FR2538170A1 - Circuit de relais de courant alternatif a semi-conducteurs et structure de thyristor associee - Google Patents

Circuit de relais de courant alternatif a semi-conducteurs et structure de thyristor associee Download PDF

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Abstract

RELAIS DE COURANT ALTERNATIF A SEMI-CONDUCTEURS COMPRENANT UN PREMIER ET UN DEUXIEME THYRISTOR 210, 211 POSSEDANT CHACUN UN CIRCUIT DE GACHETTE 216, 217 ET DES ELECTRODES D'ANODE ET DE CATHODE DISPOSEES SUR UNE MEME PREMIERE SURFACE DES DEUX PUCES FORMANT LES THYRISTORS, LE RELAIS COMPRENANT UNE DIODE ELECTROLUMINESCENTE 225 QUI ECLAIRE LADITE PREMIERE SURFACE LORSQU'ELLE EST EXCITEE VIA DEUX BORNES DE COMMANDE 226, 227 QUI SONT ISOLEES DE DEUX BORNES 212, 213 D'ALIMENTATION EN COURANT ALTERNATIF DES THYRISTORS, UN PREMIER ET UN DEUXIEME CIRCUIT DE COMMANDE 230, 231 ETANT RESPECTIVEMENT CONNECTES AUX CIRCUITS DE GACHETTE DES THYRISTORS AFIN DE BLOQUER CES CIRCUITS POUR EMPECHER L'ALLUMAGE DU THYRISTOR LORSQUE LA TENSION APPLIQUEE ENTRE LES DEUX BORNES D'ALIMENTATION EN COURANT ALTERNATIF DEPASSE UNE VALEUR DONNEE ET DE BLOQUER LES CIRCUITS DE GACHETTE EN PRESENCE D'IMPULSIONS TRANSITOIRES AYANT UN PARAMETRE DVDT SUPERIEUR A UNE VALEUR DONNEE.

Description

La présente invention concerne les relais de courant alternatif à
semiconducteurs et un thyristor de type nouveau pouvant
être utilisé dans un relais à semiconducteurs.
Les relais de courant alternatif à semiconducteurs sont bien connus De semblables relais, avec isolation optique entre lientrée et la sortie, sont également bien connus Dans les dispositifs actuels, il faut ordinairement de nombreux composants discrets pour réaliser le circuit de courant alternatif Ainsi, il peut entrer trente, ou plus, composants discrets tels que thyristors, transistors,
résistances et condensateurs, dans la fabrication d'un seul dispositif.
Des tentatives ont été faites pour intégrer les diverses parties du relais à semiconducteurs, mais elles n'ont connu qutun succès limité en raison de la présence simultanée de composants de haute tension
et de haute puissance.
Des relais à semiconducteurs réalisés selon la technique antérieure ont également employé des circuits de passage par zéro de la tension pour assurer la conduction du thyristor dans le seul cas o la tension alternative se trouve dans les limites d'une petite "fenêtre" Ces circuits sont également relativement complexes et difficiles à intégrer dans la puce de puissance principale Ainsi, les circuits d'allumage par passage par zéro demandent l'emploi d'une
résistance discrète connectée sur les bornes de puissance Ces résis-
tances ne sont pas -facilement intégrées dans une puce unique en raison de la difficulté qu'il y a àâfrmer cette résistance à la surface
de la puce.
Il est également difficile d'obtenir un fonctionnement dit "sans verrou électromagnétique" pour le relais en présence d'une charge résistive ou inductive quelconque Ainsi, alors que les relais à semiconducteurs peuvent fonctionner de manière satisfaisante en présence de charges résistives ou légèrement inductives, ils peuvent avoir tendance à présenter un "effet d'alternance" ou à "vibrer",
ce qui correspond à un état dans lequel le relais ne devient conduc-
teur que pendant une moitié du cycle, en présence d'une charge fortement inductive Ceci s'est produit dans le passé en raison du
fait que les relais sont couramment dotés de circuits de condition-
nement permettant de supprimer le passage rapide à l'état conducteur du circuit en présence d'un signal transitoire rapide ou d 9 un état à d V/dt élevé Toutefois, lorsque le dispositif fonctionne en présence d'une charge inductive très élevée, des tensions transitoires sont généralement produites à répétition pendant le passage du dispositif à létat conducteur Lorsque le circuit de conditionnement interprète ceci, de manière erronée, comme un signal transitoire, il ferme la
sortie de puissance pendant une alternance particulière du fonction-
nement Le circuit semble alors fonctionner normalement pendant lalternance suivante et le relais passe à l'état conducteur Cette
situation se répète de sorte que le relais ne passe à l'état conduc-
teur que pendant l'une ou l'autre des alternances du cycle complet.
Pour éviter ceci, on a donné aux relais de la technique antérieure une sensibilité d'allumage réduite et ceci a nécessité de réduire
la sensibilité à l'allumage optique.
Puisque les relais de la technique antérieure sont
relativement complexes, ils ont besoin de boîtiers d'un volume impor-
tant De plus, les relais à semiconducteurs de la technique antérieure sont limités à une élévation de température maximale d'environ 110 C, ce qui limite leur capacité de traitement de courant Enfin, les relais à semiconducteurs de la technique antérieure sont relativement coûteux du fait du grand nombre de composants discrets et des grands
boîtiers qui leur sont nécessaires.
On connaît également des dispositifs à thyristor latéral
allumé optiquement qui peuvent être utilisés seuls ou dans de sembla-
bles relais Toutefois, ces dispositifs sont coûteux, ont une chute de tension relativement importante dans le sens passant et sont relativement insensibles au rayonnement d'entrée Un dispositif à thyristor de ce type est présenté par exemple dans le brevet des
Etats-Unis d'Amérique N O 4 355 320.
Selon l'invention, il est proposé deux puces de puis-
sance à thyristor identiques et nouvelles pour un relais de courant continu, o les puces de puissance sont toutes deux de structure latérale, les électrodes de cathode et d'anode étant toutes deux sur une première surface de chaque dispositif, et o chacune des puces peut être allumée optiquement et possède une surface supérieure optiquement sensible qui autorise le dispositif à devenir conducteur entre ces électrodes d'anode et de cathode lorsqu'elle est éclairée. Le circuit de gâchette de chacun des thyristors est
connecté à un nouveau circuit de commande, formé à la fois de compo-
sants discrets et de composants enfouis à l'intérieur du corps du
matériau semiconducteur constituant le thyristor Le circuit de com-
mande a pour fonction d'empêcher le passage à l'état conducteur, même si la surface est éclairée, lorsque la tension -aux bornes du dispositif dépasse une valeur supérieure à une certaine valeur de fenêtre prédéterminée, ou lorsque des signaux transitoires à d V/dt élevé apparaissent aux bornes du dispositif Ce circuit de commande
comporte un transistor de verrouillage qui peut être rendu conduc-
teur pour verrouiller la gâchette de son thyristor respectif et un
circuit diviseur capacitif connecté aux bornes des électrodes d'ali-
mentatibn principale en puissance Le diviseur capacitif applique un
signal de commande au transistor de commande.
Un des condensateurs du diviseur capacitif comporte la capacité répartie du transistor de commande Aussi longtemps que le transistor de commande est conducteur, son thyristor de puissance respectif ne peut être rendu conducteur, même si sa surface est éclairée Le diviseur capacitif est conçu de façon que le-transistor de commande soit normalement rendu conducteur pour toutes les tensions
absolues, aux bornes du dispositif principal, supérieures à une -
valeur de fenêtre relativement petite Ainsi, le thyristor de puis-
sance ne peut être rendu conducteur à l'extérieur de cette petite valeur de fenêtre ou sur une valeur de passage par zéro ' En combinaison avec le transistor de commande, le
diviseur capacitif a pour fonction de supprimer les signaux transi-
toires rapides tout en permettant au dispositif de fonctionner dans son état de charge normal Ainsi, les signaux transitoires de tension qui sont produits à répétition pendant le passage du dispositif à l'état conducteur dans des conditions de charge fortement inductives ne seront pas interprétés erronément comme un signal transitoire rapide, et la puce du thyristor de puissance sera autorisée à passer à l'état conducteur à sa manière normale même en présence de charges
fortement inductives.
Le moyen de conditionnement de signaux selon
l'invention autorise également une amélioration sensible de la.
sensibilité optique du dispositif sans allumage erroné On notera que les dispositifs de commande à triac isolés optiquement qui sont actuellement disponibles sont toujours limités en ce qui concerne la capacité en d V/dt ou la sensibilité optique en raison de leur inaptitude à séparer des signaux transitoires les signaux de commande
de bas niveau.
