Généralités
Tenue en tension des semi-conducteurs de puissance

Pour supporter des tensions élevées, une région relativement large et peu dopée doit jouxter la jonction bloquante du dispositif semi-conducteur, pour permettre à la zone de charge d'espace de s'étendre suffisamment. Cette région, dont la désignation générique est la « base », constitue le cœur des dispositifs de puissance. La « base » est souvent homogène, de type N de préférence au type P pour des raisons qui tiennent à la plus forte mobilité des électrons ou aux impératifs de la technologie. Elle constitue la région centrale des diodes et redresseurs, la base N des thyristors et des transistors IGBT, la région de collecteur des transistors bipolaires (mais, à l'origine, elle correspondait bien à la base des transistors « alliés »), la région de drain des transistors MOS de puissance. Selon les structures propres à chacun de ces dispositifs, la base est limitée, à l'opposé de la jonction bloquante, par une région plus fortement dopée de même type ou de type opposé. Les profils types à considérer dans l'étude de la tenue en tension des composants de puissance sont donc des successions P⁺NN⁺ et P⁺NP⁺ (ou les successions complémentaires N⁺PP⁺ et N⁺PN⁺).

La tension blocable théorique est limitée essentiellement par le mécanisme d'avalanche, éventuellement couplé à d'autres mécanismes comme l'injection bipolaire. Les paramètres principaux permettant de définir cette tension sont le dopage et l'épaisseur de la base et, en cas d'injection bipolaire, le gain en courant correspondant. Le gradient de concentration d'impuretés à la jonction métallurgique est également un paramètre déterminant dans le cas de jonctions très « graduelles ».

L'obtention d'une capacité de blocage effective proche de la valeur théorique dépend par ailleurs de la maîtrise d'un certain nombre d'autres facteurs : courant inverse, dont l'origine principale est la génération thermique dans la charge d'espace, contournement de la jonction par claquage prématuré intervenant sur les bords, courants de fuite superficiels... Le contrôle de la nature et de la concentration des centres de génération-recombinaison, la conception de terminaisons de jonction adaptées, la passivation de la surface du cristal, sont ainsi des compléments indispensables à la réalisation de...