Caractérisation et simulation de l'IGBT dans le but d'optimiser ses performances au moyen d'irradiation par électrons

IGBT characterization and simulation for optimizing its performances by means of electrons irradiation

• Auteur / Autrice : Omar Elmazria
• Direction : Jean-Pierre Charles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance en 1996
• Etablissement(s) : Metz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Faisceaux électroniques

MOS verticaux

Transistors bipolaires à grille isolée

Résumé

Alliant les avantages de la technologie bipolaire et mos, l'igbt (insulated gate bipolar transistor) a pu s'imposer dans le marche de la moyenne puissance en s'adaptant a une très large gamme d'applications. Son développement l'amènera a fonctionner de plus en plus dans des environnements radiatifs (spatial, militaire, nucléaire etc. ) ce qui nécessite une caractérisation spécifique. Le travail développe dans ce mémoire s'inscrit dans cet objectif. Des méthodes de caractérisation classiques ont été adaptées et de nouvelles techniques ont été developpees pour l'étude de l'igbt. L'évolution de ses paramètres physiques et électriques a été suivie en fonction de la dose et du type de l'irradiation a laquelle il est soumis. Une méthode originale de simulation des effets induits par irradiation aux électrons sur l'igbt, utilisant le simulateur de dispositifs 2d pisces, a été proposée. Une modélisation 3d est réalisée en tenant compte de la symétrie cylindrique de la cellule de base. Sa validité a été vérifiée par la confrontation des résultats de simulation avec les mesures expérimentales réalisées sur un lot d'igbts irradie a différentes doses d'irradiation par électrons d'une énergie de 4mev. Cette méthode permet de prévoir l'évolution des différents paramètres électriques de l'igbt pour une dose d'irradiation par électrons donnée et ainsi de minimiser le nombre de cycles fabrication irradiation test. Son utilisation peut être étendue a d'autres composants et a d'autres types d'irradiation

The IGBT is a hybrid power device which combines the advantages of MOS and bipolar technologies. This property ensures that the IGBT is adapted for a large variety of applications including its use in radiation environments of various severities such as space, nuclear, military, etc. . . . The designers must anticipate and account for the effects of these environments on the components. This consideration presents the main part of this thesis. Classical methods of characterization are adapted and new techniques are developed to study the IGBT behaviour. The evolution of its parameters with irradiation doses and types is also studied. A novel method for simulating the effects of electron irradiation (4MeV energy) in the IGBT, using the 2D devices simulator PISCES, was developed. 3D modeling is perfomed taking into account the cylindrical symmetry of the unit cell. The validity of the method is confirmed by comparison of simulation results with experimental ones performed on a series of IGBTs irradiated to various doses. The same approach can be applied for other devices and other irradiation types. Our analyzis shows that one can simulate results for any given dose. This procedure helps to save cost on irradiation tests. It can be applied for evaluation and prediction of irradiation effects