Pour l'ensemble des deux puces, il est proposé un boîtier nouveau dans lequel les deux puces sont facilement et à peu de prix connectées en parallèle llune avec l'autre et sont protégées vis-à-vis du milieu extérieur -Un substrat d'alumine, ou un autre substrat approprié conducteur de la chaleur et électriquement isolant, porte des tracés conducteurs appropriés destinés à recevoir les diverses puces du commutateur et à connecter les électrodes des puces
à des fils conducteurs de sortie appropriés Les deux puces de thy-
ristor identiques qui sont connectées de manière antiparallèle sont fixées symétriquement à des plots conducteurs respectifs du substrat et sont alignées l'une avec lautre et avec les extrémités de deux tracés conducteurs du substrat Deux fils continus sont ensuite soudés par points aux plots et aux fils conducteurs de sortie des
thyristors de manière qu'un fil conducteur soit électriquement -
connecté au plot d'anode d'une première puce, au plot de cathode de la deuxième puce et à celui des tracés conducteurs qui est connecté à un fil conducteur d'entrée de courant alternatif L'autre fil est
connecté de la même manière aux autres électrodes et tracés conduc-
teurs de façon à faire conduire les thyristors de manière antiparal-
lèle.
Une petite puce de diode électroluminescente est égale-
ment connectée au substrat d'alumine en même temps que les puces de puissance La diode électroluminescente est connectée de manière appropriée à deux fils conducteurs d'entrée qui sont bien isolés
vis-à-vis des fils conducteurs de sortie de courant alternatif.
Un capuchon de matière plastique revêtu d'une matière blanche réfléchissant la lumière est ensuite fixé au substrat et couvre la région du substrat contenant la diode électroluminescente et les deux puces de puissance Le capuchon peut être constitué d'unesilicone transparente qui enferme et encapsule les surfaces des
puces et leurs fils deinterconnexion au moyen d'une surface exté-
rieure revêtue d 2 une peinture de silicone blanche.
Si le circuit de commande du transistor de puissance est réalisé-sous forme discrète, des composants discrets peuvent
également être connectés à ce substrat de manière appropriée Toute-
fois, de préférence, ces composants sont intégrés dans les puces de puissance si bien que le relais à semiconducteurs tout entier sera constitué de deux puces de puissance et de leuiscircuitsde commande, de la puce de diode électroluminescente et des diverses structures
de support précédemment décrites.
Chaque thyristor du relais présente une structure nouvelle et est constitué en une seule puce qui présente une faible chute de tension dans le sens passant et une capacité relativement élevée de transport de courant et est très sensible au rayonnement
dientrée de sorte qu'une source de déclenchement à diode électro-
luminescente non cruciale peut être prévue pour mettre le thyristor en conduction Les composants de commande du circuit de relais, comportant des transistors à effet de champ MOS de commande connectés en parallèle, une résistance, une diode Zener et un condensateur, peuvent également être placés dans la puce unique, Les composants de commande du relais permettent que le thyristor ne passe dans l'état conducteur que lorsque la tension anode-cathode est inférieure à une valeur donnée De plus, un passage erroné à l'état conducteur, qui
serait dû à un signal transitoire, est empêché dans toutes les condi-
tions de fonctionnement du circuit, si la diode électroluminescente
n'est pas en service.
Selon l'invention, plusieurs thyristors latéraux distincts, qui peuvent chacun être optiquement allumés, sont connectés mutuellement en parallèle à l'intérieur d'une unique puce Chaque thyristor latéral possède une base, des éléments d'émetteur étant formés dans la base Une région d'anode selon linvention, constituée de plusieurs doigts séparés de régions d'anode qui enveloppent l'extrémité et deux c 6 tés de chaque base, rend facilement possible la connexion en parallèle des éléments La zone de base du thyristor
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contient des régions d'émetteur parallèles séparées et la zone de base est entourée par une région P auxiliaire Une région auxiliaire pour thyristor latéral à déclenchement optique est présentée dans le brevet des Etats-Unis dr Amérique N O 4 355 320 Toutefois, les régions auxiliaires selon l'invention font une boucle autour des régions de base distinctes de façon à les entourer complètement et sont connectées de manière résistive à une plaque de champ en silicium polycristallin conducteur qui est pleinement connectée à lélectrode de cathode métallique.
On peut réaliser la connexion résistive selon l'inven-
tion en établissant des connexions séparées allant de la plaque de champ à la région auxiliaire Lorsqu'on fait appel à une semblable connexion résistive, un plus grand nombre de porteurs, qui sont
injectés en provenance de la région d'anode et qui se déplacent laté-
ralement en direction de l'émetteur, atteindront l'émetteur Ceci améliore la caractéristique de chute de tension en sens passant du dispositif d'un facteur important (par exemple la chute de tension passe de 1,45 V à 1,15 volt), ce qui réduit fortement la dissipation
énergétique pendant la marche du dispositif.
Selon d'autres particularités de l'invention, la région
d'anode peut être dopée de manière relativement forte, par compa-
raison avec le dopage de l'émetteur, dans le but de réduire plus encore la chute de tension en sens passant La concentration de dopage de l'émetteur au niveau de la surface de la région d'émetteur est également ajustée à un point semblant optimal du point de vue du rendement d'injection On obtient en particulier un très bon fonctionnement lorsque l'on utilise une concentration superficielle de 1 x 10 à 6 x 1020 ions de phosphore par centimètre cube au
niveau de la surface de l'émetteur.
Enfin, dans la réalisation des contacts superficiels du dispositif, on utilise des lignes minces d'aluminium relativement
épais pour laisser à découvert une quantité maximale de silicium.
La description suivante, conçue à titre d'illustration
de l'invention, vise à donner une meilleure compréhension de ses caractéristiques et avantages; elle s'appuie sur les dessins annexés, parmi lesquels:
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la figure 1 est une vue en section droite du tracé de jonction d 9 un unique thyristor latéral qui emploie certaines particularités de l'invention;
la figure 2 est une vue en plan du tracé de métalli-
sation existant à la surface d'une puce unique qui utilise le thyristor latéral selon l'invention; la figure 3 est une vue en plan de la surface de silicium de la puce de la figure 2 et montre les tracés de jonction qui viennent jusqu'à la surface du dispositif; la figure 4 est une vue agrandie de lun des éléments, ou boucles, en parallèle de la figure 3; la figure 5 est une vue en section droite de la figure 3 prise suivant la ligne de coupe 5-5 de la figure 3; la figure 6 est une vue en section droite de la figure 4 prise suivant la ligne de coupe 6-6 de la figure 4; la figure 7 est une vue en section droite de la figure 3 prise suivant la ligne de coupe 7-7 de la figure 3; la figure 8 est une vue en section droite de la résistance en silicium polycristallin qui est présentée sur la figure 3; la figure 9 est un schéma de montage du thyristor et de son circuit de commande tels que produitspar le tracé de jonction et les interconnexions du dispositif des figures 2 à 8; la figure 10 est un schéma de montage du relais de courant alternatif selon l'invention; la figure 11 représente les deux puces de thyristor de puissance de la figure 10 et une diode électroluminescente montée sur un substrat de céramique; la figure 12 est une vue de c 6 té de la figure 11; la figure 13 est une vue en élévation de l'ensemble
de la figure 11, avec un capuchon qui enferme la diode électrolumines-
cente et les puces de puissance; et
la figure 14 est une vue de dessus de la figure 13.
On se reporte d'abord à la figure 1 Celle-ci montre, en section-droite, le tracé de jonction et la métallisation d'une puce de thyristor latéral qui est fabriquée selon quelques-uns des principes de l'invention La puce contenant le thyristor latéral de la figure 1 peut avoir toute taille et configuration voulues et est
une puce en silicium monocristallin.
Les diverses jonctions de la figure 1 sont formées dans la couche N() désignée par la référence 20 La couche 20 peut avoir une résistivité d'environ 20 ohm centimètres Des régions de type P séparées 21, 22 et 23 sont formées dans la surface supérieure
de la puce 20 par tout procédé voulu Une région de type P supplé-
mentaire 23 a, qui est inactive, peut entourer la périphérie de la région 23 Les régions 21, 22, 23 et 23 a peuvent être des régions à
diffusion de bore d'une concentration suffisante pour que la résis-
tance pelliculaire des régions P soit d'environ 1600 ohms par carré à la surface de la puce Elles peuvent aussi âtre formées, par exemple, par un procédé d'implantation ionique et de diffusion commandée utilisant un dosage de 5 x 10 + 13 atomes de bore par centimètre carré, ce qui constitue un dopage relativement léger La région 21 est de préférence plus fortement dopée que les autres régions P Les régions 21, 22, 23 et 23 a peuvent avoir une même profondeur d'environ 4 microns La région de type P 23 contient une région N(+) 24 venant
compléter les jonctions latéralement séparées du thyristor latéral.
