Contribution à l’analyse des dégradations d’origine thermique et des interactions électrothermiques dans les dispositifs LDMOS RF de puissance

Contribution to the analysis of origin thermal degradations and of the interactions electro-thermal in power RF LDMOS devices

• Auteur / Autrice : Mohamed Ali Belaïd
• Direction : Kaouther Kétata
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique. Electronique, optronique et système
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Rouen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Porteurs chauds

Thermique

Essais accélérés (technologie)

Transistors MOSFET

Mots clés libres

Modélisation

Caractérisation

Ldmos

Résumé

Les caractéristiques du semiconducteur sont sensibles à la variation de la température, en particulier pour les composants hyperfréquence de puissance. La température peut limiter la durée de vie du semiconducteur et joue un rôle essentiel dans les mécanismes de dégradation. Les phénomènes thermiques restent cependant la principale cause de dégradation dans la majorité des cas. Par conséquent, les aspects thermiques deviennent importants pour le RF de puissance dans beaucoup d’applications qui peuvent mener à la défaillance du dispositif. Ce travail présente un banc dédié aux vieillissements thermiques. Le transistor RF LDMOS de puissance a été retenu pour nos premiers tests en vieillissement accélérés, sous diverses conditions. Une caractérisation électrique (logiciel IC-CAP) précieuse a été effectuée, et un modèle électrothermique (sous ADS) a été implanté prenant en compte l’évolution de la température dans le composant, lequel est utilisé comme outil de fiabilité (extraction des paramètres). Ainsi, un examen complet de ces paramètres électriques critiques est exposé et analysé. Toutes les dérives des paramètres électriques après des vieillissements accélérés sont étudiées et discutées. D’après l’analyse de ces résultats, on constate que la dérive des principaux paramètres électriques est sensible au nombre de cycle, à la variation de température ΔT et au courant Ids traversant le dispositif. La variation est plus importante dans le test choc à froid que dans le test choc à chaud. Dans le cas de cyclage et de choc thermiques, dés qu’on couple les deux contraintes (thermique et électrique), le taux de dégradation est accéléré. Pour comprendre les phénomènes physiques de dégradation, mis en jeu dans la structure, nous avons fait appel à une simulation physique 2-D (Silvaco-Atlas). Finalement, le mécanisme de dégradation proposé pour le RF LDMOS de puissance c’est le phénomène d’injection des porteurs chauds dans les pièges d’oxyde déjà existants et/ou dans l’interface Si/SiO2

The semiconductor characteristics are sensitive to temperature variations, in particular for ultra high frequency power devices. The temperature can limit the lifetime of semiconductors and plays an essential part in the degradation mechanisms. The thermal phenomenon remains however the principal cause of degradation in most cases. Consequently, the thermal aspects are becoming important for RF power devices in many applications, which can lead to the device failure. This work presents a bench dedicated to the thermal ageing. A power FR LDMOS transistor has been chosen for our first tests in accelerated ageing under various conditions. An electric characterization (IC-CAP software) has been made, and a thermoelectric model (under ADS) has been implemented, taking into account the temperature evolution in the device, which is used as the reliability tool (parameters extraction).