FR 2070228 A1 19710910 FR 7043378 A 19701202 70 43378 - 1 - 2070228 L'invention concerne un thvristcr avec au roins quatre zones ce type de conduction successivement opposé dans lequel la transition pn entf*e la zone de base et la zone d ' émette ar est partiellement court-circuitée (shcrted er.it ter) par une électrode à l'une des faces principales au moins du disque de thyris-tor, ainsi qu'un procédé de production d'un tel thyristor. Pour des applications déterminées de thyristors par exemple dans des onduleurs, il faut des thyristors avec un temps de libération t bas et avec une vitesse de montée critique de Q. la tension de blocaee positive (au^/dt )cr^z • Dans le cas des thyristors connus au siliciur. on obtient les propriétés requises œentionnées au moyen des resures suivantes. Pour l'obtention d'une durée de libération t basse, Q. on règle la durée de vie des porteurs à l'intérieur du disque.de silicium, à une valeur faible, de préférence en introduisant, par diffusion, des atones d'or, qui agissent corne centres de recombinai s on. Une vitesse de montée critique élevée de la tension de blocage positive (du-p/dt) est rendue possible par l'émet-. ■*" 1J CI lu teur dit court circuité (shorted enitter) . Une électrode prin-cipale, c'est-à-dire l'électrode qui "assure le court-circuit, est en contact non seulement avec line zone d'émetteur, mais égalèrent avec des parties de la zcne de base adjacente à cette zone d'émetteur, qui forcent avec la zone d1émetteur une ou plusieurs transitions pn dans l'une des faces principales du disque de silicium, ces transitions pn étant partiellement court-circuitées a l'une des faces principales. En général, la cathode est réalisée comme électrode de court-circuit; la zcne d'émetteur n est alors la "zone d'émetteur court-circuitée" et la zone de base p qui y est adjacente est la "zone de base court-circuitée", la zone d'émetteur- n court-circuitée entrant dans la zone de base p court-circuitée et étant traversée dans le cas d'éléments de construction de grande surface par des "canaux de court-circuit" de conduction p, qui produisent des liaisons supplémentaires entre la zone de base p court-circuitée et l'électrode assurant le court-circuit. En général, le contact de commande est disposé sur la zone de base p court-circuitée dans l'une des faces prinbad original 70 43378 2070228 - 2 - cipales du disque de silicium. Dans le voisinage du contact de „ commande la zone de base p ainsi qu'une partie de la zone d'émetteur n qui y est adjacente ne sont pas recouvertes par l'électrode de court-circuit. Un inconvénient important des thyristors connus réside dans la valeur élevée du rapport des grandeurs t / f • (par X on désigne la durée de vie des porteurs de charge à l'intérieur du disque de silicium)* Pour l'obtention d'un temps de libération t faible, il faut tsar exeinrile une durée de vie despor- q ' teurs très faibles. En conséquence, pour les thyristors présentant un temps de libération petit, les tensions de blocage positives et négatives maximales admissibles sont relativement faibles. "Sn raison de la faible durée de vie des porteurs à l'intérieur du disque de silicium, les zones de base doivent être relativement minces, afin d'obtenir des propriétés de passage relativement bennes. Pour des zones de base minces les tensionslie blocage maximales admissibles sont cependant nécessairement faibles. Pour les thyristors connus avec un temps de libération suffisamment- petit pour leur utilisation dans des ondul^urs^ les tensions de blocage maximales admissibles sont nettement inférieures à 1000 volts. Ces tensions de blocage faibles excluent l'utilisation de-s thyristors connus dans des circuits d'onduleurs techniquement intéressants. L'invention a en conséquence pour but la réalisation d'un thyristor avec un rapport t / T nettement inférieur à ceux des thyristors connus, c'est-à-dire techniquement plus .avantageux, avec un temps de libération t -suffisamment faible pour permettre l'utilisation dans des onduleurs pour une durée de' vie des porteurs z relativement élevée et avec des tensions de blocage maximales admissibles supérieures à 1000 volts, qui sont par exemple de quelques centaines-de volts supérieures aux tensions de blocage maximales admissibles des thyristors connus qui présentent un temps de libération petit. L'invention réside dans le fait que la concentration, nette des emplacements perturbateurs ou des défauts de la zone de base ' 1 P. - ~>- déterminant le type de conduction est au moins de 10 cm aux. surfaces limites par- rapport à 1 1 électrode de court-cir oui t et qu'elle diminue de manière monotone h nartir de ces surfaces bad original 70 43378 2070228 - 3 - limites au moins jusqu'à une profondeur qui correspond à l'épais-- t ~ seur de la zone d 'émetteur ccurt-circuitée, et dans le fait que le contact entre 1'électrode de court-circuit et la zone de base court-circuitée est réalisé comme contact ohmique avec une très petite résistance de transition. Avec un. thyristor selon l'invention, on obtient que les surfaces limites entre le disque de thyristor et l'électrode de court-circuit agissent, après le passage par 0 du courant, de la direction de conEutaticn dans