Les bords mutuellement en regard des régions 21 et 23 doivent être aussi proches que possible dans la mesure o ils peuvent
encore arrêter une tension choisie Dans la présente description,
le dispositif bloque de préférence de 400 à 500 volts environ, et il
est fait appel à un écartement de 105 microns.
La région 21 est la région d'anode, la région 23 est
la région de gâchette,ou de base, la région 24 est la région d'émet-
teur, ou de cathode, tandis que le corps N() 20 est la région principale de blocage du thyristor présenté sur la figure 1 La région 22 est un type connu de région de garde flottante qui permet d'augmenter la tension de blocage entre les jonctions 21-et 23 à une valeur pouvant atteindre 400 à 500 volts sans risque de claquage
à la surface de la puce.
La surface supérieure de la puce est revêtue d'une mince couche 30 de dioxyde de silicium pouvant avoir par exemple une épaisseur d'environ 1 micron Des plaques de champ ensilicium polycristallin 31 et 32 sont formées au-dessus de la couche d'oxyde , au moyen de techniques classiques de masquage et de dépôt de silicium polycristallin Toute la surface supérieure de la puce, y compris les plaques de champ en silicium polycristallin et la couche d'oxyde 30, est revêtue d'une couche vitreuse 35 classique en dioxyde de silicium dopé au phosphore Des intervalles séparés 36 et 37 de structure connue peuvent être placés de part et d'autre de la région de garde flottante 22 afin d'empêcher que les effets de polarisation latérale se produisant à l'intérieur de la couche 35 d'oxyde dopé au phosphore n'interfèrent avec la distribution du champ
à la surface de la région 20 voisine de la région de garde flottante 22.
Des ouvertures appropriées sont formées dans les couches d'oxyde 30 et 35 au-dessus de la région d 2 émetteur 24 et'de la région d'anode 21 afin d'autoriser le contact avec les diverses régions et plaques de champ Ainsi, une électrode de cathode 40 et une électrode d'anode 41, en aluminium, sont respectivement appliquées à la région d'émetteur 24 et-à la région d'anode 21, comme cela est représenté D'autres ouvertures, qui sont formées dans la couche d'oxyde 35, permettent la connexion de la cathode 40 à la plaque de champ 31 et de l'anode 41 à la plaque de champ 32 L'électrode de cathode 40 et l'électrode d'anode 41 sont toutes deux relativement
minces et peuvent avoir par exemple une épaisseur d'environ 4 microns.
La région 23 a est de préférence connectée de manière résistive à la cathode 40 Ainsi, la région 23 a peut n'être connectée
à la cathode 40 qu'en des points distincts de leurs périphéries.
Le thyristor latéral de la figure 1 est rendu conduc-
teur par injection de porteurs allant de la région dcémetteur 24 à la région de gâchette 30 On peut obtenir une injection appropriée en appliquant un rayonnement à la surface supérieure du dispositif, ce qui produit des porteurs (trous) dans le corps 20 Ces trous dérivent jusqu'à la région 23 et sont recueillis par la jonction deémetteur entre les régions 23 et 24 de façon à faire fonction de
commande de base rendant le dispositif conducteur Une source appro-
priée de rayonnement peut être constituée par la diode électrolumi-
nescente 45 représentée schématiquement, qui est disposée de façon
à éclairer la surface du dispositif.
il s'est révélé qu'un dispositif utilisant la structure
de la figure 1 pouvait bloquer une tension de 400 à 500 volts.
Pendant la conduction dans le sens passant, la chute de tension de sens passant est d'environ 1,15 volt pour un courant de sens passant d'une intensité de 1,5 ampère. On peut mettre en oeuvre le dispositif de thyristor
latéral de la figure 1 sous'diverses géométries voulues quelconques.
Une disposition géométrique particulièrement efficace est celle décrite ci-après sur les figures 2 à 9, ces figures montrant une disposition dans laquelle plusieurs dispositifs semblables à celui
de la figure 1 sont connectés en parallèle.
On se reporte maintenant aux figures 2 et 3, qui montrent une vue en plan d'une puce unique contenant un dispositif à thyristor unique et les composants de son circuit de commande La puce des figures 2 et 3 est l'une d'un grand nombre de puces montées sur une pastille commune et séparéesaprès achèvement du traitement commun La puce est présentée sur la figure 2 après métallisation
des électrodes de cathode et d'anode Les tracés de jonction appa-
raissant à la surface de la puce sont montrés sur la figure 3 Comme cela sera décrit en détail, plusieurs éléments de thyristor distincts sont connectés en parallèle, au moyen de tracés de jonction nouveaux pour les régions d'anode, de base et d'émetteur (figures 3 et 4) qui s'étendent suivant un trajet ci-après appelé trajet en serpentin, ou trajet interdigité, de sorte qu'elles ont la plus grande longueur possible pour donner au dispositif une forte capacité de passage de courant. -Dans le mode de réalisation des figures 2 et 3, la puce peut avoir une largeur de 208 microns et une longueur de 287 microns et elle présente un taux-de transport de courant de 1,5 ampère dans le sens passant pour une chute de tension de 1,15 volt dans le sens passant La capacité de blocage dissymétrique de tension par le dispositif est d'environ 500 volts crête Ainsi, la puce de thyristor selon l'invention peut être utilisée avec une puce de thyristor identique connectée de manière antiparallèle et être employée dans un relais à semiconducteurs permettant de commander un circuit de courant alternatif qui a une tension efficace pouvant
aller jusqu'à 280 volts.
Le tracé de métallisation fondamental de la figure 2
utilise la cathode 50 et l'anode 51 suivant la configuration indi-
quée Un circuit de commande, non représenté sur la figure 2, est disposé à l'intérieur du corps de la puce Le circuit est présenté sur la figure 9 Les sections métallisées 60 et 61 de la figure 3 sont les électrodes de deux condensateurs respectivement présentés sur' la figure 9 Le condensateur 60 sera décrit ultérieurement en
liaison avec la figure 7.
Les condensateurs comportant les électrodes 60 et 61 sont connectés en parallèle de la manière indiquée sur la figure 9 et sont respectivement connectés entre les anodes des thyristors 64 a, 64 b, 64 c et 64 d et les grilles des transistors à effet de champ MOS de commande 76, 77, 78 et 79 Les thyristors 64 a, 64 b, 64 c et 64 d sont en parallèle et ont des cathodes et des anodes en commun,
représentées par la cathode 50 et l'anode 51 sur les figures 2 et 6.
Une résistance 70 de 100 k A est également intégrée
à la puce de la figure 3, cette résistance 70 étant formée de sili-
cium polycristallin et étant électriquement connectée entre les cathodes et les gâchettes de chacun des thyristors 64 a, 64 b, 64 c et 64 d La structure détaillée de la résistance 70 sera décrite
ultérieurement en relation avec la figure 8.
Une diode Zener 71 est en outre intégrée dans la puce de la figure 3, cette diode 71 étant, comme le montre la figure 9, connectée en série avec les condensateurs 60 et 61 entre les bornes d'anode 51 et de cathode 50 des thyristors Sur la figure 9, il apparaît également une capacité propre répartie 75 en parallèle
avec la diode Zener 71.
La diode Zener 71 peut être formée dans la région P inactive 82 et peut être constituée de la région N+ 71 a représentée sur la figure 3 Une borne 71 b de la diode Zener peut être formée directement au sommet de la région N+ 71 a, et l'autre borne peut être formée par un contact métallique 71 c qui est connecté
à l'électrode de cathode.
Plusieurs transistors à effet de champ MOS de commande 76, 77, 78 et 79, qui sont présentés sur la figure 9 et qui seront décrits ci-après en relation avec les figures 3 et 4, sont également incorporés dans la puce et fonctionnent respectivement avec les thyristors 64 a, 64 b, 64 c et 64 d Chaque transistor à effet de champ MOS de commande est disposé au voisinage immédiat de son élément de thyristor principal respectif, si bien que les retards de fonction-
nement sont limités et que la symétrie du circuit est assurée.
Le circuit de la figure 9 est mis en oeuvre d'une manière nouvelle, comme cela sera décrit en relation avec les figures 2 à 8 On note que, alors que le mode de réalisation présentement décrit utilise quatre éléments de thyristor en parallèle 64 a, 64 b,
64 c et 64 d, il pourrait être employé tout nombre voulu d'éléments.
Comme le montrent les figures 3 à 6, le dispositif intégré total est formé dans un substrat N() 80 de résistance relativement élevée, qui peut posséder une résistivité d'environ
20 ohm centimètres.
Un certain nombre de régions de type P distinctes sont formées dans le substrat 80 par tout procédé voulu La première de celles-ci est la région d'anode de type P+ 81 qui correspond à la région d'anode 21 de la figure 1 Comme le montrent les figures 3 et 4, la région d'anode 81 possède une section formant un corps
principal, duquel partent trois doigts parallèles 81 a, 81 b et 81 c.
