Conception, fabrication et caractérisation de transistors à effet de champ haute tension en carbure de silicium et de leur diode associée

• Main Author: Chevalier, Florian
• Other Authors: Lyon, INSA
• Language: fr
• Published: 2012
• Subjects: Electronique; Electronique de puissance; Transistor de puissance à jonction à effet de champ - JFET de puissance; Diode à barrière de Schottky; JBS Diode - Jonction Barrier Schottky / MPS Diode - Merged Pin Schottky Diode; Composant de puissance; Carbure de silicium; Modélisation par éléments finis - FEM; Diode PIN; Canal latéral; Canal vertical; JFET double grille; Electronics; Power Electronics; JFET - Power Junction Field Effect Transistor; Schottky Barrier Diode; Power Diode; Silicon Carbide; FEM - Finite Element Modelling; Pin Diode; Dual gate JFET; Lateral Channel; Certical Channel; 621.317 072
• Online Access: http://www.theses.fr/2012ISAL0084/document

Dans le contexte des transports plus électriques, les parties mécaniques tendent à être remplacées par leurs équivalents électriques plus petits. Ainsi, le composant lui-même doit supporter un environnement plus sévère et de lourdes contraintes (haute tension, haute température). Les composants silicium deviennent alors inappropriés. Depuis la commercialisation des premières diodes Schottky en 2001, le carbure de silicium est le matériau reconnu mondialement pour la fabrication de dispositifs haute tension avec une forte intégration. Sa large bande d'énergie interdite et son fort champ électrique critique permettent la conception de transistors à effet de champ avec jonction (JFET) pour les hautes tensions ainsi que les diodes associées. Les structures étudiées dépendent de nombreux paramètres, et doivent ainsi être optimisées. L'influence d'un paramètre ne pouvant être isolée, des méthodes mathématiques ont été appelées pour trouver la valeur optimale. Ceci a conduit à la mise en place d'un critère d'optimisation. Ainsi, les deux grands types de structures de JFET verticaux ont pu être analysés finement. D'une part, la recherche d'une structure atteignant les tensions les plus élevées possible a conduit à l'élaboration d'un procédé de fabrication complexe. D'autre part, un souci de simplification et de stabilisation des procédés de fabrication a permis le développement d'un composant plus simple, mais avec une limite en tension un peu plus modeste. === In the context of more electrical transports, mechanical devices tend to be replaced by their smaller electrical counterparts. However the device itself must support harsher environment and electrical constraints (high voltage, high temperature) thus making existing silicon devices inappropriate. Since the first Schottky diode commercialization in 2001, Silicon Carbide (SiC) is the favorite candidate for the fabrication of devices able to sustain high voltage with a high integration level. Thanks to its wide band gap energy and its high critical field, 4H-SiC allows the design of high voltage Junction Field Effect Transistor (JFET) with its antiparallel diode. Studied structures depends of many parameters, that need to be optimized. Since the influence of the variation of each parameter could not be isolated, we tried to find mathematical methods to emphase optimal values leading to set an optimization criterion. Thus, two main kinds of JFET structure were finely analyzed. In one hand, the aim of the structure that can sustain a voltage as high as possible leads to a complex fabrication process. In the other hand, the care of a simplification and a stabilization of manufacturing process leads to the design of simpler device, but with a bit less sustain capabilities.