Contribution à l’étude de l’impact des dégradations d’origines électriques et thermiques sur les performances du transistor VDMOS de puissance PDF Download
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Author: Mohamad Alwan
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Book Description
Les modules d’électronique de puissance sont appelés à être fortement intégrés et poussés aux limites de leurs capacités de fonctionnement. D’autre part, ces modules sont souvent soumis à des environnements thermiques sévères qui peuvent altérer profondément les propriétés des semi-conducteurs, voire même les détruire. La température peut jouer un rôle essentiel dans les mécanismes de dégradation. Ce travail a pour objectif la prise en compte des mécanismes de dégradation dans les composants microélectroniques, de type VDMOS de puissance, sur leurs performances électriques. Une analyse numérique de l’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques statiques et dynamiques du transistor VDMOSFET de puissance a été effectuée. Sous les conditions de la contrainte thermique, nous observons quelques modifications des propriétés physiques et électriques du VDMOS. Nous analysons théoriquement et numériquement, les paramètres responsables de ces modifications. Une expression approximative du coefficient d’ionisation en fonction de la température a été proposée. La tension de claquage et l’extension maximale de la charge d’espace en fonction du dopage et de la température ont été calculées pour une jonction plane abrupte P+N dissymétrique. L’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques dynamiques C(V) a été observé et analysé. Dans un champ étendu de conditions expérimentales, ce travail consiste, par des analyses physiques approfondies et des simulations 2D (Silvaco), à mettre en évidence ces phénomènes de dégradation pouvant causer des défaillances des dispositifs et systèmes microélectroniques à base de VDMOS. Nous avons étudié les contraintes à forts champs électriques (HEFS), à la température en fonctionnement opérationnel, à haute température sous polarisation (BTI) et à cyclage thermique sous polarisation sur la tension de seuil et sur le transfert de charge du VDMOSFET de puissance à canal n. les caractéristiques du transfert de charge et C-V ont été étudiées durant les contraintes. Nous expliquons les causes principales dues à la dégradation dans le VDMOSFET qui sont les piégeages de charges dans l’oxyde et à l’interface oxyde-silicium induits par des porteurs libres qui ont l’énergie suffisante pour traverser la barrière SiO2/Si.
Author: Mohamad Alwan
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Languages : fr
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Les modules d’électronique de puissance sont appelés à être fortement intégrés et poussés aux limites de leurs capacités de fonctionnement. D’autre part, ces modules sont souvent soumis à des environnements thermiques sévères qui peuvent altérer profondément les propriétés des semi-conducteurs, voire même les détruire. La température peut jouer un rôle essentiel dans les mécanismes de dégradation. Ce travail a pour objectif la prise en compte des mécanismes de dégradation dans les composants microélectroniques, de type VDMOS de puissance, sur leurs performances électriques. Une analyse numérique de l’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques statiques et dynamiques du transistor VDMOSFET de puissance a été effectuée. Sous les conditions de la contrainte thermique, nous observons quelques modifications des propriétés physiques et électriques du VDMOS. Nous analysons théoriquement et numériquement, les paramètres responsables de ces modifications. Une expression approximative du coefficient d’ionisation en fonction de la température a été proposée. La tension de claquage et l’extension maximale de la charge d’espace en fonction du dopage et de la température ont été calculées pour une jonction plane abrupte P+N dissymétrique. L’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques dynamiques C(V) a été observé et analysé. Dans un champ étendu de conditions expérimentales, ce travail consiste, par des analyses physiques approfondies et des simulations 2D (Silvaco), à mettre en évidence ces phénomènes de dégradation pouvant causer des défaillances des dispositifs et systèmes microélectroniques à base de VDMOS. Nous avons étudié les contraintes à forts champs électriques (HEFS), à la température en fonctionnement opérationnel, à haute température sous polarisation (BTI) et à cyclage thermique sous polarisation sur la tension de seuil et sur le transfert de charge du VDMOSFET de puissance à canal n. les caractéristiques du transfert de charge et C-V ont été étudiées durant les contraintes. Nous expliquons les causes principales dues à la dégradation dans le VDMOSFET qui sont les piégeages de charges dans l’oxyde et à l’interface oxyde-silicium induits par des porteurs libres qui ont l’énergie suffisante pour traverser la barrière SiO2/Si.