Les doigts 81 a et 81 b sont présentés de manière plus détaillée sur les figures 4 et 6 Un encadrement rectangulaire de région d'anode comportantles branches 81 d, 81 e et 81 f entoure la périphérie de la
puce, comme le montre la-figure 3 Les branches 81 d et 81 e apparais-
sent sur la figure 5 -
La deuxième région de type P présentée sur les figures 3 à 8 est la région auxiliaire de type P "inactive" 82 La région inactive 82 possède des sections en boucles 82 a, 82 b, 82 c et
82 d (figure 3) qui entourent les bases de quatre thyristors respec-
tifs, comme cela sera décrit ultérieurement, et jouent le rôle de V'anneau auxiliaire 23 a de la figure 1 La section en boucle 82 b
est présentée sur la figure 6.
Quatre régions de base de type P allongées uni-
formément réparties 83 a, 83 b, 83 c et 83 d (figures 3, 4 et 6) sont également formées dans la région 80 Ces régions de base correspondent
2 ' 538170
à la région de base 23 de la figure 1 La région de base 83 b est présentéede manière agrandie et détaillée sur la figure 4 On note que les régions de base 83 a, 83 b, 83 c et 83 d sont, respectivement, presque complètement entourées par les boucles 82 a, 82 b, 82 c et 82 d formant des anneaux auxiliaires. 1 %, Il est formé une autre région de type P, qui constitue
un anneau de garde flottant 84, représenté sur les figures 3 à 6.
L'anneau de garde 84 suit un trajet sinueux et divise par moitié la région N() 80 qui atteint la surface du dispositif sur les figures
3 et 4.
Chacune des bases 83 a, 83 b, 83 c et 83 d des thyristors reçoit respectivement deux régions d'émetteur N+ parallèles 85 a-85 b,
86 a-86 b, 87 a-87 b et 88 a-88 b (figures 3, 4 et 6) Les régions d'émet-
teur 86 a et 86 b sont représentées de manière détaillée et agrandie
sur la figure 4.
De ce qui précède, on comprendra que le tracé de jonction de la figure 3 constitue le fondement des quatre éléments de thyristor 64 a, 64 b, 64 c et 64 d de la figure 9 et rend possible
la connexion en parallèle des dispositifs.
L'élément de thyristor définissant le thyristor 64 b
est représenté sur les figures 4 et 6 et va maintenant être décrit.
La base du thyristor est constituée de la région P active 83 b con-
tenant les régions d'émetteur parallèles 86 a et 86 b La région d'anode du thyristor est constituée par les doigts 81 a et 81 b de la région
d'anode qui entourent symétriquement la base 83 b La base est éga-
lement presque complètement entourée par la région de boucle auxi-
liaire 82 b possédant l'avantage précédemment indiqué d'augmenter le rendement du recueil des porteurs Le tracé de jonction-selon l'invention rend également possible la connexion en parallèle des
divers thyristors sur la puce.
En ce qui concerne la formation du tracé de jonction représenté, l'écartement latéral entre les-bords en'regard des
régions de base 83 a, 83 b, 83 c et 83 d et les doigts d'anode respec-
tivement adjacents 81 a, 81 b et 81 c (et les branches d'anode exté-
rieures 81 d et 81 e) est d'environ 105 microns La profondeur de chacune des régions de type P est d'environ 4 microns Chacune des régions de base 83 a, 83 b, * 83 c et 83 d possède une longueur d'environ
1,2 mm et une largeur d'environ 75 microns.
Pendant la formation des diverses régions P on forme de préférence, autour de la périphérie de la puce, un autre anneau de garde de type P 90 (figures 2 et 5) L'anneau 90 est séparé de
la périphérie extérieure de l'anode P+ 81 e d'environ 38 microns.
De plus, pendant la formation des diverses jonctions, et comme le montrent les figures 3 et 4, des régions de source N(+) et de drain 91 a- 91 b, 92 a-92 b, 93 a-93 b et 94 a-94 b sont respectivement formées sur les transistors à effet de champ MOS de commande 76, 77, 78 et 79 (figure 9) Elles sont formées dans la région de type P inactive agrandie 82 Comme le montre la figure 4 pour le cas du transistor à effet de champ de commande 77, une couche d'oxyde de
grille approprié d'une épaisseur d'environ 0,1 micron et une élec-
trode de grille en silicium polycristallin (non représentée) sont
disposées au-dessus de l'intervalle séparant les régions 92 a et 92 b.
Une couche d'oxyde extrêmement mince peut être utilisée pour les transistors à effet de champ MOS de commande puisque la grille se trouve au potentiel du noeud existant entre les condensateurs 60 et 61 et le condensateur 75 Ainsi, la différence de potentiel entre les grilles des transistors à effet de champ MOS de commande et la cathode des thyristors principaux est très basse Par conséquent, les transistors 76 à 79 peuvent être des transistors à gain très élevé. -La région de source 92 a est connectée à la base
inactive, tandis que la région de drain 92 b est électriquement con-
nectée à la région de base 83 b du thyristor par l'intermédiaire d'une bande conductrice 95 (figures 4 et 6) La bande 95 est de préférence en métal Une disposition analogue est prévue pour chacun
des éléments de thyristor, une bande conductrice reliant respecti-
vement les bases 83 a, 83 b, 83 c et 83 d aux électrodes de source 91 b,
92 b, 93 b et 94 b des transistors à effet de champ MOS de commande.
Les bandes conductrices sont ensuite toutes connectées ensemble par
une bande de connexion en silicium polycristallin, indiquée schéma-
tiquement en partie sur la figure 4 par la ligne 95 a en trait interrompu. Les condensateurs 60 et 61 peuvent également être réalisés dans la région P inactive 82, comme on peut le voir sur la figure 7 pour le condensateur 60 Ainsi, le condensateur 60 est formé par dép 6 t d'une couche métallique au-dessus d'une aire de la base de type P 82, qui est isolée vis-à-vis de la puce par le fait quun anneau rectangulaire 96 possédant des coins convenablement arrondis et fait de la matière N() 80 atteint la surface de la puce On note que la couche métallique 60 s'étend au-dessus de la
couche d'oxyde thermique 97 pour former une plaque de champ.
La résistance 70 est également réalisée dans la région de type P inactive 82, comme on peut le voir sur la figure 8 Ainsi, sur la figure 8, une bande 70 a en silicium polycristallin est déposée au-dessus de la couche d'oxyde 97 et est elle-même revêtue d 9 une
couche de dioxyde de silicium 98 formée par dépôt Ainsi, la résis-
tance 70 est formée d'une couche résistive qui est complètement
isolée vis-à-vis du corps de la puce par la couche deisolation 97.
La résistance est donc une résistance idéale qui est exempte d 9 inter-
action parasite avec les autres constituants du circuit Des ouver-
tures sont ensuite formées dans la couche 98, et des connexions 99 et 100 de bornes sont établies avec la résistance Ces bornes sont connectées de manière appropriée à la cathode du thyristor et aux électrodes de source des transistors à effet de champ MOS de commande
76 à 79.
La surface supérieure de la puce représentée sur les figures 5 et 6 subit un traitement supplémentaire conduisant à la métallisation voulue Avant la métallisation, il existe à sa place une couche d'oxyde thermique approprié 110, ou bien celle-ci est appliquée à la surface du dispositif sur une épaisseur d'environ 1 micron Après les opérations classiques de masquage et d'incision,
les métaux sont appliqués dans la séquence voulue La surface supé-
rieure est ensuite revêtue à liaide d'un revêtement d'oxyde déposé 111
qui peut avoir toute épaisseur voulue.
Les plaques de champ 112 et 113 en silicium polycris-
tallin sont déposées sur la couche d'oxyde thermique 110 On note que toutes les bandes ou couches en silicium polycristallin peuvent
être déposées suivant toute séquence voulue.
La plaque de champ 112 est une plaque sinueuse allongée qui est disposée au-dessus du trajet de la jonction entre la région d'anode P(+) 81 et la région N() 80 et qui le suit La plaque de champ 113 est, de même, une plaque sinueuse allongée qui suit un trajet parallèle à celui de la plaque 112 et s'étend au- dessus de la jonction entre la région auxiliaire 82 et la région
N() disposée à l'extérieur.
Au moment du dépôt des plaques de champ 112 et 113, un anneau équipotentiel extérieur 115 (figure 15) peut également être disposé autour de la périphérie extérieure de la puce L'anneau
est connecté au substrat 80 de la manière habituelle.
Chacune des plaques de champ 112 et 113 et l'anneau 115 peuvent avoir unelargeur d'environ 20 microns La région 84 de l'anneau de garde peut avoir une largeur d'environ 8 microns et être disposée centralement entre les bords en regard des plaques 112 et 113, dont les bords sont écartés d'environ 44 microns De même, la région de type P 90 (figure 5) est disposée centralement entre les plaques 112 et 115, dont les bords sont écartés mutuellement de
44 microns.
