Caractérisations des défauts profonds du SiC et pour l'optimisation des performances des composants haute tension
Auteur / Autrice : | Teng Zhang |
Direction : | Dominique Planson |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Génie électrique |
Date : | Soutenance le 13/12/2018 |
Etablissement(s) : | Lyon |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) |
Partenaire(s) de recherche : | établissement opérateur d'inscription : Institut national des sciences appliquées (Lyon ; 1957-....) |
Laboratoire : AMPERE - Génie Electrique, Electromagnétisme, Automatique, Microbiologie Environnementale et Applications (Rhône) - Ampère | |
Equipe de recherche : Ampère, Département Méthodes pour l'Ingénierie des Systèmes | |
Jury : | Président / Présidente : Jean-Guy Tartarin |
Examinateurs / Examinatrices : Dominique Planson, Jean-Guy Tartarin, Jinshun Bi, Sandrine Juillaguet, Marie-Laure Locatelli, Christophe Raynaud | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Guy Tartarin, Jinshun Bi |
Mots clés
Résumé
En raison de l'attrait croissant pour les applications haute tension, haute tempé-rature et haute fréquence, le carbure de silicium (SiC) continue d'attirer l'attention du monde entier comme l'un des candidats les plus compétitifs pour remplacer le sili-cium dans le champ électrique de puissance. Entre-temps, il est important de carac-tériser les défauts des semi-conducteurs et d'évaluer leur influence sur les dispositifs de puissance puisqu'ils sont directement liés à la durée de vie du véhicule porteur. De plus, la fiabilité, qui est également affectée par les défauts, devient une question incontournable dans le domaine de l'électricité de puissance.Les défauts, y compris les défauts ponctuels et les défauts prolongés, peuvent introduire des niveaux d'énergie supplémentaires dans la bande passante du SiC en raison de divers métaux comme le Ti, le Fe ou le réseau imparfait lui-même. En tant que méthode de caractérisation des défauts largement utilisée, la spectroscopie à transitoires en profondeur (DLTS) est supérieure pour déterminer l'énergie d'activa-tion Ea , la section efficace de capture Sigma et la concentration des défauts Nt ainsi que le profil des défauts dans la région d'épuisement grâce à ses divers modes de test et son analyse numérique avancée. La détermination de la hauteur de la barrière Schottky (HBS) prête à confusion depuis longtemps. Outre les mesures expérimentales selon les caractéristiques I-V ou C-V, différents modèles ont été proposés, de la distribution gaussienne du HBS au modèle de fluctuation potentielle. Il s'est avéré que ces modèles sont reliés à l'aide d'une hauteur de barrière à bande plate Phi_BF . Le tracé de Richardson basé sur Phi_BF ainsi que le modèle de fluctuation potentielle deviennent un outil puissant pour la caractérisation HBS. Les HBSs avec différents contacts métalliques ont été caractéri-sés, et les diodes à barrières multiples sont vérifiées par différents modèles. Les défauts des électrons dans le SiC ont été étudiés avec des diodes Schottky et PiN, tandis que les défauts des trous ont été étudiés dans des conditions d'injec-tion forte sur des diodes PiN. 9 niveaux d'électrons et 4 niveaux de trous sont com-munément trouvés dans SiC-4H. Une relation linéaire entre le Ea extrait et le log(sigma) indique l'existence de la température intrinsèque de chaque défaut. Cependant, au-cune différence évidente n'a été constatée en ce qui concerne l'inhomogénéité de la barrière à l'oxyde d'éther ou le métal de contact. De plus, les pièges à électrons près de la surface et les charges positives fixes dans la couche d'oxyde ont été étudiés sur des MOSFET de puissance SiC par polarisation de porte à haute température (HTGB) et dose ionisante totale (TID) provoquées par irradiation. Un modèle HTGB-assist-TID a été établi afin d'ex-plain l'effet de synergie.