Author: Mohamed Ali Belaïd
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Languages : fr
Pages : 245
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Book Description
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
Author: ALAIN.. BRAVAIX
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Languages : fr
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CE TRAVAIL EST CONSACRE A L'ETUDE DES DEGRADATIONS DU TRANSISTOR PMOS SOUMIS AUX INJECTIONS DE PORTEURS HAUTEMENT ENERGETIQUES GENERES PAR L'ACCROISSEMENT DES CHAMPS ELECTRIQUES LIES A LA MINIATURISATION DE SA GEOMETRIE. CES MECANISMES DE DEGRADATIONS SE MANIFESTENT PAR LES DERIVES TEMPORELLES DES PARAMETRES ELECTRIQUES REPRESENTATIFS DES PERFORMANCES DU TRANSISTOR, EN RAISON DE PIEGEAGE DE CHARGES DANS L'OXYDE ET DE LA GENERATION D'ETATS ELECTRONIQUES A L'INTERFACE OXYDE-SILICIUM. CETTE ETUDE PRESENTE TOUT D'ABORD UN BREF RAPPEL DES PARAMETRES DE FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR AINSI QU'UN MODELE SIMPLE DE LA GENERATION DES PORTEURS CHAUDS PAR LE PROCESSUS D'IONISATION PAR IMPACT. NOUS PRESENTONS L'ANALYSE DES DEGRADATIONS DU TRANSISTOR PMOS A L'AIDE DE METHODES COMPLEMENTAIRES DE CARACTERISATIONS ELECTRIQUES EN COURANT-TENSION PUIS PAR UNE TECHNIQUE DE POMPAGE DE CHARGES QUI NOUS PERMETTRONT DE DISSOCIER LES TYPES DE DEFAUTS INDUITS. A L'AIDE DE CES DEUX PREMIERES TECHNIQUES NOUS DEVELOPPONS DES METHODES DE PREDICTION DE DUREE DE VIE QUI TIENNENT COMPTE DES ASPECTS SPECIFIQUES DU VIEILLISSEMENT DU TRANSISTOR PMOS. ENFIN, CES TECHNIQUES DE MESURES COUPLEES A UNE TECHNIQUE DITE DE LA GRILLE FLOTTANTE ET A DES SIMULATIONS BI-DIMENSIONNELLES NOUS PERMETTRONT D'ELABORER UNE ETUDE APPROFONDIE DES DEFAUTS INDUITS PAR DES CHARGES FIXES D'OXYDE JUSQUE DANS LA REGION DE RECOUVREMENT GRILLE-DRAIN DE LA STRUCTURE DU TRANSISTOR PMOS
Author: AREZKY.. BOUZOURENE
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Languages : fr
Pages : 143
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LE VIEILLISSEMENT DES INTERRUPTEURS ELECTRONIQUES CONDUIT, A TERME, A LA DEGRADATION DE LEUR FONCTIONNEMENT ENTRAINANT DES REPERCUSSIONS GRAVES ET SOUVENT DESTRUCTIVES SUR LEUR ENVIRONNEMENT (SYSTEME). IL EST DONC IMPORTANT, AUSSI BIEN POUR LE CONCEPTEUR QUE POUR L'UTILISATEUR, DE CONNAITRE L'AVOLUTION DE CE PHENOMENE DANS LE TEMPS AFIN DE PARER AUX DEFAILLANCES QU'IL GENERE. EN PARTANT DE LA STRUCTURE PHYSIQUE DU TRANSISTOR DE PUISSANCE IGBT, NOUS AVONS MIS AU POINT TROIS BANCS D'ESSAIS QUI ACCELERENT LE VIEILLISSEMENT DE CE TRANSISTOR PARTICULIER A TECHNOLOGIE D'INTEGRATION HYBRIDE. APRES ETUDE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE, DANS UNE PREMIERE ETAPE, LA POSSIBILITE DE SUIVRE L'ETAT DE VIEILLISSEMENT DU COMPOSANT A TRAVERS L'EVOLUTION DE SES PARAMETRES ELECTRIQUES ; PUIS, DANS UNE SECONDE ETAPE, NOUS AVONS ANALYSE L'INFLUENCE D'UN IGBT VIEILLI SUR UN CONVERTISSEUR UNICELLULAIRE OU LA PRESENCE DE DECALAGE DES INSTANTS DE COMMUTATION A ETE DETECTEE. CE RESULTAT PEUT SERVIR DE CRITERE A PARTIR DUQUEL UN RISQUE DE DEFAILLANCE PEUT SURGIR DANS LES SYSTEMES MULTICELLULAIRES DE TYPE ONDULEUR. QUANT A LA TROISIEME ETAPE, ELLE EST CONSACREE A LA MODELISATION DE L'EVOLUTION DES PRINCIPAUX INDICATEURS DE VIEILLISSEMENT EN FONCTION DES CONDITIONS ET DU TEMPS D'UTILISATION DES TRANSISTORS. UN PREMIER MODELE MATHEMATIQUE, BASE A LA FOIS SUR LA THEORIE ET LES RESULTATS EXPERIMENTAUX, DONNANT LA CROISSANCE DE LA TENSION DE SEUIL EN FONCTION DE L'ETAT DE VIEILLISSEMENT DES IGBT EST PRESENTE ET UNE DISCUSSION SUR LE DIAGNOSTIC ET LA SURVEILLANCE DE CE PHENOMENE POUR CE TYPE DE TRANSISTOR PARTICULIER EST RAPPORTEE DANS CE MEMOIRE.
Author: Amina Tachafine
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Languages : fr
Pages : 278