On forme ensuite l'électrode d'anode 51, comme indiqué, et celle-ci est en contact avec la région d'anode de type P 81, comme le montrent les figures 2 et 6 On forme également l'électrode
de cathode 50 de la manière représentée sur les figures 2, 5 et 6.
Le thyristor latéral des figures 2 à 9 est rendu conducteur par un rayonnement émanant d'une diode électroluminescente (figures 6 et 9) qui est placée de façon A éclairer la surface exposée de la puce Puisque la puce est extrêmement sensible, il n'existe pas de caractéristique cruciale au sujet de la dimension,
du débit et de la position de la diode électroluminescente 45.
Les tracés apparaissant sur les figures 2 à 8 forment le circuit électrique présenté sur la figure 9 et définissent une
moitié du relais à semiconducteurs qui sera ultérieurement décrit.
Le passage du thyristor à l'état conducteur est protégé contre un allumage par des signaux transitoires lorsque aucune lumière n'est présente La division de&tension obtenue entre les condensateurs -61 et 75 définit la fenêtre de tension sur laquelle le passage à l'état conducteur est possible En substance, le diviseur de tension capacitif autorise une très faible tension de grille pour les transistors de commande et un très petit courant de fuite de
jonction Les condensateurs assurent également une protection vis-
à-vis de la lumière ou du rayonnement d'entrée. Le thyristor latéral selon l'invention que présentent
les figures 2 à 8 peut être réalisé par tout procédé voulu Le dis-
positif offre une aire de transport'de courant effectif maximale entre la région d'anode 81 et la région de base 83 pour une aire de puce donnée La configuration du tracé est également conçue pour réduire la chute de tension en sens passant dans la plus grande mesure possible tout en maintenant une haute sensibilité à la lumière, si bien que le choix de la diode électroluminescente 45 n'est pas crucial.
Une particularité importante de la géométrie du dis-
positif selon l'invention est constituée par les régions auxiliaires de type P 82 a, 82 b, 82 c et 82 c qui font respectivement une boucle autour des régions de base 83 a, 83 b, 83 c et 83 d Cette géométrie rend possible de connecter ensemble toutes les cathodes N+ Ainsi, les régions 82 a, 82 b, 82 c et 82 d et la région principale 82 sont des régions à potentiel constant dans lesquelles toutes les bases des thyristors sont enfouies Par étalement dans la région 82 au niveau des extrémités des bases, une grande aire se trouve disponible à
la métallisation pour la connexion des régions en parallèle.
De préférence, une connexion résistive est formée entre la cathode 50 et les boucles 82 a, 82 b, 82 c et 82 d, par exemple au moyen-de connexions du type à points séparés, comme cela est schématiquement représenté par les points de connexion 120 de la
* figure 4, s'étendant suivant la longueur de la boucle de type P 82 b.
La connexion peut également être établie par une courte bande de
contact 121, représentée sur la figure 4 Grâce à la connexion résis-
tive établie entre les boucles auxiliaires et l'électrode de cathode , comme le montrent les figures 4 et 6, les porteurs qui sont injectés depuis les régions d'anode 81 a et 81 b pendant le passage du dispositif à l'état conducteur tendent à se déplacer jusqu'aux régions d'émetteur 86 a et 86 b au lieu d'être recueillis par les 18- régions auxiliaires 82 a, 82 b, 82 c et 82 d Ceci augmente l'efficacité de recueil des porteurs par l'émetteur et diminue sensiblement la chute de tension du dispositif dans le sens passant Par exemple, du fait de l'établissement de la connexion résistive entre les régions en boucle auxiliaires et la cathode 50, la chute de tension en sens passant pour un courant en sens passant de 1,5 ampère est ramenée d'environ 1,45 volt à environ 1,15 volt Ceci conduit à une réduction notable de la dissipation énergétique pendant la conduction
dans le sens passant.
Pendant le traitement du dispositif des figures 3 à 6,
la région d'anode 81 et tous ses segments sont de préférence forte-
ment dopés, par comparaison avec le dopage des régions de type P 82, 83 et 84 Par exemple, la région d'anode peut être dopée au point o elle acquiert une résistivité de 50 ohms par carré, par comparaison avec les 1600 ohms par carré des régions 82, 83 et 84 Ceci impose un gain élevé et, par conséquent, une vive sensibilité à la lumière pour le transistor latéral inhérent constitué des régions 81, 80 et 83 En outre, en dopant plus fortement la région d 2 anode, on réduit
la chute de tension en sens passant du dispositif.
Une autre particularité importante de l'invention réside dans l'ajustement du dopage des régions d'émetteur, par exemple
les régions 86 et 86 b des figures 3 et 6, de sorte que la concentra-
tion en type N à la surface du dispositif se trouve à une valeur
maximale de 1 x 1020 à 6 x 1020 ions de phosphore par centimètre cube.
Ceci peut être réalisé par diffusion de phosphore'au travers dîune mince couche d'oxyde pendant la formation des régions 86 ou par
ajustement des débits des divers gaz pendant le processus de diffu-
sion En réduisant la concentration en type N à la surface des régions 86, on améliore le rendement d'injection du dispositif, ce qui a en outre pour effet de réduire la chute de tension en sens passant et d'augmenter sensiblement la sensibilité du dispositif au
passage à l'état conducteur par l'action des photons de la source 45.
On se reporte ensuite à la figure 10, qui représente un schéma de montage du relais de courant alternatif complet de l'invention Le relais de la figure 10 utilise deux thyristors 210
et 211 identiques qui sont connectés de manière mutuellement anti-
2 538170
parallèle, respectivement entre les bornes de puissance, ou d'ali-
mèntation en courant alternatif du secteur Les thyristors 210 et 211 schématiquement représentés sont chacun du type décrit en relation avec les figures 1 à 9 et sont dotés de circuits de gâchette schématiquement représentés par les gâchettes 216 et 217 respectives. La puce de thyristor 210 possède, à sa surface supérieure, un plot d'électrode d 9 anode 220 et un plot d'électrode de cathode 221, tandis que la puce 211 possède un plot d'anode 222 identique et un
plot de cathode 223 identique (figure 11).
Les thyristors 210 et 211 sont électriquement connectés ensemble de sorte que l'anode 220 de l'un est connectée à la cathode 223 de l'autre et que l'anode 222 de l'autre est connectée à la cathode 221 de l'un Ainsi, les dispositifs sont connectés de manière
antiparallèle, comme le montre la figure 10.
Une unique diode électroluminescente 225, qui peut être un dispositif à l'arséniure de gallium et d'aluminium du type du commerce, possédant des bornes 226 et 227 indiquées sur la figure 10, est placée d 9 une manière qui sera décrite ci-après de façon à éclairer les surfaces photosensibles des puces 210 et 211 pour autoriser le passage en conduction des puces si les autres
conditions des circuits sont appropriées Une bonne isolation élec-
trique est assurée entre le circuit d'entrée connecté aux bornes 226
et 227 et le circuit d'alimentation en courant alternatif connecté -
aux bornes 212 et 213.
Des circuits de commande identiques à ceux précédem-
ment décrits servent à commander respectivement le passage en conduction des thyristors 210 et 211 et comportent respectivement des transistors à effet de champ MOS 230 et 231, des diodes Zener 232 et 233, des résistances 234 et 235 et des condensateurs 236 et 237 Les condensateurs 236 et 237, comme les condensateurs 60 et 61
de la figure 9, sont utilisés respectivement comme premiers consti-
tuants de diviseurs capacitifs Les deuxièmes constituants des
diviseurs sont formés par les capacités réparties 238 et 239 res-
pectives des dispositifs 230 et 231.
Les éléments de circuit 230 à 239 pourraient être mis en oeuvre sous forme de composants discrets De préférence, ces éléments de circuit sont toutefois mis en oeuvre sous forme intégrée aux puces semiconductrices définissant les thyristors 210
et 211, comme décrit en relation avec les figures 1 à 9.
Les transistors 230 et 231 sont connectés aux gâchettes respectives 216 et 217 des thyristors 210 et 211 Aussi longtemps que les transistors 230 et-231-conduisent, ltapplication de lumière
aux surfaces des dispositifs 210 et 211 par la diode électrolumines-
cente 225 ne peut rendre conducteur le dispositif Les transistors 230 et 231 passent à l'état conducteur lorsque leurs grilles 240 et 241 respectives sont chargées de manière appropriée à une tension
de seuil convenable Vth Ainsi, lorsque les noeuds 242 et 243 attei-
gnent respectivement les tensions de seuil de commutation à l'état conducteur des transistors 230 et 231, si une tension drain-source convenable est fournie, les dispositifs conduisent et bloquent les
gâchettes 216 et 217 respectives des thyristors 210 et 211.
