Caractérisation et modélisation du transistor JFET en SiC à haute température

Characterization and modeling of SiC JFET for high temperature

• Auteur / Autrice : Youness Hamieh
• Direction : Hervé Morel, Dominique Bergogne
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 11/05/2011
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône)
• Jury : Président / Présidente : Stéphane Lefebvre
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Hervé Morel, Dominique Bergogne, Stéphane Lefebvre, Frédéric Morancho, Stéphane Rael, Olivier Berry, Farid Meibody Tabar
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Frédéric Morancho, Stéphane Rael

Mots clés

Mots clés contrôlés

Électronique de puissance

Mots clés libres

Electronique

Electronique de puissance

Transistor de puissance à jonction à effet de champ - JFET de puissance

Transistor de puissance à jonction à effet de champ en SiC - JFET-SiC de puissance

Composant de puissance

Haute température

Modélisation analytique

Caractérisation électrique

Electronics

Power Electronics

JFET-SiC - Silicon Carbide Power Junction Field Effect Transistor

VJFET - Vertical-Junction Field Effect Transistor - Structure

Power Component

High temperature

Analytical Modelling

Electrical characterisation

Résumé

Dans le domaine de l’électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d’énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d’applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l’interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d’onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation.

In the field of power of electronics, silicon carbide (SiC) devices are well suited to operate in environments at high temperature, high power, high voltage and high radiation. The silicon carbide belongs to the class of wide band gap semiconductor material. Indeed, this material has higher values than the silicon ones for the temperature breakdown and a high electric field breakdown. These characteristics enable significant improvements in wide varieties of applications and systems. Among the existing switches, SiC JFET is the most advanced one in its technological development because it is at the stage of pre-marketing. The study realized during this thesis was to electrically characterize SiC JFETs from SiCED versus the temperature (25°C-300°C). The characteristic are based on static measurements (currentvoltage), capacitive measurements (capacitive-voltage) and switching measurements in an R-L (resistor-inductor) load circuit and an inverter leg. A multi-physical model of the VJFET with a lateral channel is presented. The model was developed and validated in MAST language both in static and dynamic modes using the SABER simulator. The model includes an asymmetric representation of the lateral channel and the junction capacitances of the structure. The validation of the model shows a good agreement between measurements and simulation.