la direction de blocage négative et après la disparition du courant de blocage surélevé, ae manière à diminuer les porteurs de charge (injectés) en excès, l'action des centres de recor.biïiaiscri à l'intérieur du disque de semi-conducteur étant ainsi soutenue. Grâce à la réalisation conforme à l'invention de la transition pn partiellement court-circuitée entre la zone d'émetteur et la zone de base, ses avantages connus, c'est-à-dire la vitesse de ir:ontée critique élevée de la tension de blocage positive, la dépendance diminuée de la température delà tension de relaxation zéro ne sont pas ihfluencés négativement mais au contraire augmentés. « On obtient un mode de réalisation avantageux d'un tel thyristor eh réalisant le contact entre l'électrode qui assure le court-circuit et la zone de base par une couche fondamentale qui contient de l'or cotr-.e constituant essentiel." Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le thyristor présente une structure nprrp et la zone d'émetteur n est traversée par plusieurs canaux de la zone de base p et les deux zones sont court-circuitées au moyen d'un contact ce cathodes faisant saillie au-dessus de la z-cne d'émetteur n, la concentration nette en accepteurs dans la zcne de base p court-circuitée diminuant de manièr.e monotone à partir des surfaces limites de l'électrode de court-circuit jusqu'à la transita' en pn de» deux zones de base et un taux élevé de recombinaisor existant dans les surfaces limites. Une partie non-négligeable de 1 ' inveritic-n concerne un procédé de prodiACti.cn d ' un . thyristor selon le mode de réalisation préféré, qui sera décrit plus en détail ci-dessous. bad original 70 43378 - 4 - 2070228 Enfin on décrira encore un autre mode de réalisation de l'invention en ce qui concerne les contacts du disque de thyristor ci-dessous. - La figure 1 représente un disque de thyristor en silicium- sans bornes ni logement avec une structure npnp et une transition pn partiellement court-circuitée entre la zone d'émetteur et la zone de base à l'une des faces principales du disque de thyristor. - La figure 2 représente schéisatiquecent le mécanisme supposé de conduction et de recotibinaison. - La figure 3 représente un disque de thyristor avec une structure npnp, dans lequel la transition pn entre la zone d'émetteur et la zone de base est partiellement court-circuitée aux deux faces principales par la cathode ou par l'anode. Les thyristors du type représenté dans la figure 1 et décrit ci-dessous sont appropriés à l'utilisation dans des onduleurs. Leurs temps de libération sont inférieurs à 30 microsecondes. La tension de passage se trouve au-dessous de 1 , P-volt pour une densité de courant de 333 ampères par en" de/sur fa- 41? i ce de cathode; la tension de blocage positive et négative maximale admissible se situe en général près de 1200 volts. -Ces indications sont valables peur des températures de 25° C à 125° 0. Le disque de thyristor eu le disque de silicium représenté dans la figure 1 contient quatre zones de tj'pe de conduction alternant c'est-à-dire la zone d'émetteur n 11, la zone de base p 12 avec les zones partielles 12a, 12b et 12c, la zone de base n 13 et la zone- d'émetteur p 14.- Les quatre zones forment trois transitions pn J1, J2 et J3. Cette suite de zones npnp- est produite en introduisant par diffusion du gallium et du phosphore dans un disque de silicium dopé au phosphore initialement à conduction n. Les indications de dimensions ci-dessous ont été fournies à titre d'exe'mple. Le disque de silicium 10 présente une épaisseur de 32° nierons. Son plus' grand- diamètre (à la hauteur du bord inférieur de la zone d'émetteur p 14) est de 27 m. La cathode 15 annulaire réalisée comme électrod^ae court-circuit a un diamètre intérieur de 5 dut- et un diamètre extérieur de 22 mm. l'électrode bad original 70 43378 2070228 - 5 - •de commande circulaire 16 a 2,5 r:.r.: de cliarètre. La cathode 15 et l'électrode de commande 16 consistent en une couche fondamentale épaisse d'environ 1 micron formée d'un euteetique d ' cr-siliciur: et d'une succession de couches de chror..e-cr-cLrer e, d'une épaisseur totale d'environ 2 nierons, déposée au-dessus par i::é"tallisatien. L'anode. 17 est constituée par un disque en molybdène qui présente un diamètre de 27 ;:x et une épaisseur de 1 mm et qui est lié au disque de siliciur 10 par 1 ' internéeiai-re d'une feuil-le de Siluaine (etitec tique d1 aluniniuri-siliciur.) au moyen du procédé d1 alliage. La rince zone recristallisée é-galerent de conduction p obtenue au moyen du procédé d'alliage au bord inférieur de la zone d 'émeuteur p 14- et la couche eutec'tique mince adjacente qui relie le disque de silicium 1° avec le disque de molybdène 17 ne sont pas représentées dans la figure 1. Bn outre, n'est pas représentée une rince couche d'or qui est déposée sur la face inférieure du disque de molybdène 17. Le bord 1P dix disque de siliciu?:. 