La tension, appelée V 0, présente sur chacun des noeuds 242 et 243, est la suivante v O = ccp/ (Gcp) o Vce est la tension aux bornes 212 et 213, C est la capacité des condensateurs répartis 238 et 239 p. respectifs, et C 1 est la capacité des condensateurs 236 et 237 respectifs. Sur la base de ce qui précède, on voit que la tension V 0 présente sur le noeud 242 ou 243 sera supérieure à la tension de seuil des transistors 230 et 231 lorsque la tension alternative instantanée existant entre les bornes 212 et 213 sera plus positive
ou plus négative qu'une certaine valeur de "fenêtre" Par consé-
quent,-les transistors 230 et 231 bloquent les thyristors 210 et 211 lorsque cette tension de fenêtre est dépassée Ce montage autorise ensuite un circuit de détection de zéro sans qu'il soit besoin
d'une résistance placée entre les bornes principales du dispositif.
Le circuit diviseur capacitif selon 12 invention est également utile pour supprimer l'allumage des dispositifs 210 et 211 qui est dû à des impulsions montantes rapides, comme par exemple
des signaux transitoires de bruit ou des signaux à d V/dt élevé.
Ces impulsions transitoires aiguës appliquent entre les capacités parasites 238 et 239 une tension suffisamment haute pour que les transistors 230 et 231 respectifs passent à l'état conducteur et bloquent leurs thyristors respectifs Ainsi, le thyristor ne sera pas allumé en réponse à des impulsions transitoires à flancs montants
rapides.
Pour les impulsions à flancs montants relativement
lents, par exemple celles produites par des charges hautement induc-
tives connectées aux bornes 212 et 213 du relais, les impulsions ne seront pas suffisamment rapides pour rendre conducteurs les transistors de commande et, de manière non voulue, bloquer les thyristors 210 et 211, ce qui évitera que le relais associé à des charges fortement inductives ne prenne un fonctionnement sur une alternance ou ne vibre On notera que ce résultat peut être obtenu
sans qu'il soit besoin de réduire la sensibilité optique du dispo-
sitif On peut donc concevoir les thyristors 210 et 211 de façon
qu'ils aient une sensibilité optique optimale vis-à-vis de l'allu-
mage n'entra nant pas un fonctionnement erroné sous l'action de
signaux transitoires à flancs montants relativement lents.
Un autre avantage du circuit de la figure 10 réside dans la conception des résistances 234 et 235 Ainsi, le coefficient
de température de la résistance est équilibré vis-à-vis de la sensi-
bilité de son thyristor respectif Ainsi, si la résistance possède un coefficient de température négatif, comme il est habituel, il est alors possible que la résistance bloque son redresseur commandé respectif lorsqu'elle est chaude Toutefois, il est possible d'éviter cette action de blocage par l'équilibrage du coefficient
de température des résistances 234 et 235.
On décrit ensuite, en relation avec les figures 11 à 14, une structure permettant de loger les puces 210 et 211 et la diode électroluminescente 225 de la figure 10 On se reporte d'abord aux figures 11 et 12, qui montrent un substrat de support 260 en céramique, qui peut être fait d'alumine, mais qui peut être aussi
en toute matière électriquement isolante et thermiquement conduc-
trice voulue A titre d'exemple, la plaquette dtalumine 260 peut avoir une épaisseur de 0,635 mm, une longueur d'environ 23 mm et une largeur d'environ 6,35 mm Plusieurs tracés conducteurs sont formés sur une surface du substrat 260, qui comprennent les tracés 261 à 267 Chacun de ces tracés peut être formé par placage d'or sur le substrat, le placage d'or ayant une épaisseur supérieure à environ 3,81 microns Les puces de thyristor 210 et 211 sont ensuite respectivement soudées, ou montées d'une autre manière appropriée, sur les plots conducteurs 265 et 264, de façon à être en bon contact thermique avec le corps d'alumine 260 Chacune des puces 210 et 211 peut avoir une taille d'environ 2; 8 x 2,95 mm dans le cas d'un dispositif de taille typique La puce de diode électroluminescente
225 est montée sur une extrémité du tracé conducteur 262.
Les puces 210 et 211 sont montées de façon que leurs fils d'anode et de cathode soient généralement alignés entre eux et avec une extrémité des tracés conducteurs 266 et 267 Par conséquent,
un fil 270 unique est commodément utilisé pour connecter électri-
quement les plots conducteurs 223, du thyristor 211, et 220, du thyristor 210, et les extrémités du tracé conducteur 267 Ceci peut être réalisé au cours d'un processus de liaison par points de nature
relativement simple, se prêtant aux techniques automatisées rapides.
Ainsi, on abaisse simplement une tête de soudage sur le fil 270 pour lier électriquement le fil aux trois points séparés correspondant
aux emplacements des plots 223 et 220 et de l'extrémité du conduc-
teur 267 De la même manière, on lie par points un deuxième fil parallèle 271 aux plots conducteurs 222 et 221 et à l'extrémité du tracé conducteur 266 La liaison par points du conducteur 271 est indiquée sur les figures 11 et 12 Chacun des fils conducteurs 270
et 271 peut être un fil d'aluminium d'un diamètre d'environ 0,152 mm.
En résultat de ce qui précède, les bornes d'alimen-
tation, ou de puissance, 212 et 213 sont connectées aux dispositifs à thyristor 210 et 211 de la figure Il de la manière présentée sur
la figure 10, les thyristors étant-disposés de manière antiparal-
ièle l'un par rapport à ltautre On note que, puisque les puces 210 et 211 contiennent également leurs propres circuits de commande, ces circuits de commande sont eux aussi connectés lors de cette
unique opération de liaison par points.
La diode électroluminescente 225 est représentée au-
dessus d'une extrémité du tracé conducteur 262 qui est connecté au fil 226 L'autre électrode de la diode électroluminescente 225 est électriquement connectée à une extrémité du tracé conducteur 261 par le fil 280 Le fil 280, qui peut Atre un fil de prolongement de la
diode électroluminescente 225, est lié à l'extrémité du tracé conduc-
teur 261 de toute manière voulue appropriée.
Le tracé conducteur 261 est ensuite électriquement connecté au tracé conducteur 263 séparé, soit par connexion directe en court-circuit du fil 281, soit par une résistance 282 Le choix du fil de court-circuit 281 ou de la résistance 282 dépend de-la puissance électrique disponible au niveau des bornes 226 et 227 et des caractéristiques de la diode électroluminescente 225 Les fils
280 et 281 peuvent être des fils d'or de diamètre d 9 environ 0,0254 mm.
On note que les fils 212, 213, 226 et 227 font saillie de la péri-
phérie du substrat 260, ce qui définit un boitier à broches double-
ligne.
Un couvercle, ou capuchon, optique 291 est ensuite placé sur la diode électroluminescente 225 et les thyristors 210 et 211 de façon à entourer l'aire indiquée par les lignes 290 en trait mixte de la figure 11 Le capuchon apparaît sur les figures 13 et 14 sous la référence 291, et il peut être constitué de toute matière plastique réfléchissante voulue pouvant supporter les températures produites pendant la marche du dispositif Une matière plastique colorée en blanc a été utilisée La matière plastique choisie peut être le disulfone La matière plastique est de préférence blanche, si bien que la lumière se réfléchit sur sa surface intérieure Le
capuchon peut également être constitué d'uvesilicone appropriée, par-
exemple RTV, à laquelleet mélangée une poudre d'oxyde de titane La poudre d'oxyde de titane se présente uniquement en dispersion à l'intérieur de la silicone Le mélange peut être durci au four à environ 115 'C pendant environ 15 min. Le capuchon 291 possède un c 6 té incliné 292 au-dessus de l'emplacement de la diode électroluminescente 225, ce bord incliné tendant à réfléchir la lumière en direction de la région des puces 210
et 211, comme on peut le voir sur la figure 13.
Le capuchon 291 peut être collé en position, comme le montre la figure 13, ou bien, si cela est souhaitable, il peut être destiné à être placé audessus du substrat et à s'emboiter sur le bord du substrat On charge ensuite une silicone transparente à l'intérieur du capuchon 292 via les trous de remplissage 293 et 294 des figures 13 et 14 pour complètement encapsuler la totalité des puces 225, 210 et 211 et leurs fils de connexion tout en permettant à la lumière émise par la diode électroluminescente 2-25 d'atteindre
les surfaces photosensibles des puces de thyristor 210 et 211.
Une fois le capuchon 291 fixé en position et rempli de silicone, on peut monter le substrat 260 tout entier et le capuchon 291 à l'intérieur dtun cadre de montage qui fournit les fils 212, 213,
226 et 227 On peut ensuite loger complètement le dispositif à l'inté-
rieur d'un boîtier moulé qui, par exemple, pourrait être forme par un processus de moulage par transfert ou un moyen analogue Les fils 212, 213, 226 et 227 font saillie du boîtier et définissent un boîtier
à broches double-ligne de taille et de volume relativement petits.
