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Auteur(s)
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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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3. Terminaisons de jonction
Les développements précédents ne s'appliquent, en toute rigueur, qu'à des jonctions planes latéralement indéfinies. En réalité, des effets de bord peuvent réduire la tenue en tension en périphérie de jonction à des valeurs beaucoup plus faibles que la tension de claquage théorique. Notamment, l'intensité du champ électrique se trouve augmentée en regard des courbures de jonction, ce qui précipite des claquages localisés, et la surface même du cristal offre la possibilité de contournement de la jonction par le milieu environnant.
Pour exploiter pleinement la capacité de blocage d'une jonction, il est donc indispensable de recourir à des dispositions spécifiques de réduction du champ électrique dans les zones critiques. Ces dispositions sont de deux types :
-
terminaisons « mésa » qui ne sont plus guère utilisées que pour les dispositifs de forte puissance en haute tension ;
-
terminaisons « planar » qui se généralisent pour les jonctions bloquantes réalisées par diffusion masquée.
3.1 Effets de bord
3.1.1 Contournement, claquage superficiel
À la surface de séparation de deux milieux diélectriques, il y a continuité de la composante tangentielle
du champ. La rigidité diélectrique du milieu environnant doit donc être compatible avec la valeur maximale de cette composante de champ dans le silicium.
-
La figure 12 a pose le problème du contournement dans une configuration simple où, le plan de la jonction étant normal à la surface du cristal, et sous réserve qu'aucun effet secondaire ne vienne perturber la répartition de la charge d'espace près de la surface, on peut confondre la composante tangentielle et le champ lui-même. La comparaison des valeurs du champ de claquage dans le silicium (26,4 V/µm pour VB = 1 000 V dans le cas d'une jonction P+N abrupte, par exemple)...
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