10 est chan-freiné. Cette forme du bord empêche, en cor binaison avec une cou- A ' ï che protectrice isolante et stabilisante anmiiauée sur la surfa-ce du bord et non plus représentée dans la figure 1, qu'il ne se produise des ruptures superficielles lors de 11 application de la.tension de blocage positive ou négative. La zone d'émetteur n 11 est annulaire. Elle présente un diamètre intérieur de 3,5 mm et un diamètre extérieur de 21 Ein. Cette zone est recouverte par la cathode 15 de manière cor respondant au principe de l'émetteur de champ, transversal en lais sant libre un domaine annulaire 19 de 0,75 mm de large qui se trouve au voisinage du contact de corr-ande 16. Un nombre élevé de canaux de court-circuit 12b, de conduction p traverse la zone d'émetteur n 11 et relie la partie 12a de la zone de bas p 12, qui se trouve entre la zone 11 et la transition pn J2, avec la cathode 15. Le diamètre des canaux de ccurt-circuit 12b est de n,5 mm. Les canaux de court-circuit 12b qui se terminent h la surface du côté cathode peuvent former dans cette sur fa ce, qui est simultanément la surface de la. zone d'émetteur n 11, un réseau quadratique, dans le cas où ils sent présents en un nom bad original 70 43378 2070228 - 6 - bre correspondant. Un domaine annulaire de la zone d'émetteur n 11 large de 2 r.:c et adjacent au bord intérieur ne contient pas de canaux de ccurt-circuit. Au voisinage du bord extérieur de la zone d1émetteur 11, ces canaux sont parcontre disposés de nanière relativement dense. "Sn outre des canaux 12b> un domaine de court-circuit 12c qui est adjacent au bord extérieur de la zone d'émetteur 11, relie encore la partie de'zone de base 12a avec la cathode 15. Dans le tableau suivant, on a réuni d'autres indications concernant les zones 11 à 14. Zone de (type de conduction) Epaisseur (microns ) Indications sur le dopage Autres indications 11 (n) 32 ?1 • -3 rTg = env .10 en - 12 (P) 78 . • 1H - 3 Ng - 4.10 cm J * - 12a (p) 46 = env. 150 ohms • 12b et 12c (p) (p) 32 Kg = 4.10l8CTn-3 Dans les canaux de court-circuit 12b et dans la partie de bord de court-circuit 12c ainsi que dans les'parties qui se trouvent au-dessous de la zone"partielle "12a>la concentration nette (ï\^- décroît de manière monotone à partir de la cathode 15' jusqu'à la transition pn J2. 13 (n) 164 - 55 ohms cm r =10-15 ras 14 (P) ca. 7P NQ •= env . 4.101 ' cm-3 - ; 5. : Vf'" BAD ÔRIGINALV 70 43378 2070228 - 7 - Kg signifie la concentration nette (li^ - îî-p) des défauts ou. emplacemènts perturbateurs déterminant le type de conduction dans les surfaces limites entre le disque de thyristor et les électrodes 15, ir' ou 17. En outre : N. désigne la concentration d'&ccerteur (C-allium); Njj la concentration de donneur (phosphore); o la résistance de couche; + b L la résistivité; - T 'i- la durée de vie de porteurs qui est déterminée selon le procédé décrit ci-dessous. On admet que pour un thyristor rd'alise comme décrit ci-dessus selon le principe de l'émetteur cc-urt-eircuité (shorted émitter)_, on obtient un rapport t / r " faible en raison c.u mécanisme décrit ci-dessous, qui est représenté schématiquement ,dans la figure 2. Ce mécanisme entre en action lors d'une dési-onisation obligatoire du thyristor au plus tard lorsque le courant de blocage surélevé négatif a disparu a,près le passage du cc rant par 0 de la direction de commutation dans la direction de blocage négatif. A ce. moment, c'est-à-dire après disparition du courant de blocage négatif surélevé, il existe encore des deux cô tés de la transition pn J2 dans la partie p de la zcne de base 12a et dans la zone de base n 13 un grand nombre de trous et d'électrons en excès qui ont été injectés pendant la charge de passa ge préalable (fonctionnement en direction de commutation dans 1' tat hautement conducteur du thyristor). Par contre les canaux de court-circuit 12b et la partie de bord 12c de court-circuit au voisinage de la cathode ainsi que la transition pn inférieure J3 (voir figure 1) sont déjà débarrassés des porteurs de charge en excès, les porteurs de charge en excès encore présents des deux côtés de la transition J2 ne peuvent disparaître principalement que par r e c or b in ai s en, étant âc-nné eue le courant de blocage négatif a déjà disparu. Seulement après disparition de ces porteurs de charge en excès>le thyristor obtient de nouveau sa capacité de blocage dans la direction positive. Le processus de suppressi cn^ dont la durée codétermine notablement le temps de libération t_, et qui résulte po:;r les thyristors connus princi- bad original 70 43378 - 8 - 2070228 paiement de la recombinaison des deux côtés de la transition J2, est notablement accéléré pour les thyristors selon l'invention, par recombin.-aisori sunerficielle clans des dor.aines déterminés de la surface.de contact entre la cathode 15 et le disque ce sili-5 ciun 10. On suppose que ce nécanisse de recombinaison supplémen-.taire est le suivant. Dans les domaines de court-circuit 12b, 12c circulent des trous vers la cathode 15 étant donné que, dans les canaux de 10 court-circuit, il existe un champ électrique intérieur en direction vers la cathode. Un tel champ intérieur existe entre la cathode 15 et la transition pn J2 en l'état d'absence de courant,' étant donné que la concentration nette d'accepteur 11^ - îT-p dans les domaines de court-circuit 12b, 12c et les dor.aines qui 15 se trouvent en-dessous de la zone partielle 12a décroît de manière monotone de la cathode 15 vers la transition pn J2. Dans l'état de passage par contre, ce champ intérieur est supprimé dans une grande iresure en raison de l'inondation par des poteurs de charge. Lorsqu'anrès le nassage du courant par 0 de la direc-- -* ^ . 