Toutefois, le dispositif est en mesure de traiter un courant continu
nominal de 1,5 ampère ou plus à des tensions alternatives de 240 volts.
Bien entendu, l'homme de L'art sera en mesure d'ima-
giner, à partir des dispositifs dont la description vient d'être
donnée à titre simplement illustratif et nullement limitatif, diverses
variantes ne sortant pas du cadre de l'invention.
L'appréciation de certaines des valeurs numériques données ci-dessus doit tenir compte du fait qu'elles proviennent de
la conversion d'unités anglo-saxonnes en unités métriques.

Claims (24)

R E V E N D I C A T I 0 N S
1 Relais de courant alternatif à semiconducteurs comprenant un premier et un deuxième thyristor ( 210, 211) possédant chacun des électrodes d'anode ( 220,222) et de cathode ( 221, 223) respectives et un circuit de gâchette respectif ( 216, 217); caracté- risé en ce que chacun desdits thyristors est formé dans une première et une deuxième puce semiconductrices respectives séparées et est du type à conductivité latérale, o lesdites électrodes d'anode et de cathode de chacun desdits thyristors sont respectivement sur la même première surface de leurs dites première et deuxième puces; ladite
première surface desdites première et deuxième puces étant opti-
quement sensible, de sorte que lesdites première et deuxième puces peuvent être commutées à l'état électriquement conducteur sous l'action de l'éclairement de ladite première surface; ledit relais à semiconducteurs comprenant en outre une diode électroluminescente ( 225) destinée à éclairer lesdites premières-surfaces lorsqu'elle est excitée; une paire de bornes de courant alternatif ( 212, 213); lesdites électrodes d'anode et de cathode desdits premier et deuxième thyristors étant connectées à ladite paire de bornes de courant alternatif et, entre elles, de manière antiparallèle; une paire de bornes de commande ( 226, 227) isolées desdites bornes de courant alternatif et connectés à ladite diode électroluminescente; et un premier et un deuxième circuit de commande ( 230, 231) respectivement connectés auxdits circuits de gâchette desdits premier et deuxième thyristors afin de bloquer respectivement lesdits premier et deuxième circuits de gâchette en empêchant l'allumage desdits premier et deuxième thyristors lorsque la tension présente sur ladite paire de bornes de courant alternatif dépasse une valeur donnée et afin de bloquer lesdits premier et deuxième circuits de gâchette en réponse à des impulsions transitoires ayant un paramètre d V/dt supérieur à
une valeur donnée.
2 Relais selon la revendication 1, o lesdits premier et deuxième circuits de commande comportent respectivement un premier et un deuxième transistors de commande ( 230, 231), comportant chacun un circuit de sortie et un circuit de commande de transistor servant
à commuter son circuit de commande respectif entre un état conduc-
teur et un état non conducteur; caractérisé en outre en ce qu'il contient un premier et un deuxième diviseur capacitifs ( 236, 238 et 237, 239); lesdits premier et deuxième circuits de sortie des transistors étant connectés entre ledit circuit de gâchette et ledit circuit d'anode de l'un respectif desdits premier et deuxième thyristors, si bien que, lorsque ledit premier ou ledit deuxième circuit de sortie est conducteur, l'un respectif desdits premier et deuxième thyristors ne peut être allumé en réponse à l'éclairement de sa dite première surface; lesdits premier et deuxième diviseurs capacitifs étant connectés sur ladite paire de bornes de courant alternatif et comportant des noeuds respectifs entre les condensateurs
connectés audit circuit de commande du transistor de commande res-
pectif, si bien que la tension présente sur lesdits noeuds rend conducteur son transistor respectif aussi longtemps que la tension existant entre lesdites bornes de courant alternatif dépasse une valeur donnée, ce qui empêche la conduction du thyristor respectif lorsque la tension de courant alternatif dépasse une tension de fenêtre donnée, et si bien que des impulsions transitoires à flancs montants rapides rendent conducteurs lesdits transistors pendant leur durée, ce qui empêche que lesdits thyristors ne soient rendus conducteurs par les impulsions transitoires ayant un paramètre d V/dt élevé.
3 Relais selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits premier et deuxième circuits de commande comportent respectivement une première et une deuxième diode Zener connectées respectivement entre lesdits noeuds desdits premier et deuxième diviseurs capacitifs et les électrodes d'anode desdits premier et
deuxième thyristors.
4 Relais selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en outre en ce qu'il comporte une première et une deuxième résistance ( 234, 235) respectivement connectées entre lesdits circuits de gâchette desdits premier et deuxième thyristors et les électrodes
d'anode desdits premier et deuxième thyristors.
Relais selon la revendication 2 ou 3, caractérisé
en ce que lesdits premier et deuxième transistors sont des -
transistors à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur, et en ce que lesdits circuits de commande des transistors comportent les circuits de grille desdits transistors. 6 Relais selon la revendication 5, caractérisé en outre en ce que ledit deuxième condensateur de chacun desdits premier et deuxième diviseurs capacitifs est respectivement la capacité
répartie desdits premier et deuxième transistors.
7 Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 6,
caractérisé en ce qutil comporte un substrat ( 260) de céramique électriquement isolant et thermiquement conducteur destiné au montage
desdites première et deuxième puceset de ladite diode électrolumines-
cente; lesdites première et deuxième puceset ladite diode électro-
luminescente étant fixées à la même surface dudit substrat et étant mutuellement séparées; lesdites surfaces optiquement sensibles desdites première et deuxième puces regardant vers l'extérieur dudit substrat; ladite diode électroluminescente étant dans une position qui lui permet d'éclairer lesdites première et deuxième puces grice
à la réflexion de sa lumière par des surfaces réfléchissantes.
8 Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en outre en ce que ladite première surface de chaque puce constitue une surface de réception de jonctions ( 20) d'un premier type de conductivité; une région d'anode ( 21) de l'autre type de conductivité et une région de base ( 23) dudit autre type de conductivité étant formées dans ladite surface et étant latéralement séparées l'une de l'autre; une région d'émetteur ( 24) dudit premier type de conductivité étant formée et entièrement contenue dans ladite région de base et s'étendant dans celle-ci depuis ladite surface; lesdites électrodes d'anode et de cathode étant connectées respectivement auxdites régions dganode et d'émetteur; ladite région d'anode étant plus fortement dopée que ladite région de base dans le but de réduire la chute de tension en sens passant et d'augmenter
la sensibilité à la lumière.
9 Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que ladite première surface de chaque puce cons-
titue une surface ( 20) de réception de jonctions d'un premier type
de conductivité; une région d O anode ( 21) de l'autre type de conduc-
tivité et une région de base ( 23) dudit autre type de conductivité étant chacune formées dans ladite surface et étant latéralement séparées l'une de l'autre; une région d'émetteur ( 24) dudit premier type de conductivité étant formée et totalement contenue dans ladite région de base et S 2 étendant dans celle-ci depuis ladite surface;
lesdites électrodes d'anode et de cathode étant respectivement con-
nectées auxdites régions d'anode et d'émetteur; ladite région d'émet-
teur étant dopée de manière relativement légère au niveau de ladite surface jusqu'au niveau qui serait obtenu par diffusion au travers d'une mince couche d'oxyde, afin d'augmenter la sensibilité avec
laquelle ledit thyristor latéral est rendu conducteur par le rayon-
nement émanant dudit moyen de rayonnement.
10 Relais selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un anneau de garde ( 84) dudit autre type de conductivité qui est formé dans ladite surface et est disposé, de manière latéralement séparée, entre lesdites régions d'anode et de base; ledit anneau de garde n'étant pas en contact avec lesdites
électrodes de cathode et d'anode et flottant électriquement vis-à-
vis desdites électrodes.
11 Relais selon l'une quelconque des revendications 1 à 7,
caractérisé en ce que la première surface de chaque puce constitue une surface ( 20) de réception de jonctions d'un premier type de conductivité; une région d'anode ( 21) de l'autre type de conductivité et une région de base ( 23) dudit autre type de conductivité étant chacune formées dans ladite surface et étant latéralement séparées l'une de l'autre; une région d'émetteur ( 24) dudit premier type de conductivité étant formée et entièrement contenue dans ladite région de base et s'étendant dans celle-ci depuis ladite surface;lesdites électrodes d'anode et de cathode étant respectivement connectées auxdites régions d'anode et d'émetteur; et une région auxiliaire ( 22) dudit autre type de conductivité étant formée dans ladite surface et étant latéralement séparée, en l'entourant, de ladite région de
base.
