Semi-conducteurs de puissance unipolaires et mixtes (partie 1)

Dans les composants semi-conducteurs unipolaires, le transport du courant est assuré par les seuls porteurs majoritaires de la région de « base » large et peu dopée qui confère aux dispositifs leur tenue en tension. Cette région de base n’est donc pas modulée en conductivité ; aussi le « compromis » de performances offert entre tension bloquée et courant passant est-il a priori moins favorable, pour une même surface de cristal, que pour les composants bipolaires.

Par contre, en l’absence de phénomènes de stockage de porteurs minoritaires, les composants unipolaires sont intrinsèquement plus rapides. Deux avantages connexes doivent être soulignés :

• une très forte résistance d’entrée des dispositifs commandés (transistors), grâce à la possibilité de contrôler le flux de porteurs majoritaires par effet de champ (effet de champ de jonction, effet de champ Métal-Oxyde- Semiconducteur) ;

• une grande stabilité thermique latérale sous polarisation directe, en raison du coefficient de température négatif de la mobilité des porteurs ; cette stabilité autorise la réalisation de composants de fort calibre en courant, avec une grande surface active, par intégration parallèle de cellules élémentaires.

Les possibilités des effets unipolaires et bipolaires apparaissent complémentaires. Leur association dans des structures de composants hybrides offre des degrés de liberté supplémentaires dans l’arbitrage des compromis de performances entre tenue en tension, capacité en courant, temps et pertes de commutation. L’exemple le plus important industriellement est l’IGBT (Insulated-Gate-Bipolar -Transistor) mais bien d’autres dispositifs « mixtes », aux potentialités variées, apparus au cours des deux dernières décennies, procèdent de cette démarche.

La répartition en deux articles des analyses relatives aux composants unipolaires et mixtes est motivée uniquement par des contraintes de place. Il s’agit en réalité d’un ensemble.