Thyristor.
La présente invention concerne les dispositifs semiconducteurs et, en particulier, les dispositifs de commutation semi-conducteurs commandés connus sous le nom de thyristors.
Les thyristors sont des commutateurs semi-conducteurs qui empêchent le courant de passer dans un ou plusieurs sens jusqu'à ce qu'un courant de déclenchement ou de commutation y
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Après ce déclenchement, le thyristor peut conduire des courants importants avec des pertes de tension faibles. Comme le dé-clenchement exige le passage d'un courant par la �orte, ces thyristors ont une impédance d'entrée relativement faible. Dans certaines applications, cette faible impédance d'entrée n'est pas souhaitable et des thyristors comportant des portes à haute impédance sont préférables.
Au dessin annexé :
la Fig. 1 est une vue en coupe d'un dispositif semiconducteur suivant l'invention;
la F�g. 2 est une vue semblable à celle de la Fig. 1 montrant une variante du dispositif représenté sur la Fig. 1. EXEMPLE 1.-
Un thyristor ou redresseur commandé au silicium 10 suivant l'invention est représenté sur la Fig. 1. Le thyristor 10
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cium,, comportant des surfaces supérieure et inférieure opposées
14 et 16, respectivement. Le corps 12 est par exemple une partie d'une grande pastille de silicium dans laquelle d'autres composants sont formés, comme dans un circuit intégré.
Le thyristor 10 comprend plusieurs régions de conductivité de types différents comportant des jonctions PN entre elles. Ainsi, le thyristor de cette forme d'exécution comprend une première région 18 du type de conductivité N, une seconde région 20 et une troisième région 22 du type de conductivité P
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régions 13 et 20 sont adjacentes l'une à l'autre et comportent
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tivement, avec la surface supérieure.
La surface supérieure 14 porte une couche 32 d'une matière isolante diélectrique telle que de l'oxyde de silicium.
Une électrode conductrice 34 traverse la couche diélectrique 32 et établit un.contact ohmique avec la seconde région 20. Une autre électrode conductrice 36 traverse la couche diélectrique
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Dans la mesure décrite plus haut, le thyristor 10 est semblable à des redresseurs semi-conducteurs commandés classiques et connus. La région 18 est la base N du redresseur commandé, la région 20 est l'émetteur P, la région 22 est la base P, et la région 24 est l'émetteur N. L'électrode conductrice 34 est l'anode et l'électrode conductrice 36 est la cathode.
Le thyristor 10 représenté sur la Fig. 1 diffère des thyristors classiques par le fait qu'au lieu d'avoir une électroconductrice en contact ohmique direct avec une des régions de base du thyristor, par exemple une électrode classique formant porte, le thyristor 10 contient une électrode de commande 40 couplée de façon capacitive à la région de base 18. D'une manière spécifique, l'électrode 40 est disposée sur la face supérieure de la couche diélectrique 32 et recouvre une partie de la première région 18 entre les régions 20 et 22. De plus, l'électrode 40 recouvre les points d'interception jonction-surface 43 et 44
des deux jonctions PH 26 et 28 respectivement.,
D'une manière connue, les thyristors classiques sont enclenchés par application d'une tension de polarité appropriée à une électrode formant porte connectée de façon ohmique à une région de base adjacente à une région d'émetteur du thyristor. La tension appliquée polarise en sens passant la jonction formée entre ces deux régions et, pour un thyristor classique présentant la relation de conductible des diverses régions du thyristor 10
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çon ohmique à la base P, des électrons sont injectés de l'émetteur N dans la base P, diffusent dans la base P et dérivent dans la couche d'épuisement à la jonction formée entre la base P et la base N. Les électrons s'accumulent dans la base N jusqu'à ce qu'ils surmontent la tension de polarisation à la jonction
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électrons sont injectés de la base N dans l'émetteur P. Des
trous "pénètrent" de l'anode dans l'émetteur P, sont injectés dans la base N, diffusent dans la jonction entre les bases P et N, dérivent dans la couche d'épuisement entre ces bases et pénètrent dans la région P où ils peuvent s'accumuler pour polariser en sens passant la jonction émetteur N-base P. Dès que les trous provenant de l'émetteur P commencent à atteindre la base P, exécutant ainsi la fonction de la tension de déclenchement de la porte qui est de polariser la jonction en sens passant, le processus devient autoentretenu et le thyristor reste conducteur même après suppression de la tension de déclenchement.
