Conception, réalisation et caractérisation d'un composant limiteur de courant en carbure de silicium

par Franck Nallet

Thèse de doctorat en Dispositifs de l'électronique intégrée

Sous la direction de Dominique Planson.


  • Résumé

    La filière carbure de silicium pour la réalisation de composants de puissance semble être prometteuse dans un avenir proche. Ses propriétés physiques en font un excellent candidat pour des applications où se mêlent haute tension et haute température. Le sujet abordé dans cette thèse entre intégralement dans ce domaine en proposant l'étude d'un composant limiteur de courant en carbure de silicium. Ce dispositif est destiné à la protection des sytèmes électriques contre les surintensités sur un réseau 50 Hz. La fonction demandée est de limiter le courant de surcharge sur une durée limitée et suffisante pour autoriser l'ouverture de la ligne par un organe disjoncteur dans des conditions propices. La conception d'un composant en SiC-4H répondant au cahier des charges (600 V / 50 A) a abouti à une définition des paramètres technologiques assistée par le logiciel de simulation par éléments finis développé par ISEtmTCAD. Un premier prototype, réalisé avec le concours du CNM (Barcelone), montre une densité de courant de saturation d'environ 200. A. Cm-2 et une résistance série spécifique de 150 mégaOhms. Cm2. Le concept proposé en simulation a été vérifié expérimentalement. Le démonstrateur a permis de "rôder" certains points technologiques et de définir un ensemble de corrections envisagées sur la réalisation d'un second prototype. Les prototypes suivant atteignent une densité de courant de saturation de 800 A. Cm-2 avec une résistance série spécifique de 14 mégaOhms. Cm2. Les seconds prototypes de composants limiteurs de courant en SiC-4H réalisés se situent parmi les meilleurs représentants des Accu-MOSFETs obtenus dans la littérature.

  • Titre traduit

    = Conception, realisation and characterisation of a silicon carbide current limiting device


  • Résumé

    Silicon carbide (SiC) technologies for the manufacturing of power devices seem to be promising in the near future. The physical properties of SiC make of it an excellent candidate for high voltage and high temperature applications. The subject developed in the present thesis belongs to the latter field of study and focuses on silicon carbide current limiting devices. These components are designed for the protection of electric systems against short-circuits on a 220 V / 50 Hz network. The function requires to limit a short-circuit overcurrent during a time enough to allow the opening of the power line by a circuit breaker under acceptable conditions. The device can also act alone during a transient current surge. The design of a 4H-SiC component corresponding to the specified conditions (600 V / 50 A) led to a definition of the technological component parameters assisted by the finite-element simulation software developed by ISETM TCAD. A first run of prototypes, realised by the CNM (Barcelona), shows a saturation current density of 200 A. Cm-2 and a specific on-resistance of 150 mOhm. Cm2. The concept studied in simulation was checked experimentally. The demonstrator allowed to optimise some technological aspects and to define a correction set for the manufacturing of a second prototype. The prototypes of the second run reach a saturation current density of 800 A. Cm-2, with a specific on-resistance of 14 mOhm. Cm-2. The 4H-SiC current limiting devices of the second run belong to the best set of Accu-MOSFET devices obtained in the literature.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (194 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-193

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2526)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.