20 tion de passage (direction de commutation) dans la direction de blocage négatif, le courant de blocage surélevé négatif a disparu, le champ intérieur se produit de nouveau. La zone de champ intérieur croît de la cathode 15 jusqu'à la transition' moyenne pn J2 dans la mesure où les porteurs de charge en excès dispa- ' 25 raissent. Les trous transportés par le champ intérieur se recom-binent au contact de cathodes des domaines de court-circuit. Les partenaires de recombinaiscn sont des électrons qui suivent à partir de la partie 12a de la zone de base p par la transition pn J1, la zone d'émetteur n 11 et la cathode 15 vers le con-30 tact de cathodes des domaines de court-circuit. Les porteurs de charges en excès sont d'autant plus rapidement éliminés de la partie 12a de zcne de base p que le champ intérieur et la conductibilité sont plus,élevés dans les domaines de court-circuit, • c'est-à-dire que la hauteur et la pente de la concentration nette 35 d1 accer.teiir il. - î-;n est yîIus élevée et que la vitesse de recom- Il U "*■ hinaison du contact de cathodes des domaines de court-circuit est plus élevée. Dans la mesure cù la zcne 12a s'appauvrit en porbad original 70 43378 - 9 - 2070228 teurs de chargesen excès, les trous et les électrons suivent à partir de la zone de base n 13 par la transition pn moyenne J2. De ce fait, le mécanisme décrit accélère la disparition des porteurs de charge en excès des deux côtés de la transition J2 et assiste ainsi l'effet des centres de recombinaison présents à l'intérieur du disque de silicium. L'effet du principe.de l'émetteur court-circuité réalisé selon l'invention sur, le rapport t J ~c. dépend, en outre Q. ' des caractéristiques selon l'invention, encore d'autres paramètres géométriques et physiques, par exemple de la section transversale des canaux de court--circuit 12b et de leur distance réciproque ainsi que de la résistance de couche et de l'épaisseur de la partie 12a de la zone de base p. 'Ces paramètres influencent, en outre de la valeur du rapport t / X. encore d'au-très propriétés importantes du thyristor et ne peuvent être choisies de ce fait que dans une mesure limitée. Le thyristor déci"it ci-dessus constitue un compromis avantageux et satisfait à une série d'exigences. 3n particulier le nombre et la section transversale des canaux de court-circuit 12b sont d'une part suffisamment grands pour qu'on obtienne tant , w * une diminution importante de t / qu'une vitesse de montée H critique élevée de la tension de blocage positive; d'autre part, la diminution de la surface de cathode active (diminution qui résulte de l'existence des canaux de court-circuit 12b), c'est-à-dire de la surface de la zone d'émetteur n 11 en contact avec la cathode 15 est si faible que les propriétés de passage ne sont influencées.que de manière faible. On décrit maintenant ci-dessous les stades de production les plus importants lors de la fabrication d'un thyristor selon l'invention. La matière de départ du semiconducteur est constituée par des disques de silicium circulaires de conduction n qui présentent par exemple une résistivité d'environ 55 ohms cm, un diamètre de 29 mm et une épaisseur de 320 microns. oes disques sont rodés des deux côtés, on peut cependant aussi utiliser des disques décapés. Après nettoyage des disques par du trichloréthylène, de l'acétone et de l'eau régale, une difftision de gallium a lieu bad original 70.43378 2070228 - 10 - à environ 1260° C pendant une durée de 40 secondes. Lors du procédé de diffusion, les disques se trouvent ensemble avec la source de gallium dans une ampoule de quartz scellée à 'la même température y La source de gallium est formée d'un morceau de silicium 5 maintenu dans une nacelle de quartz, dans lequel on a dissout 20 mg de gallium. Au moyen d'une pièce intercalaire ën quartz on maintient la source de gallium à une telle distance par rapport aux disques de silicium que la distance moyenne de la source de gallium des disques de silicium est d'environ 30 cm. Lu fait de 10 la diffusion du gallium, une structure pnp est conférée aux disques de silicium. Les zones conductrices p ont une épaisseur d'environ 70 microns. La concentration superficielle' en gallium 1R _ ~>t i P ~ est d'environ 1 . 