semi-conducteur (20), - installer (S2) plusieurs électrodes drain-source (21-1 jusqu'à 214) sur le substrat semi-conducteur (20) de façon que les électrodes source (21-1 jusqu'à 21-4) soient parallèles les unes aux autres, et 15 - installer (S3) plusieurs électrodes de commande (22-1 jusqu'à 22- 4) pour que chaque fois une électrode de commande (22-1 jusqu'à 22-4) se trouve entre deux électrodes drain-source voisines (21-1 jusqu'à 21-4). 20