Réalisation de périphéries innovantes de TRIAC par thermomigration d'aluminium et insertion de silicium poreux

Realization of TRIAC's innovative peripheries via aluminum thermomigration and insertion of porous silicon

• Auteur / Autrice : Bin Lu
• Direction : Daniel Alquier, Gaël Gautier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 14/06/2017
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire GREMAN (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Daniel Mathiot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Benjamin Morillon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Christophe Crebier, France Le Bihan
• DOI : 10.70675/ea0aa37ez6a58z4159zbab6zb91bf5e8453d

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tiratricol

Silicium poreux

Anodisation

Isolation thermique

Alumine

Alliages aluminium-silicium

Transistors à jonctions

Aluminium

Propriétés thermiques

Mots clés libres

TRIAC

Caisson d’isolation

Terminaison de jonction

Thermomigration

TGZM

Silicium poreux

TRIAC

Through-wafer isolation

Junction termination

Thermomigration

TGZM

Porous silicon

Résumé

Cette thèse est dédiée à l’étude, à la réalisation et à la caractérisation de nouvelles périphéries de TRIAC. L’objet de cette recherche est de réduire l’espace occupé par la périphérie en tentant de conserver le même niveau de performances au blocage. Deux voies d’amélioration ont été poursuivies : l’une concerne la réalisation de caissons d’isolation par thermomigration d’aluminium, l’autre implique l’intégration du silicium poreux dans le caisson d’isolation. La thermomigration d’aluminium est une technique attractive permettant de remplacer les techniques de diffusion conventionnelles. Son industrialisation subit cependant quelques verrous technologiques, notamment le retrait des résidus aluminés et la formation de billes. Deux procédés de gravure ont été développés en vue d’enlever sélectivement l’ensemble de résidus. L’origine des billes a été analysée à l’aide d’observations expérimentales et de modélisations numériques. En utilisant un motif incluant des trous carrés aux intersections, des résultats encourageants ont été démontrés malgré une uniformité thermique encore optimisable. La deuxième voie d’innovation consiste à profiter des propriétés diélectriques du silicium poreux. Un procédé de masquage par fluoropolymère a été développé pour la localisation du silicium poreux. Les conditions d’anodisation adéquates ont été déterminées. La caractérisation de prototypes a montré des tenues au blocage largement améliorées par rapport à l’étude précédente. Bien que les tenues en tension nécessaires n’aient pas été atteintes, des courants de fuite inférieures à 10 μA ont été constatés jusqu’à plusieurs centaines de volts.

This thesis is dedicated to the study, the realization and the testing of “Planar” type TRIAC with novel peripheries. The aim of this research is to shrink the device periphery while maintaining the same level of blocking performances. Two paths of innovation have been pursued: one concerning Al-Si thermomigration for the production of through-wafer isolation walls, and the other involving porous silicon and its integration in the isolation walls. Al-Si thermomigration is an attractive mean allowing to replace conventional diffusion technologies. However, several remaining issues, such as the removal of the unintentional residues and the ball formation phenomenon, block its commercial application. Two different etching procedures have been developed in order to selectively remove all residues. The origin of the ball phenomenon has been analyzed using experimental observations and numerical modeling. By using a new pattern including square holes at intersections, encouraging results have been demonstrated in spite of an optimizable thermal uniformity. The second way of innovation is to take advantage of the dielectric properties of the porous silicon. A fluoropolymer masking process has been developed for local porous silicon formation. The appropriate anodization conditions have been determined. The characterization results showed improved blocking performances compared to the previous study. Although the necessary voltage requirements are not met, leakage currents of less than 10 μA have been observed up to several hundred volts.