Etude de la tenue en tension des dispositifs de puissance en carbure de silicium par caractérisations OBIC et électriques

par Karine Isoird

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Marie-Laure Locatelli.


  • Résumé

    Cette étude en vue de l’augmentation de la tenue en tension des composants de puissance en carbure de silicium a porté à la fois sur la détermination de certains paramètres physiques du matériau (coefficients d’ionisation des électrons et des trous) et sur l’analyse du comportement sous polarisation inverse de diodes bipolaires. Les caractérisations électriques ont été complétées par des mesures OBIC (Optical Beam Induced Current). Le début de ces travaux de thèse a été consacré à la mise en place du banc de mesures expérimental OBIC en tenant compte des spécificités du matériau. L’étude bibliographique de différentes méthodes d’extraction des coefficients d’ionisation dans d’autres matériaux a conduit à envisager une procédure adaptée au SiC et visant à minimiser les erreurs engendrées par les hypothèses simplificatrices. Pour cela nous avons conçu et réalisé un composant spécifique (diode Schottky à grille semi-transparente) qui permet d’évaluer les coefficients d’ionisation à partir des variations du facteur de multiplication (M) en fonction de la tension inverse appliquée, obtenues par mesures OBIC. Les paramètres de ce dispositif protégé par extension latérale de jonction implantée ont été optimisés par simulation à l’aide du logiciel ISE. L’étude des comportements électriques de plusieurs lots de diodes 1,5 kV dont les protections (JTE) ont été réalisées avec des dopants différents (Bore ou Aluminium) a révélé l’impact de différentes configurations de recuit post-implantation ionique sur la tenue en tension et sur le comportement en direct. Le banc de mesures OBIC s’est avéré efficace dans l’étude de la répartition du champ électrique des structures étudiées, il a notamment révélé l’influence de divers paramètres (profil de dopage de l’émetteur, dopage de la JTE…) sur le claquage des composants en SiC. La dernière étape de ces travaux de thèse visant à l’augmentation de la tenue en tension a été la réalisation et la caractérisation de diodes conçues pour tenir une tension de 5 kV.

  • Titre traduit

    = Study of the breakdown voltage of the silicon carbide power devices by OBIC and electrical characterizations


  • Résumé

    The purpose of this study is the increase of the breakdown voltage of silicon carbide power devices. It has been devoted both to the determination of physical parameters of material (the electrons and holes ionization rate) and to the analysis of the bipolar diodes behavior under reverse biases. To reach these two aims, my first work consisted in the installation of automatic experimental OBIC (Optical Beam Induced Current) setup. The bibliographical study of various methods of extraction of the ionization rate in other materials contributed to determine a process adapted to SiC and which tends to minimize the errors produced by the simplifying assumptions. For that we designed and fabricated a specific device (Schottky diode with contact semi-transparent). We obtain the variations of the multiplication factor (M) versus reverse bias from measurements of the current optically induced in this device polarized in reverse. The ionization rate is extracted from these measurements. The parameters of this structure protected by the Junction Termination Extension (JTE) were optimized by simulation using software ISE. The study of the electric behaviors of several batches of 1,5 kV bipolar diodes whose junction termination (JTE) were carried out with Boron or Aluminum, revealed the impact of different post-implantation annealing on the reverse and forward behaviors. The OBIC method turned out effective in the study of the electric field distribution onto structures under tests, it revealed particularly the influence of different parameters (emitted doping profile, JTE doping level…) on the breakdown voltage of SiC samples. The last step of these works was the production and the characterization of diodes designed to block 5 kV.

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Informations

  • Détails : 176 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p.155-163

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(2580)
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