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Ce travail porte sur la modélisation unidimensionnelle et bidimensionnelle du transistor bipolaire à hétéro jonction (tbh) de la filière gainp/gaas en régime statique non stationnaire, pour l'optimisation des composants en vue de la réalisation d'amplificateurs monolithiques de puissance à hauts rendements en classes a, b et c, en bande x. Nous avons pour cela développé des modèles physiques hydrodynamiques non stationnaires à une et deux dimensions. Ils se distinguent par leur complémentarité car si le modèle bidimensionnel permet une description plus complète des phénomènes physiques dans le composant, le modèle unidimensionnel est quant à lui mieux adapté à une étude d'optimisation de structure. Ces modèles ont permis de décrire les principaux phénomènes physiques dans la structure de tbh, depuis le mécanisme de transport dans le composant jusqu'aux principaux effets physiques limitatifs pour un fonctionnement en régime de forte puissance: l'effet kirk, responsable de la dégradation des performances du transistor en gain et fréquences de coupure en régime de forte injection, et l'effet de claquage par avalanche de la jonction base-collecteur. Pour reculer ces limitations nous avons étudié l'influence des paramètres technologiques sur ces effets néfastes. Nous avons envisagé plusieurs configurations de la zone de collecteur avec des profils de dopage appropriés ainsi que l'utilisation de matériaux peu ionisants tel que le gainp. Pour la zone d'émetteur, nous avons évalué l'importance de l'effet de défocalisation et proposons une largeur de doigt optimale pour l'obtention de puissances de sortie maximales en bande x. Cette étude conduit à la définition d'une première structure sensiblement optimale de tbh présentant des fréquences de transition supérieures à 50 ghz, des gains en courant statiques supérieurs à 20, avec des tensions d'avalanche collecteur-base supérieures à 22 v
Author: Adel Ezzat El-Hennawy
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Languages : fr
Pages : 62
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ETUDE THEORIQUE ET EXPERIMENTALE DE L'INFLUENCE DES PORTEURS CHAUDS SUR LE FONCTIONNEMENT DES TRANSISTORS MOS MICRONIQUES CANAUX N ET P. LES EFFETS DES CONTRAINTES ELECTRIQUES DE LONGUE DUREE SONT AUSSI ETUDIES
Author: Benoît Lambert
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Languages : fr
Pages : 259
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Ces travaux présentent une étude sur le mécanisme d'ionisation par impact se produisant dans les transistors à effet de champ de puissance sur substrat GaAs. Ce mécanisme est un effet parasite des FETs et consiste en la création de paires électrons/trous dans le canal induit par les électrons fortement accélérés par 1e champ électrique. Cette étude porte sur quatre technologies de FETs (MESFET DCFET, PHEMT et PHEMT de puissance). L'influence du mécanisme d'ionisation, par impact sur les performances électriques statiques des dispositifs a été évalué, notamment sur les caractéristiques de grille, de transfert et sur les lieux de claquage mesurés à l'aide d'une technique d'injection de courant. Le banc de mesure du bruit aux basses fréquences associé au courant de grille développé durant cette thèse, est décrit dans la deuxième partie. La caractérisation du bruit de grille des FETs en régime d'ionisation par impact a permis de modéliser le bruit en 1/f comme étant proportionnel au taux d'ionisation au carré. De plus, l'analyse du bruit en courant des contacts Schottky s'est révélée efficace pour la détection des dégradations localisées aux interfaces passivation/semiconducteur et passivation/métallisation. La dernière partie de ce document présente une étude de fiabilité menée sur les technologies MESFET, PHEMT et PHEMT de puissance ayant subies des vieillissements sous polarisations statiques associés ou non à un fonctionnernent dynamique en régime de compression du gain. Il apparaît que le mécanisme d'ionisation par impact associé au champ électrique est un mécanisme de dégradation présentant des modes de dégradation qui dépendent de la technologie.
