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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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La tenue en tension d'un composant semi-conducteur de puissance, c'est-à-dire son aptitude à jouer entre contacts principaux le rôle d'interrupteur ouvert, est assurée, dans tous les cas, par une jonction bloquante sous polarisation inverse. Cette jonction, qui charpente le dispositif, est, en règle générale, fortement dissymétrique : pour supporter des tensions élevées, l'une des deux régions, souvent désignée par le terme générique de « base », doit permettre à la charge d'espace de s'étendre suffisamment. Les divers effets physiques qui limitent la tension blocable jouent sensiblement de la même manière dans tous les composants semi-conducteurs de puissance et les problèmes de conception ou de technologie relatifs à la tenue en tension peuvent ainsi être traités de manière quasi générique. C'est l'objet de cet article.
Le lecteur pourra se reporter, pour les notions préalables, à l’article Physique des semi-conducteurs de puissance
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2. Tenue en tension des dispositifs plans
Dans l'étude des structures de puissance, il est commode de définir la tenue en tension de manière unidimensionnelle, en faisant, dans un premier temps, abstraction des effets de bord qu'on s'attache ensuite à préciser. En d'autres termes, nous abordons le sujet en supposant que la jonction bloquante des dispositifs analysés est idéalement plane.
2.1 Zone de transition de la jonction bloquante
Lorsqu'une jonction PN est polarisée en inverse, seuls les porteurs minoritaires de chacune des régions P et N peuvent franchir la jonction métallurgique. Les porteurs majoritaires, au contraire, en désertent le voisinage et une charge d'espace essentiellement dépeuplée s'établit donc de part et d'autre (figure 1).
Pour une répartition donnée N (x) de la concentration des impuretés dopantes, les répartitions du champ électrique E et du potentiel V dans la zone de transition ainsi constituée, sont déterminées par intégration des équations de l'électrostatique (cf. article Physique des semi-conducteurs de puissance, § 1.1.4 et § 2.1.4.2) :
avec :
- x :
- abscisse de position par rapport à la jonction métallurgique
- e :
- charge électronique (e = 1,602.10–19 C)
- ε :
- permittivité...
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