10 ~ cm à 3 - 10 cm ^. Ensuite on nettoie les disques dans l'eau régale et on 15 les 'oxyde. L'oxydation a lieu à 1220° C pendant une durée de deux heures dans un courant d'oxygène chargé en vapeur d'eau. La couche de silice obtenue est de nouveau éliminée des parties superficielles dans lesquelles on doit introduire, dans le procédé de diffusion subséquent, du phosphore pour l'obtention de la zone * 20 d'émetteur n 11. Cette élimination partielle de la couche de silice a lieu par décapage dans de l'acide fluorhydrique dilué, après que les parties superficielles des disques de silicium, sur lesquelles la couche d'oxyde doit subsister aient été recouvertes d'une couche résistant à l'acide fluorhydrique au moyen du procédé 25 sérigraphique. On soumet les disques à" un. procédé de diffusion après un - nouveau nettoyage dans le trichloréthylène, l'acétone et l'eau régale, le phosphure de gallium servant comme substance de trempage dans ce procédé. La température" de diffusion est d'environ 1260°C, 30 la durée de diffusion d'environ 9 heures. Lors du procédé de diffus ion^ les disques se trouvent ensemble avecjf'la source de phosphure de gallium dans une ampoule de vuartz scellée à une température identique. La source de phosphure de gallium contient environ 20 mg de phosphure de gallium qui est maintenu dans une nacelle de 35 quartz. Par la diffusion du phosprare de gallium, la structure pnp des disques est transformée dt--is la structure finale npnp représentée dans la figure 1 ." Tar..!is que les atomes de phosphore ne diffusent qu'à travers les parties superficielles sans oxybad original 70 43378 2070228 - 11 - de des disques et qu'il en résulté la zcne d ' émetteur n 11, les t atcr.es de gallium diffusent cimul t ar.éren.t _à travers toute la surface du disque. La te nci.cn de vareur du gallium dans l'ampoule de quartz est pendant cette deuxième diffusion, supérieure à celle pendant la première diffusion de gallium. Après la diffusion de phosphure de gallium, la concentration superficielle en gall.ivi:: est, au moins dans les par «les superficielles recouvertes d ' c;:y-de, en particulier dans les surfaces limites entre les canaux de court-circuit 12b et le contact de cathodes 15, plus élevée qu'atsrès la première diffusion de gallium et est par exemple de 1P L "3 " " " 4 . 10 -ci:. -1 . Dans les parties superficielles sans oxyde, h travers lesquelles en a fait diffuser di; phosphore, la concentration superficielle eu phosphore est nettement supérieure à la concentration superficielle eu gnllini. . Après la diffusion de phosphure de gallium, les disques de 'Siliciur. présentent, dans les parties superficielles des domaines 12b et 12c> une concentration superfioielle nette d'accepteur 37A - Njj élevée ainsi qu'une ccncentration frincipalemen.î; décroissante de manière monotone de 1« concentration nette d'accepteur qui n'est en aucun cas croissante, de la surface des domaines 12b et' 12c b la transit ion moyenne pn J2. Sans i-.ne diffusion simultanée de gallium pendant lu diffusion de phosphore pour une tension, de vapeur de gallium, qui est au moins aussi élevée que lors de la première diffusion de gallium, la concentration en gallium dans les surfaces et les parties adjacentes du disque de silicium tomberait au-dessous des .valeurs de concentration atteintes lors de la première diffusion de gallium. Il en résulterait une concentration necte d'accepteur trop faible dans les parties superficielles des domaines 12b, 12c ainsi qu'une décroissance non monotone de la concentrât ion- nette d'accepteur à partir de ces dor.aines superficiels jusqu'à la transition p.n J2. Les réalisations de 53ux staaes de diffusion, c'est-à-dire d'une premi ère'd 1 ffu s ion de gallium et d'une diffusion subséquente simultanée ne phospnere gallium permet de manière avantageux le régla? e d ' drainesur3 indé-* ondanteo c;ans une granae mesure l'une de 1 ' autre deo oeux zones ' et 12a ainsi que le réglage des propriétés e.:1'" g-.éeo ci-dessus en ce qui concerne la concentration nette l'an cemr-nr. bad original 70 43378 2070228 - 12 - On prélève quelques disques de la charge de diffusion de phosphure de gallium peur la déternination des paramètres les plus importants, c'est-à-dire des dimensions g-uorcétriques et des concentrations de dopage des zones individuelles ainsi que de la vie des porteurs de charge à l'intérieur des disques. La durée de vie des porteurs est déterminée de la manière suivante. On enlève des petits disques d'essai avec un diamètre de 7 mn au moyen d'un perçage par ultra-sons de quelques disques nettoyés à l'acide flucrhydrique. On enlève de ces disques d'essai par rodage unilatéral la zone de base p 12 (avec inclusion des zones partielles 12a, 12b, 12c) et la zone d'émetteur n 11. On décape ensuite brièvement les disques d'essai dans un mélange de deux parties d'acide nitrique (fumant), une partie d'acide fluorhydrique (à 40 £), une partie d'acide acétique glacial, l'épaisseur étant ainsi réduite de quelques raierons et on produit ensuite l'alliage à 720° 'avec obtention de diodes d'essai à structure pnn+ et avec des électrodes métalliques. L'anode est constituée par un disque de molybdène de 7 min de diamètre qui est relié par une feuille de .Silumine mince déposée lors du procédé d'alliage avec la zone d'émetteur p 14. La cathode est constituée essentiellement par un eutectique d-'or-siliciuri qui s'est produit par introduction par alliage d'une feuille d'or contenant de l'antimoine de 5 mrc et d'une épaisseur de 50 microns dans la zone de base n 13 dégagée, une zone de silicium recristallisé (zone n+) de forte conduction n, dopée par de l'antimoine et d'une épaisseur d'environ 15 microns s'étant formée simultanément sous la cathode. Pour les diodes d'essai ainsi produites avec la structure pnn+, qui contiennent la transition pn J3, on mesure, après un bref décapage dans un mélange d'une partie d'acide niti"ique (fumant) une partie d'acide fluorhydrique. (à 40 y')-, une partie d'acide acétique glacial, ce qui produit 1'élimination des zones de rebord à défaut cris-tallegraphique subsistant encore du perçage par ultra-sons, la durée de vie des porteurs selon le procédé d 1 in jecticn-exti'action de R.V. Kingston avec un courant direct c.e 5m;a et un courant inverse de 1 r.a. La durée de vie des porteurs est dans ce cas déterminée au moyen de 1'équation suivante : bad original 70 43378 - 13 - 2070228 ti 1 + V1*- où erf désigne la fonction d'erreur de Gauss tT 1 'intervalle de temps entre la commutation du. courant de I dxrectxon 5 la /directe dans.la direction inverse et le passage par 0 de la tension de la direction directe dans la direction inverse. i-n le courant direct X et ig le courant inverse. 