12 Relais selon l'une quelconque des revendications 8 à 11,
caractérisé en ce que ladite région de base possède une forme allongée se terminant au niveau de ladite surface; ladite région dlémetteur comprenant au moins une forme rectangulaire allongée contenue à l'intérieur de ladite région de base; ladite région deanode ayant un tracé en forme de doigts,les doigts enveloppant
ladite région de base.
13 Relais selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen de connexion résistive de ladite région
auxiliaire S ladite électrode de cathode.
14 Thyristor latéral à allumage optique, comprenant une puce de matière semiconductrice possédant une surface ( 20; 80) de réception de jonctions d'un premier type de conductivité; une région d'anode ( 21; 81) de l'autre type de conductivité et une région de base ( 83; 83) dudit autre type de conductivité qui sont chacune formées dans ladite surface et sont latéralement séparées l'une de l'autre; caractérisé en ce qu'une région d'émetteur ( 24; 86) dudit premier type de conductivité est formée et totalement contenue dans ladite région de base et s'étend dans celle-ci depuis ladite surface; des électrodes d'anode et de cathode ( 51, 50) étant respectivement connectées auxdites régions d'anode et d'émetteur et un moyen de rayonnement ( 45) servant à éclairer au moins une partie de ladite surface afin de rendre conducteur ledit thyristor; et une région auxiliaire ( 82) dudit autre type de conductivité étant formée dans ladite surface et étant latéralement séparée, en l'entourant, de
ladite région de base.
Thyristor selon la revendication 14, caractérisé en ce que ladite région d'anode est plus fortement dopée que ladite région de base, dans le but de réduire la chute de tension en sens
passant et d'augmenter la sensibilité à la lumière.
16 Thyristor selon les revendications 14 et 15, caractérisé
en ce que ladite région d'émetteur est dopée de manière relativement
légère au niveau de ladite surface et possède la concentration super-
ficielle qui serait obtenue par diffusion au travers dune mince
couche d'oxyde.
-
17 Thyristor selon l'une quelconque des revendications
14, 15 et 16, caractérisé en ce qu'un anneau de garde ( 84) dudit autre type de conductivité est formé dans ladite surface et est disposé entre lesdites régions d'anode et de base, latéralement espacé de celles-ci; ledit anneau de garde n'étant pas en contact
avec lesdites électrodes de cathode et d'anode et flottant électri-
quement vis à-vis desdites électrodes.
18 Thyristor selon la revendication 17, caractérisé en ce que ladite région d'émetteur, ladite région de base et ledit anneau de garde sont des régions relativement minces ayant des
parties de même étendue.
19 Thyristor selon l'une quelconque des revendications 14
à 18, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen ( 70) qui assure une connexion résistive de ladite région auxiliaire à ladite électrode
de cathode.
Thyristor à allumage optique comprenant un substrat semiconducteur d'un premier type de conductivité, caractérisé en ce que ledit substrat possède au moins une première et une deuxième région de base parallèles séparées ( 83 a à 83 d) de l'autre type de conductivité qui s'étendent dans la surface dudit substrat; des régions d'émetteur respectives ( 85 a à 88 b) dudit premier type de conuductivité qui s'étendent dans ladite surface d'au moins une première et une deuxième région de base parallèles et qui sont complètement contenues à l'intérieur de leurs dites régions de base respectives; des régions d'anode allongées respectives ( 81 a à 81 c) dudit autre type de conductivité qui s'étendent dans ledit substrat et sont disposées sur des côtés allongés opposés de chacune desdites
régions de base parallèles en étant latéralement séparées de celles-
ci et qui s'étendent sur au moins une même étendue que lesdites régions de base; un contact d'anode connecté auxdites régions d'anode; un contact de cathode connecté auxdites régions d'émetteur; et un moyen générateur de rayonnement ( 45) qui peut être excité pour produire des porteurs minoritaires dans ledit substrat afin de faire fonction de commande de base pour rendre conducteur ledit thyristor lorsque des tensions de polarisation appropriées sont
appliquées auxdits contacts d'anode et de cathode.
21 Thyristor selon la revendication 20, caractérisé en ce que lesdites régions d'anode sont constituées de doigts allongés
parallèles partant d'une aire agrandie dudit autre type de conducti-
vité qui s'étend dans ladite surface du substrat et qui est disposée au voisinage de l'une des extrémités desdites régions de base. 22 Thyristor selon la revendication 20 ou 21, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs régions auxiliaires ( 82 a à 82 d) dudit autre type de conductivité qui s'étendent dans ladite surface du substrat et entourent, en en étant latéralement séparées, les c 6 tés allongés et une extrémité de certaines respectives desdites régions de base et qui sont disposées entre leurs bases respectives
et lesdites régions d'anode allongées qui leur sont associées.
23 Thyristor selon la revendication 22, caractérisé en ce que lesdites régions auxiliaires partent d'une région agrandie dudit autre type de conductivité qui est disposée au voisinage d'une
extrémité desdites régions de base.
24 Thyristor selon la revendication 20, caractérisé en ce que lesdites régions d'anode allongées et lesdites régions de base sont séparées les unes des autres par une bande allongée continue en
forme de serpentin de ladite matière du premier type de conductivité.
Thyristor selon la revendication 24, caractérisé en ce
qu'il comporte un anneau de garde ( 84) dudit-autre type de conducti-
vité qui est disposé centralement vis-à-vis de ladite bande allongée en forme de serpentin, sur une même étendue que-celle-ci, et qui
s'étend dans ladite surface du substrat.
26 Thyristor selon la revendication 24 ou 25, caractérisé en ce qulil comporte une première et une deuxième plaque de champ
( 112, 113) qui sont séparées l'une de l'autre et sont disposées au-
dessus des bords opposés de ladite bande allongée en forme de serpentin,
sur une même étendue que celle-ci.
27 Thyristor selon l'une quelconque des revendications 20
à 26, caractérisé en ce qu'il comporte un transistor de commande respectif ( 76 à 79) pour chacune desdites première et deuxième régions de base; chacun desdits transistors de commande comprenant des régions de source et de drain séparées ( 91 a à 94 b) s'étendant dans ladite surface dudit substrat et étant latéralement séparées de leurs dites régions de base respectives; des moyens de contact, ( 95) portés par ledit substrat et connectant électriquement chacune desdites régions de base à ladite région de drain de leur transistor de commande respectif; lesdites régions de drain de chacun desdits transistors de commande étant connectées audit contact de cathode; des couches d'isolation de grille respectives s'étendant au-dessus dudit substrat dans l'intervalle séparant lesdites régions de source et de drain de chacun desdits transistors de commande; et des électrodes de grille situées sur le dessus de chacune desdites
couches d'isolation de grille.
28 Thyristor selon la revendication 27, caractérisé en ce qu'il comporte un premier et un deuxième condensateur ( 75; 60, 61) formés sur ledit substrat et connectés en série entre lesdits
contacts d'anode et de cathode afin de définir un diviseur capa-
citif; lesdites électrodes de grille desdits transistors de commande étant connectées au noeud existant entre lesdits premier et deuxième condensateurs; lesdits premier et deuxième condensateurs ayant des dimensions permettant de n'appliquer qu'une petite fraction de la tension existant entre lesdits contacts d'anode et de cathode entre lesdites électrodes de grille et ledit substrat, si bien que ladite couche dgisolation de grille peut être très mince, de l'ordre
de 0,1 micron.
29 Thyristor selon la revendication 28, caractérisé en ce que ledit premier condensateur est-une capacité répartie ( 75) et ledit deuxième condensateur consiste en une jonction capacitive ( 60, 61) dudit substrat et une électrode de condensateur située sur le dessus de ladite jonction capacitive; ladite électrode de
condensateur étant connectée audit contact d'anode.
Thyristor selon la revendication 29, caractérisé en -ce qu'il comporte un moyen ( 71) à diode Zener formé dans ledit substrat et connecté entre ledit noeud desdits premier et deuxième
condensateur et ladite électrode de cathode.
31 Thyristor selon l'une quelconque-des revendications 27
à 30, caractérisé en ce qu'il comporte un moyen résistant intégré ( 70) qui est connecté sur lesdites régions de source et-de drain de chacun desdits transistors de commande; ledit moyen résistant comportant une bande de silicium polycristallin déposée au-dessus
d'une région donnée dudit substrat; une couche de dioxyde de sili-
cium ( 97) étant disposée entre ladite région donnée dudit substrat et ladite bande de silicium polycristallin, si bien que ledit moyen résistant est électriquement isolé vis-à-vis des courants parasites circulant dans ledit substrat; et une première et une deuxième borne ( 99, 100) partant de points séparés de ladite bande de silicium polycristallin; ladite première borne étant connectée à chacun desdits moyens de contact qui sont connectés auxdites bases;
ladite deuxième borne étant connectée audit contact de cathode.
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