Composants semi-conducteurs de puissance : caractères propres

Les composants semi-conducteurs de puissance, par leurs principes physiques de fonctionnement, ne diffèrent pas fondamentalement de leurs homologues du traitement du signal analogique ou numérique. Ce qui les distingue, c’est leur fonction en électronique de puissance, qui est celle d’interrupteurs, mieux encore que les ordres de grandeur de tension et courant commutables, qu’on souligne parfois pour leur caractère spectaculaire (8kV/3kA par exemple pour tel thyristor Gate-Turn-Off). Quel que soit le niveau de puissance, en effet, l’accent est mis sur des caractéristiques telles que tension bloquée, courant passant, temps de fermeture et d’ouverture, pertes de puissance statiques et de commutation... avec des spécifications qui nécessitent une toute autre organisation des structures semi-conductrices que celle des composants microélectroniques.

Trop longtemps, le monde des semi-conducteurs, physiciens, technologues, concepteurs et fabricants de composants, et le monde du génie électrique, auquel appartient la communauté de l’électronique de puissance, ont peu communiqué à propos des composants de puissance sinon à travers les études de marché et les données des catalogues. Paradoxalement aussi, l’électrotechnique, discipline généraliste s’il en est, s’est toujours intéressée, jusqu’au niveau fondamental, aux matériaux magnétiques et diélectriques, mais a longtemps délaissé les semi-conducteurs.

Aujourd’hui, le raffinement des applications de l’électronique de puissance ne permet plus au concepteur de composants d’ignorer les spécificités et les contraintes de leur mise en œuvre, de même que l’électronicien de puissance ne peut mettre pleinement à profit les possibilités des composants de puissance modernes sans comprendre leur fonctionnement interne.

Ce fascicule constitue donc l’introduction générale à une série d’articles traitant successivement des propriétés électroniques du silicium, principal matériau semi-conducteur utilisé, des structures semi-conductrices élémentaires et des effets fondamentaux que celles-ci font naître, de la tenue en tension des composants de puissance, sujet générique, avant d’aborder de manière plus spécifique les principes de fonctionnement et l’étude des caractéristiques statiques et dynamiques des principaux composants de puissance actuellement utilisés. Un article complémentaire donne un aperçu des développements dans le domaine de l’intégration de puissance.

Dans ce chapitre introductif même, dont la conception doit beaucoup aux échanges de vues entre l’auteur et le Professeur Henri Foch, on présente les semi-conducteurs de puissance sous les différents aspects de leurs fonction, de leurs spécificités vis-à-vis des autres composants semi-conducteurs, et de leurs performances actuelles.