10 Lorsque les valeurs de mesure de ~Ç se trouvent entre 10 ins et 20 ms, ce qui est en générdl le cas, alors les disques npnp sont munis d'électrodes 15, 16 et 17. Dans les cas d'exception, lorsque les valeurs- mesurées de "C se trouvent en dehors du domaine mentionné, on diminue ou en augmen-15 te la durée de vie des porteurs par des stades opératoires dont le principe est connu. Les dimensions géométriques et les concentrations de dopage des zones individuelles ne sent dans ce cas que modifiées de nariiere non-notable, abstraction faite de zones de très faible épaisseur immédiat errent adjacentes à la surface du 20 disque, la durée de vie du support est alors déterminée selon le ' procédé décrit ci-dessus. Lors des opérations pour l'application des électrodes^, la température des disques de silicium augmente au maximum à 730° C pendant au plus 15 minutes. Ces opérations sont donc pratiquement sans influence sur les paramètres des dis-25 ques de silicium, abstraction faite de zones minces adjacentes aux surfaces des disques dans lesquelles la concentration de dopage et la durée de vie des porteurs sont modifiées. Il en résulte que la durée de vie reste à l'intérieur des disques presque la même qu'avant l'application des électrodes .' 30 On munit les disqtses npnp au moyen de plusieurs procé dés de métallisation et d'un procédé d'alliage, d'électrodes 15, 16 et 17» Après la diffusion de phosphcre-gallium, on élimine la couche d'oxyde encore présente sur les disques npnp avec de l'acide fluorhydrique. On effectue ensuite le dépôt par mé-35 tallisaticn d'une couche d'or d'une épaisseur d'environ 1 micron comme couche fondamentale de la cathode 15 et du contact de commande 16. Lors du -procédé de rétallisation, la température bad original 70 43378 - 14 - 2070228 des disques se trouve au-dessous de 200° C. Un procédé d'alliage a ensuite lieu dans lequel la température des disques augmente jusqu'à 720° C, cette température étant maintenue pendant environ 10 minutes. Au moyen de ce procédé d'alliage, on produit l'introduction par' alliage de la couche de base d'or de la cathode 15 et du contact de commande 16; simultanément la zone d'é metteur p 14 est reliée avec le disque de' molybdène 17 (anode) par une feuille de Silumine d'une épaisseur d'environ 30 microns. - Par l'alliage avec la couche d'or fondamentale mince, on produit de manière simple et avantageuse, un contact peu résistant de grande vitesse de reccmbinaison entre la cathode 15 et les domaines de court-circuit 12-b et 12c. Un contact identique se forme entre l'électrode de commande 16 et la partie de la zone de base p 12 située centralement. Le contact entre la cathode 15 et la zone d'émetteur n 11 formée simultanément présente également une très faible résistance de transition. Au moyen du procédé d'alliage en obtient une zcne très mince (épais seur moyenne inférieure à 1 micron) de silicium recristallisé * ^ous une couche eutectique qui contient essentiellement' de l'or et du silicium. Dans cette zcne recr-istallisée, il y a de l'or à une concentration élevée . Au moins dans les parties de la zone recristallisée qui sont adjacentes aux domaines 12,. 12b, 12c de zone de base p dopées au gallium, les atomes d'or introduits agissent comme centres de recombinaison. Ces parties de la zone recristallisée très minces se comportent de ce fait pratiquement comme des surfaces limites de vitesse élevée de recombinaison entre les domaines 12, 12b, 12c de zone de base p et les couches d'électrodes métalliques. Par une suite d'autres procédés de métallisation, dans lesquels la température des disques de silicium se trouve au-dessous de 200° C, la couche fondamentale introduite par alliage de la cathode 15 et du contact de commande 16 est renforcée par une couche de chrc-re épaisse d'environ 0,2 micron, en outre, une deuxième couche d'or épaisse d'environ 1 micron et finalement par. une autre couche de chrome épaisse cl'envircn 0,5 micron. Ensuite, on confère au bord ifi du disque de sili- BAD 70 43378 - 15 - 2070228 cium 10 la forrœ représentée dans la figure 1 par meulage et décapage dans un .mélange d'acide nitrique, d'acide fluorhydrique et d'acide acétique glacial. Lors du décapage du bord les surfaces limites do la zone d1 é. .e tteur n 11 et de la zone de base p 1? qui se trouvent; entre la cathode 15 et. le contact de corrcande 16 sont protégées par recouvrement avant l'attaque de décapage. Les éléments de thyristor atteignent