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Philippe LETURCQ : Professeur à l’Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse - Laboratoire d’Analyse et d’Architecture des Systèmes du CNRS (LAAS)
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Cette deuxième partie de l’étude des composants de puissance bipolaires est principalement consacrée au transistor et aux dispositifs de la famille du thyristor. En continuité avec l’article Composants semi-conducteurs de puissance bipolaires. Partie 1, elle se fonde sur les mêmes principes généraux que ceux qui ont été mis en relief dans le cas des diodes et le formalisme utilisé est identique. On retrouvera donc ici, mis en jeu dans des composants commandés, les mécanismes de modulation de conductivité et de stockage de porteurs précédemment décrits, le cadre d’analyse, unidi-mensionnel et régional, étant intégralement conservé par souci de simplification didactique.
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1. Transistors bipolaires de puissance
Les transistors ont été pendant longtemps les seuls éléments semi-conducteurs permettant la commutation de puissance entre états passant et bloqué sans changement préalable de polarité. En raison de la complexité de leur commande et de leur relative fragilité, on leur préfère aujourd’hui, selon les domaines de courant et de tension, les transistors MOS, les IGBT ou les thyristors GTO. Ils restent toutefois utilisés, pour leur faible coût, dans nombre d’applications de grande diffusion (ballasts électroniques, par exemple). Si l’importance industrielle du transistor bipolaire de puissance décline, l’étude de ce composant est incontournable : par la physique de son fonctionnement, il représente un archétype, les mécanismes qu’il met en jeu intervenant aussi dans les comportements normaux ou défaillants de la plupart des autres composants.
1.1 Structure type
La structure d’un transistor bipolaire de puissance est, en règle générale, du type N+PN–N+ qui permet les meilleurs compromis de performances entre tension bloquée, courant passant et temps de commutation. Deux exemples représentatifs de profils d’impuretés, parmi de nombreuses variantes possibles, sont indiqués sur la figure 1 pour des composants de même tenue en tension (tension de maintien de l’ordre de 500 V). Par rapport au profil « triple diffusion », le plus classique, le profil « multiépitaxie » peut présenter des avantages de performances et de robustesse.
La région faiblement dopée de collecteur, délimitée sur les profils de la figure 1, constitue la vraie « base » du dispositif, malgré la terminologie en usage (cf. [D 3 106], § 1.1). C’est dans cette région en effet que s’étend principalement la charge d’espace de la jonction bloquante et que se trouve stockée,...
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