Teng Zhang soutient sa thèse le 13/12/2018 à 10:00.
Lieu : amphi Émilie du Châtelet (bibliothèque INSA).
Titre :
Contribution au suivi de l’état de santé des modules de puissances à base de MOSFET en carbure de silicium
Jury :
- Rapporteurs : Jean-Guy Tartarin (LAAS, Toulouse), Jinshun Bi (Académie chinoise des sciences)
- Examinateurs : Marie-Laure Locatelli (Laplace, Toulouse), Sandrine Juillaguet (Charles Coulomb, Montpellier)
- Encadrement : Dominique Planson, Christophe Raynaud
Résumé :
En raison de l’attrait croissant pour les applications haute tension, haute température et haute fréquence, le carbure de silicium (SiC) continue d’attirer l’attention du monde entier comme l’un des candidats les plus compétitifs pour remplacer le silicium dans le domaine de l’électronique de puissance. Entre-temps, il est important de caractériser les défauts des semi-conducteurs et d’évaluer leur influence sur les dispositifs de puissance puisqu’ils sont directement liés à la durée de vie du véhicule porteur. De plus, la fiabilité, qui est également affectée par les défauts, devient une question incontournable dans le domaine de l’électronique de puissance.
Les défauts, que ce soit des défauts ponctuels (extrinsèques comme des impuretés métalliques ou intrinsèques comme des lacunes…) ou des défauts étendus (dislocations…), peuvent introduire des niveaux d’énergie supplémentaires dans la bande interdite du SiC. En tant que méthode de caractérisation des défauts largement utilisée, la spectroscopie des transitoires de capacité ou de courant (DLTS) est une méthode de caractérisation des défauts largement utilisée pour déterminer l’énergie d’activation , la section efficace de capture et la concentration des défauts ainsi que le profil des défauts dans l’épitaxie grâce à ses divers modes de test et à son analyse numérique avancée.
La détermination de la hauteur de la barrière Schottky (HBS) a fait l’objet de nombreuses modélisations pour expliquer les écarts expérimentaux par rapport au modèle thermoïonique. Ces modèles ne sont pas toujours liés entre eux. On trouve parmi ces modèles la distribution gaussienne du HBS, le modèle de fluctuation du potentiel. Nous avons démontré que ces modèles sont reliés si l’on définit une hauteur de barrière en bandes plates . Le tracé de Richardson basé sur ainsi que le modèle de fluctuation du potentiel deviennent des outils puissants pour la caractérisation HBS. Les HBS avec différents contacts métalliques ont été caractérisées, et les diodes à barrières multiples sont vérifiées par différents modèles.
Les pièges à électrons dans le SiC ont été étudiés dans des diodes Schottky et PiN, tandis que les pièges à trous ont été étudiés dans des conditions d’injection forte sur des diodes PiN. 9 pièges à électrons et 4 pièges à trous ont été trouvés dans nos échantillons SiC-4H. Une relation linéaire entre et log( ) extraits indique l’existence de la température intrinsèque de chaque défaut. Cependant, aucune différence évidente n’a été constatée en ce qui concerne l’inhomogénéité de la barrière ou le métal de contact. De plus, les pièges à électrons près de la surface et les charges fixes positives dans la couche d’oxyde ont été étudiés sur des MOSFET de puissance SiC par des stress HTGB (tension de grille constante à haute température) et dose ionisante totale (TID) provoquées par irradiation. Un modèle HTGB-assisté par TID a été établi afin d’expliquer la synergie entre ces deux effets.
Deux régions de gel des porteurs ont été trouvées près de 40 K et 100 K, ce qui diminue la précision des mesures DLTS capacitive traditionnelle. Par ailleurs, la concentration de certains défauts peut être réduite avec un recuit à haute température, qui entraîne également l’apparition de multi-barrières. Une attention particulière a été portée aux défauts à faible énergie d’activation à très basse température ainsi qu’au signal DLTS anormal causé par des centres en U-négatif. L’activation irrégulière du transitoire DLTS (c’est-à-dire entre la capture et l’émission) est liée à la largeur de détection dans la zone d’épuisement.
Les travaux futurs se concentreront principalement sur la caractérisation des interfaces ainsi que sur l’amélioration des modèles de piégeage à basse température. De plus, l’effet de stress, spécifiquement introduit avec la méthode de caractérisation, doit également être pris en compte.
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