ainsi le stade de fabrication représenté dans la figure 1. Les stades opératoires qui suivent encore pour la finition des thyristors consistent à revêtir les surfaces de silicium encore libres, en particulier la surface de bord 1P, par du caoutchouc de silicone, à chauffer"13 masse de revêtement à une température maximale de 200°.C pour la stabilisation des lignes caractéristiques de blocage et des propriétés dignition, h monter les branchements peur le courant avec contact par pression et à introduire dans un logement les disques de thyristor à contacts. L'exemple de réalisation fourni concerne des thyristors de silicium dont la cathode est réalisée comte électrode court- 1 circu.itante. Cependant, l'invention ne se limite pas à de tels thyristors, elle englobe égalèrent 5'autres thyristors, dans lesquels, sur l'une des faces au moins du disque de tliyri.stor la transition pN entre la zone d'émetteur et la zone de base est partiellement court-circuitée par une électrode. Oonr-e exemples d'autres possibilités de réalisation de l'invention, on a représenté dans la figure 3 un thyristor dans lequel la cathode et l'anode sont réalisées com.ce électrodes assurant le court-circuit. Dans la mesure où les électrodes, les zones'et les transitions pn sont disposées et réalisées de la rêne manière que pour le thyristor représente dans la figure 1, on a utilisé les mêmes signes de références que dans la figure 1. 5ans le cas du thyristor représenté sur la figure 3 la zone de base n 13 est constituée par la partie 13a entre la'transitien pn J2 et des parties parallèles h celle-ci de la transition pn J3 .ainsi que par les canaux de court-circuit 13b et la partie de court-cix'cuit de rebord 13c, qui relie la partie 13a de zone de base n avec l'anode 17. Le tels thyristors effectuent uniquement un blocage dans la direction directe, -c'est-ù-aire lorsque la cathode 15 est ORIGINAL 70 .43378 - 16 - 2070228 négative par rapport à l'anode 17. L ' inconvénient de l'absence d'une capacité de blocage dans la direction, inverse ou arrière est accepté pour plusieurs applications, la tension ce blocage en direction inverse étant remplie par une aiode r: entée en série 5 avec le thyristor, dans la mesure où. cet inconvénient est compensé par une vitesse de mxntée critique très élevée de la tension de "blocage positive et un temps de compensation très petit. On obtient une vitesse de tentée critique tres élevée de la tension de blocage positive lorsqu'on applique le principe de l'émet-10 teur court-circuité aux deux faces principales du disque de thyristor. Lcisqu'alors la mise en cotirt-cireu31 est réalisée sur les deux côtés du disque de thyristor selon l'invention, on obtient en outre un rannort t,/~ très faible et "Particulièrement avan-tageux, étant donné qu'alors les deux côtés principaux du disque 15 de thyristor agissent après -la fin de la charge de passage de manière à diminuer les porteurs de charge en excès encore présents et assistentfainsi l'effet des centres de recombinaison à 1'in terjeur du disque de seEii-conducteur. le mécanisme ce conduction supposé décrit ci-dessus, qui conduit à la recombinaison de 20 porteurs de charge aux surfaces 1irrites 15' sur le côté cathode est analogue à cerui sur coté anode. Dans les canaux de court-circuit 13b et dans le domaine de court-circuit de bord.13c il existe un champ électrique intérieur allant des surfaces limites 17' eu direction de- la partie 13a de zone ce base u, dans ce 05 cas, en raison de la décroissance monotone de la concentration nette de donneur - N,. De ce fp.it les électrons circulent u A à partir de la partie 13a de zone de base n par les domaines 13b et 13c de ccnrrt-circuit vers les surfaces limites 17'. Simultaném.eirt, des trous circulent à partir de la partie 13a de 30 zone.de base n par la transition pu J3. vers les surfaces limites 17'1• la re combinaison a lieu aux surfaces limites 17'', étant donné qu'il ne peut pas y avoir de passage de trous à travers les surfaces limites 17'' tandis que les électrons entrent à travers 'lc-c surfaces limites 17' dans l'anode 17 35' et peuvent parvenir aux surfaces limites 17''. Afin qu'un nombre aussi élevé que possible de porteurs de charge soi t élimina par unité de temps de la partie 13a ne zone de base n 1ers bad original 70 43378 2070228 - 17 - du processus décrit, le taux cle combinaison doit être élevé dans les zones limites * 17' ' . Cet te condition est en général remplie, car elle est indispensable rcrr -.aie fai ble résistance de transition entre l'anode 17 et la zcne 14 d'émetteur p et de ce fait aussi indispensable peur des propriétés de passage suffisamment bonnes. En outre, selon l'invention, le contact entre l'anode 17 et les douai:.es 1 3b et 13c de court-circuit doit être un contact ohirique avec une très faible résistance de transition. Dans ce cas les sul'faces licites 17' n'ont pas d'influence sur la concentration des électrons dans les domaines 13b et 13c de court-circuit de conduction n c'esl-à-cire que le champ électrique interne n'est pas perturbé et les é'iectrcris peuvent, entrer saris empêchement dans l'anode 17. En ce qui concerne le contact entre une électrode métallique et un domaine de