Etude de la zone de charge d'espace mixte (ZCEM) dans le drain des MOS haute tension

Study of mixed space charge layer in high voltage MOS drain

• Auteur / Autrice : Thierry Bouchet
• Direction : Jacques Dugas
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Aix-Marseille 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

SPICE -- logiciel

MOS (électronique)

Ionisation

Charge d'espace

Résumé

Ce mémoire traite de l'analyse du comportement des MOS à canal N de puissance haute tension en mode de certains régimes sévères (tension drain-source Dos élevée et fortes densités de courants). Leurs conception et réalisation, pour une application spécifique, mirent sur la sellette un phénomène limitant le courant du dispositif quelle que soit Ucs la tension grille source. Nous avons attribué ce mécanisme à une Zone de Charge d'Espace Mixte (ZCEM). On bâtit ainsi un modèle plus approprié que celui du TECJ (JFE7) parasite admis jusque-là. La zone de charge d'espace n'est plus '' déserte '' (matériau N' forte résistivité avec seulement des charges fixes positives) mais '' remplie '' aussi de charges mobiles (électrons) transitant à une vitesse de saturation V sat # lO 7 cm. S'1. Cette cohabitation '' positifs '' (fixes et mobiles) et '' négatifs '' (mobiles) sous fort champ électrique explique l'acronyme ZCEM. Les caractérisations statique et dynamique des MOS haute tension se soldent par une détermination de l'influence de la structure sur la ZCEM (résistivité et épaisseur de la région de tenue en tension, distance intercellulaire). Des simulations en éléments finis (MEDICI, ATLAS) sont venues conforter ces résultats expérimentaux et ont montré le rôle essentiel de la zone N' de drain. On a donc été amené à réaliser un composant spécifique, simple, N'̂N* représentant la partie ZCEM observée dans le transistor MOS. . .

This thesis deals the analysis of high voltage power MOSFET behavior under extreme conditions (high supply voltages, high current densities). The design and realisation of high voltage MOSFET for a specific application brought forward a phenomenon limiting the current in the device - the mixed space charge layer - that replaces the conventional parasitic JFET model. The space charge layer is not ''free'' of charges but ''filled'' with mobile charges (electrons) forwarding through the structure with a limited saturation speed V sat # lO 7 cm. S'1. The static and dynamic characterization of the MOS high voltage makes it possible to determine the influence of the structure (thickness, intercellular distance, resistivity) on the ZCEM. Digital simulations lead to a consolidation of these experimental results and show the fundamental role of the v zone of drain. We carry out a specific simple component N ̂̂representing the ZCEM observed in MOSFET. The results from the impulse electric characterization are in conformity with simulation and show a similar behavior to the one observed in the MOS. . .