Contribution a l’étude de composants de puissance haute température en carbure de silicium

par Dominique Planson

Thèse de doctorat en Électronique intégrée

Sous la direction de Jean-Pierre Chante.

Soutenue en 1994

à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Silicium
• Carbures
• Composants électroniques

Résumé

Les potentialités du carbure de silicium en tant que matériau semi-conducteur en vue d'obtenir un composant de puissance sont ici étudiées, pour des applications de puissance dans la gamme (1500 v-1 a). Les paramètres du matériau connus a ce jour permettent la conception assistée par ordinateur de composants en SiC pour mieux cerner la triple adéquation matériau/composant/technologie. Les caractéristiques électriques de trois types de transistors (bipolaire, MOSFET et JFET) sont étudiées a l'aide de simulations électriques bidimensionnelles (logiciel PISCES). Une protection périphérique des composants de puissance est nécessaire pour se prémunir du claquage par avalanche du a la haute tension. Deux types de protection classiques de la filière silicium (anneaux de garde et structure mesa) sont étudiées avec les contraintes liées au SiC. Enfin, la gravure du SiC apparaît comme une étape technologique clef pour les composants de puissance, et nous présentons nos résultats expérimentaux de gravure par plasma dans un réacteur utilisant le principe de la résonance cyclotronique électronique distribuée.

Titre traduit

= Contribution to high temperature power device study in silicon Carbide

Résumé

The potentialities of silicon carbide are studied as a semiconductor material in order to obtain a power device able to operate in the range (1500 V - 1A). The nowadays knowledge of the material properties allows to design SiC components with the help of computer aided design, in order to meet the trade-off material/device/technology. The electrical characteristics of three types of transistors (bipolar, MOSFET and JFET) are studied with bidimensional electrical simulations (PISCES software). A power device periphery termination is needed to prevent the avalanche breakdown under high voltage condition. Two classical terminations used in silicon device (field-rings and mesa structure) are studied regarding the SiC related constraints. Finally, the etching of SiC appears to be a crucial process step in power device manuf acturing. Experimental results are presented about plasma etching in a DECR (Distributed Electron Cyclotron Resonance) etching system.