Author: Bilal Beydoun
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Languages : fr
Pages : 314
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CE MEMOIRE TRAITE DE LA SIMULATION ET DE LA CONCEPTION DU TRANSISTOR VDMOS DE PUISSANCE. ON PROPOSE UN OUTIL DE CONCEPTION DE MODELES POUR CE TRANSISTOR, QUI EST BASE D'UNE PART SUR L'ANALYSE DES MECANISMES DONT LA STRUCTURE EST LE SIEGE, D'AUTRE PART SUR LA GEOMETRIE (LAYOUT) ET LA TECHNOLOGIE, ET ENFIN SUR LA PRISE EN COMPTE DE LA TOPOLOGIE D'UN SCHEMA EQUIVALENT ETABLI ANTERIEUREMENT AU LABORATOIRE. PLUS PRECISEMENT, ON EFFECTUE TOUT D'ABORD UNE ETUDE DES MECANISMES-CONDUCTION, TENUE EN TENSION, ETUDE DYNAMIQUE-INTERVENANT DANS LES DIVERSES ZONES DE LA STRUCTURE DU COMPOSANT. EN SE BASANT SUR LES ASPECTS DE MODELISATION ANTERIEUREMENT DEVELOPPES AU LAAS, NOUS PROPOSONS ENSUITE UNE NOUVELLE METHODOLOGIE DE CONCEPTION DES MODELES VDMOS. CELLE-CI PREND EN COMPTE LES EQUATIONS DE FONCTIONNEMENT, LE DESSIN DES MASQUES, LA TECHNOLOGIE ET LES LOIS DE DEPENDANCE ENTRE LES PARAMETRES. POUR CE FAIRE, NOUS DEVELOPPONS UN LOGICIEL NOMME POWER MOSFET'S DESIGNER QUI PERMET A PARTIR DES DONNEES DE LA PHYSIQUE, DE LA GEOMETRIE ET DE LA TECHNOLOGIE DE LA STRUCTURE, DE GENERER LE MODELE VDMOS ET DE CONNAITRE LES PERFORMANCES ELECTRIQUES DU DISPOSITIF DANS UNE APPLICATION DE CIRCUIT SPECIFIEE A PRIORI. ON PROCEDE ENSUITE A LA VALIDATION DE CE LOGICIEL SUR DES COMPOSANTS INDUSTRIELS. ON L'APPLIQUE A L'ETUDE DE NOUVELLES GENERATIONS DE STRUCTURES VDMOS TELLES QUE LE TRANSISTOR VDMOS A DOUBLE NIVEAU D'OXYDE DE GRILLE INTERCELLULAIRE. UN EXEMPLE D'ANALYSE SPECULATIVE DU TRANSISTOR VDMOS ELABORE SUR UN AUTRE MATERIAU QUE LE SILICIUM EST ENFIN PROPOSE: ON ETUDIE LE CAS OU LE SUBSTRAT EST EN CARBURE DE SILICIUM (SIC)