conduction p, par exemple entre l'anode 15 et les dor.aines 12b et 12c de ,court-circuit, il y a encore lieu de mentionner que l'expression "contact ohmique" sifX-ifi e que le taux de recor;binaison aux surfaces limites entre le métal et le sor/.i-qonducteur, par exemple aux surfaces limites 15' est él^vé. Il n'est pas nécessaire que la concentration nette en donneur 11^ - décroisse de manière monotone à partir des surfaces limites 17'. à la transition pn J2. L'écoulement des électrons à partir de la partie 13a des zones de base n vers les surfaces limites 17' a également lieu avec une vitesse suffisante lorsque la concentration nette en donneur ïl-r - décroît de manière monotone à partir des surfaces limites 17' jusqu'au moins une profondeur qui - correspond à l'épaisseur de la zone ^'émetteur p- 14 et qu'elle est ensuite constante le long d'une portion de la nantie 13a de zone de base n jusqu'à la transition pn bad original 70,43378 - 18- 2070228 - iîtstskpicatip i; s - 1 Thyristor avec au moins quatre zones de type de conduction alternativement opposé dans lequel la transition pn entre la zone de base et la zone d'émetteur est partiellement court-circuitée (shorted emitter) par une électrode à une face au moins du disque de thyristor, caractérisé en ce que la concentration nette des défauts (N^ - U-q) déterminant le type de conduction de la zone de base 12 aux surfaces limites 15-' de ,1'élec- 18 —3 trode de court-circuit 15 est d'au moins 10 ce et décroît de manière monotone à partir de ces surfaces limites jusqu'à au moins une profondeur correspondant à l'épaisseur de la zone d'émetteur 11 court-circuitce et en ce que le contact entre l'électrode court-circuitante 15 et la zone de base court-circuitée 12 est réalisé comme contact ohmique avec une très petite résistance de passage. 2.- Thyristor suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le contact entre l'électrode court-circuitante 15 et la zone ce base 12 est formé par une couche fondamentale qui contient de l'or comme constituant essentiel. 3.- Thyristor selon revendication 1 oii 2 avec une structure npnp dans lequel la zone d'émetteur n est tra-. versée par plusieurs canaux de la zone de base p- et dans lequel les deux "zones sont"court-eircuitées par un contact de cathodes faisant saillie au-dessus de la zone d'émetteur n, caractérisé en ce que la concentration nette - ÎT^) en accepteur A dans la zone de base p 12 court-circuitée décx-oît de manière monotone à partir des surfaces limites 15' de l'électrode de court-circuit 15 jusqu'à la transition pn 32 des deux zones de base 12 et 13 et en ce qu'il existe un taux de recombinaison élevé dans les surfaces limites 15!. 4.- Procédé de production d'un thyristor seTon^âesCre-Ue vendications 1 à 3 avec'une structure npnp qui est obtenue par introduction par diffusion d'atomes d'accepteur et d'atomes de donneur dans un disque de silicium de conduction n au moyen de deux stades de diffusion, les atomes d * accepteur étant introduits par diffusion de tous les côtés dans le.disque -de silicium lors du premier stade de diffusion et les atomes âs donneur étant diffusés à travers des zones partielles d'une face principale bad original 70 43378 v 2070228 - 19 - du disque de silicium lers du deuxiè:. e stade de diffusion, ces zones partielles ''tant fixées par des couches destinées à masquer, qui empêchent l'introduction par diffusion des atoc.es de donneur, mais non des atomes d ' accepteur, de sorte qu'il se produit sous l'une ces faces principales une zone d'émetteur de conduction n qui entre dans la zone de base de conduction p et qui est traversée par des canaux de base de conduction p, caractérisé en ce que lcrs au deuxième stade de diffusion on introduit simultanée-ent par diffusion des atomes de donneur et des atomes d'accepteur, en ce qu1 après le deuxième stade de diffusion la concentration nette (I7_, - II^) des atomes d'accepteur introduits par diffusion dans la zens de lase de conduction p est au moins aussi élevée à la surface limite 15' à former après le nremier stade de diffusion et atteint au r= oins la valeur 1Î° — i 1n cm J et en ce que la couche fondamentale du contact de 'cathodes 15 est produite par introduction par. alliage d'une couche d'or ayant u: s épaisseur de 11 ordre de 1 micron. 5.- Procédé selon la revendication '4, caractérisé en ce que l'on utilise comme matière c^accepteur du gallium et comme matière de donneur "du T'hosrhore . l'une quelconque 6.- Procodé selon/des revenai cations 4 et u, caractérisé en ce qu'on utilise, lors du deuxième stade de diffusion du phosphure de ra^lium cc:;me substance de trempare peur la matière d'accepteur et la matière de donneur. l'une quelconque 7.- Thyristor selon/des revendications 1. 2 et 3, obtenu selon le procédé suivant les revendieations. 4 ou 5 -et 6, caractérisé en ce que la cathode réalisée comme électrode ccurt-circuitar.te 15 et en ce que l'électrode de commande 16 sont constituées par une couche fonda::.entale c'un eutectique d ' or-siliciiïm ayant une épaisseur de 11 ordre de 1 micron et par une succession de couches de -chrome-or-chrome déposées au-dessus par métallisation et 11 une épaisseur de l'ordre de 2 nierons. bad original