Etude et modélisation des effets du rayonnement atmosphérique sur les composants de puissance

Pas de titre traduit

• Auteur / Autrice : Karima Guetarni
• Direction : Jérôme Boch, Antoine Touboul
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 21/07/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IES - Institut d Electronique du Sud
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jérôme Boch, Antoine Touboul, Patrick Austin, Karine Castellani-Coulié
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Austin, Karine Castellani-Coulié

Mots clés

Mots clés contrôlés

Bruit radioélectrique

Logiciels

Simulation par ordinateur

Neutrons

Rayonnement

Transistors bipolaires à grille isolée

Mots clés libres

Igbt

Radiations

Neutrons atmosphériques

Latchup

Simulation TCAD

Igbt

Radiations

Atmospheric neutrons

Latchup

TCAD simulation

Résumé

L'influence des radiations naturelles sur les composants électroniques est un sujet qui est bien connu des acteurs du spatial et de l'aéronautique. Il n'en va pas de même pour les industries des transports (automobile, ferroviaire) alors que la vulnérabilité des composants « au sol » est bien réelle.Avec le développement massif des véhicules hybrides/électriques, les composants de puissance à semi-conducteur tels les IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) vont être utilisés en très grand nombre dans les convertisseurs d'énergie utilisés comme maillons de fonctions critiques. La fiabilité de ces composants, basés sur des technologies récentes, contrairement à ce qui est utilisé pour les applications spatiales, doit être assurée.Le travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et vise à identifier les phénomènes de défaillances des IGBT, composants incontournables dans les systèmes de conversion de l'énergie avec l'outil de simulation TCAD. Leur fiabilité sera estimée pour l'environnement radiatif naturel au niveau du sol afin de déterminer les probabilités de défaillances au niveau du composant et, plus tard, au niveau du système. Après avoir appréhendé les mécanismes de destruction de ces technologies pour lesquelles peu de travaux ont été effectués, il s'agira de quantifier le risque auquel sont exposés les systèmes électroniques face à l'environnement radiatif au sol. Les travaux présentés dans ce manuscrit, constituent une première étape visant à comprendre les différents mécanismes de défaillance des composants de puissance vis-à-vis des effets singuliers. L'objectif recherché à plus lointaine échéance est de déterminer dans quelle mesure ces mécanismes physiques complexes peuvent être simplifiés afin d'ouvrir la voie au développement de modèles de prédiction compactes. Un tel développement pourrait permettre de faire parvenir les outils de prédiction dédiés aux composants de puissance à la même maturité que ceux développés pour l'électronique numérique.

The influence of natural radiation on electronic devices is a topic that is well-known in the space and aeronautics areas. This is not true for the transportation industries (automotive, rail) while the vulnerability of components in ''ground'' is real.With the massive development of hybrid/electric vehicles, power components such as semiconductor IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and power MOS (Metal Oxide Semiconductor) will be used in large numbers in the power converters used in critical functions. The reliability of these components, based on recent technology, contrary to what is used for space applications must be assured.This work is aimed to assess the sensitivity of the investigated power devices considered as the core of the systems on energy conversion and identify physical phenomena inducing failure triggering and understand the different failure mechanisms of power components toward single event effects using TCAD simulation tool. The long term objective is to simplify these complex physical processes in order to develop prediction compact models. Such a development could be useful to achieve prediction tools dedicated to power components at the same maturity levels as those developed for digital electronics.