Tenue en tension des semi-conducteurs de puissance

1 - Généralités

2 - Tenue en tension des dispositifs plans

• 2.1 - Zone de transition de la jonction bloquante
  Figure 1 - Zone de transition dépeuplée d’une jonction PN sous polarisation inverse Figure 2 - Exemple de répartitions de charge, de champ électrique (en module) et de potentiel dans la zone de transition d’une jonction P +N graduelle polarisée en inverse Figure 3 - Répartitions approximatives de la densité de charge ( a) et du champ électrique (b) dans une structure P +NN+ abrupte, pour une tension supportée supérieure à la tension de perçage
• 2.2 - Multiplication par avalanche
  Figure 4 - Multiplication des porteurs par avalanche dans la zone de transition d’une jonction PN Figure 5 - Facteurs de multiplication pour des jonctions abruptes P+N et PN + complémentaires Figure 6 - Abaque donnant la tension de claquage de jonctions abruptes (P+ N et P+NN+) et de jonctions P+N exponentiellement graduées en fonction du dopage de substrat ( N D)
• 2.3 - Claquage par avalanche
  Figure 7 - Comparaison des répartitions de champ dans une jonction P +N et dans une jonction P+NN+ à base très peu dopée (PIN), pour une même tension supportée
• 2.4 - Tension de maintien de structures bipolaires NPN ou PNP
  Figure 8 - Illustration de la notion de « maintien » Figure 9 - Variation de la tension de maintien d’une structure P+NP + en fonction du dopage de la base N
• 2.5 - Effet de la charge d’espace des porteurs en transit
  Figure 10 - Évolution schématique de la répartition de champ sous tension constante, à courant croissant (structure P +N, courant de trous) Figure 11 - Évolution schématique de la répartition de champ sous tension constante, à courant croissant (structure P +NN+, courant d’électrons)
• 2.6 - Effet de la température. Courant inverse

3 - Terminaisons de jonction

• 3.1 - Effets de bord
  Figure 12 - Représentation schématique d’une terminaison de jonction sujette à contournement ou à claquage superficiel Figure 13 - Représentation schématique de la périphérie d’une jonction « planar » Figure 14 - Approximation cylindrique de la charge d’espace en périphérie de jonction Figure 15 - Tension de claquage en fonction du rayon de courbure, pour des jonctions abruptes P +N cylindriques et sphériques
• 3.2 - Terminaisons de type « mésa »
  Figure 16 - Taille en biseau des bords de jonction Figure 17 - Solutions pratiques de terminaisons en biseau Figure 18 - Exemples de terminaisons réalisées par attaque chimique
• 3.3 - Terminaisons de type « planar »
  Figure 19 - Plaque de champ Figure 20 - Plaque de champ résistive Figure 21 - Concept de plaque de champ appliqué à des dispositifs multicellulaires Figure 22 - Anneau de garde diffusé Figure 23 - Extensions de jonction implantées. Influence de la dose de dopant dans la zone P Figure 24 - Terminaison « Resurf » Figure 25 - Anneau diviseur de champ

4 - Conclusions