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duit lorsqu'une tension de polarité et d'amplitude adéquate est appliquée à l'électrode de commande 40 pour inverser la conductivité d'une partie mince ou canal 46 (indiqué en traits pointillés sur la Fig. 1) de la base N 18 à la surface 14 du corps 12 directement en dessous de l'électrode 40. C'est-à-dire qu'en appliquant une tension négative suffisamment importante à l'électrode
40, on repousse des électrons en nombre suffisant d'une partie supérieure de la base N 18 et les trous sont attirés vers la
dite partie pour la convertir en un "canal" 46 de conductivité P. La longueur du canal 46,suivant la longueur de l'électrode 40, est de préférence prévue pour aller de l'émetteur P 20 situé d'un
côté à la base P 22 située do l'autre côté. Dans ce cas, un trajet conducteur pour les trous est établi par le canal 46 entre l'émetteur P 20 et la base P 22 et il sert à Introduire les trous dans la base P 22. C'est-à-dire que le canal 46 court-circuite effectivement la jonction rétropolarisée 28 entre les deux bases 16 et 22 et établit un trajet ohmique pour les trous traversant la jonction
28. Ces trous polarisent la jonction émetteur-base 30 en sens
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24 dans la base 22 ce qui, comme dans le cas du déclenchement des thyristors classiques mentionnés plus haut, produit un mode
de fonctionnement auto-entretenu qui commute le thyristor d'un état de blocage, c'est-à-dire un état non passant,à un état passant, c'est-à-dire conducteur. C'est-à-dire que dès que les trous de l'émetteur P atteignent la base P 22 par l'intermédiaire du
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en sens passant, le thyristor 10 est effectivement amené à son état conducteur et la tension de déclenchement peut être supprimée de l'électrode 40.
Comme les trous qui pénètrent dans la couche d'épuisement près de la jonction 28 entre la base N 18 et la base P 22 sont injectés par le champ de la zone d'épuisement dans la base P 22,
la région 46 du canal ne doit aller que jusqu'au bord de cette couche d'épuisement. Cependant, comme la largeur de la couche d'épuisement dépend, entre autres choses, de l'amplitude de la tension appliquée à l'anode 34, tension qui est soumise à des variations dépendant de la manière dont le thyristor 10 est mis en oeuvre, l'électrode 40 est normalement conçue pour atteindre au moins le point d'interception de surface 44. de la jonction 28
et le recouvrir.
L'amplitude de la tension de déclenchement nécessaire
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le courant de déclenchement nécessaire est fonction de la constante diélectrique et de l'épaisseur de la couche diélectrique 32 entre l'électrode 40 et la région de base 18, de la conductivité de la région de base 18 près de la surface 14 et de l'état d'emmagasinage de la charge associée à la couche 32.
La quantité de courant nécessaire pour amener le thyristor sur conduction est déterminée par les mêmes facteurs que ceux qui déterminent la quantité de courant de porte nécessaire pour amener un thyristor classique sur conduction. Par exemple, si le thyristor représenté sur la Fig. 1 était classique, c'est-à-dire
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un courant de déclenchement donné, déterminé selon les techniques de base des thyristors, serait nécessaire. Ce courant, de durée donnée, et pour une tension anode-cathode donnée également, polarise en sens passant la base P 22 par rapport à l'émetteur N 24, comme décrit plus haut. Pour amener le thyristor 10 sur conduction, en utilisant l'électrode de commande 40, il faut injecter un courant de déclenchement semblable dans la région de base 22, ce courant étant cependant fourni par l'intermédiaire du canal 46 à partir de la région P 20.
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EXEMPLE 2.-
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ture prévue à travers couche diélectrique 32. Vu avantage de
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impédance d'entrée si l'électrode de commando 40 est utilisée pour faire passer le thyristor sur conduction, ou un mode à basse
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plus, le thyristor peut être utilisé comme un circuit-porte ET, exigeant des impulsions coïncidentes sur l'électrode de commande
40 et la porte 52 pour faire passer le thyristor sur conduction, chaque impulsion étant en elle-même insuffisante pour faire passer le thyristor sur conduction.
De plus, en polarisant convenablement la porte 52, par exemple au potentiel de l'émetteur N 24 ou à un potentiel négatif, on diminue nettement la sensibilité au passage sur conduction du thyristor, empêchant ainsi tout passage accidentel du thyristor sur conduction. Ainsi, dans ce mode de fonctionnement, le thyristor est semblable, quant à ses caractéristiques, aux thyristors connus du type "à émetteur en court-circuit". Au contraire, en prévision du passage du thyristor sur conduction, si l'on enlève ou si l'on polarise la porte 52 en sens passant, on augmente sensiblement la sensibilité du thyristor au passage sur conduction réduisant ainsi le signal requis sur l'électrode de commande 40 pour faire passer le thyristor sur conduction.
Dans ce mode de fonctionnement, le thyristor est donc supérieur aux thyristors à émetteur en courtcircuit qui, en raison des particularités de structure qui rendent ces thyristors moins sensibles à un passage accidentel sur conduction, ont une sensibilité au passage sur conduction relativement faible.
REVENDICATIONS.
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rieur du corps formant deux régions d'émetteur, une région do base P et une région de base N, les régions de base étant adjacentes l'une à l'autre et étant disposées entre les deux régions d'émetteur, une première électrode conductrice connectée de manière ohmique à une des régions d'émetteur seulement, une seconde électrode conductrice connectée de manière ohmique à l'autre région d'émetteur seulement, caractérisé en ce qu'une troisième électrode conductrice est connectée de manière capacitive à une des régions de base pour former, lorsqu'une tension appropriée est appliquée à cette troisième électrode, un canal traversant la première région de base d'une conductivité opposée à celle de cette région de base
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la première région de base.