Etude et conception de structures bidirectionnelles en courant et en tension commandées par MOS

par Abdelhakim Bourennane

Thèse de doctorat en Conception de circuits microélectroniques et microsystèmes

Sous la direction de Jean-Louis Sanchez et de Marie Breil.

Soutenue en 2004

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Ces travaux s'inscrivent dans le contexte de l'intégration fonctionnelle. Nous nous intéressons plus particulièrement aux interrupteurs bidirectionnels commandés par MOS. Ces interrupteurs devraient pouvoir remplacer le triac dans les applications domestiques. En effet, le triac est un composant commandé en courant nécessitant une énergie de commande relativement élevée par rapport aux dispositifs commandés en tension. Ainsi, dans un premier temps nous avons analysé la plupart des structures proposées dans la littérature afin de déterminer leurs avantages et leurs limitations, et dans un second temps, nous avons proposé de nouvelles structures. La première est un MOS-triac qui permet de doter le triac d'une impédance d'entrée élevée, et d'avoir une structure triac commandée en tension. Cette structure a été analysée, à l'aide de simulations 2D, conçue, réalisée et caractérisée. La deuxième structure est un MOS-thyristor bidirectionnel en courant et en tension. Elle utilise un nouveau principe de mise en conduction dans le troisième quadrant de fonctionnement. En effet, ce principe est utilisé pour la première fois dans les dispositifs de puissance. Afin de vérifier que l'IGBT latéral est en mesure de fournir un courant nécessaire pour le déclenchement du thyristor vertical, un IGBT latéral et un thyristor vertical ont été réalisés et associés de manière hybride. La caractérisation de ces deux composants a montré qu'il est possible d'obtenir le fonctionnement souhaité en associant monolithiquement ces deux composants. Enfin, La dernière structure proposée est un MOS thyristor bidirectionnel en courant et en tension dont les électrodes de commandes et de puissance sont sur la même face du substrat de silicium. Cette particularité devrait faciliter l'intégration d'éléments passifs avec ce dispositif de puissance. L'analyse du fonctionnement de cette structure est effectuée à l'aide de simulations 2D et des éléments de conception ont été donnés dans l'optique de les réaliser. .

  • Titre traduit

    Design of voltage and current bidirectional structure controlled by MOS


  • Résumé

    This thesis work deals with the design of new MOS gated ac switch structures for ac mains applications, using functional integration. These devices are intended to replace the triac in ac mains applications. Indeed, the triac is a current controlled device requiring moderate amount of control power compared to voltage controlled devices. To develop new structures, the MOS controlled bidirectional devices proposed in the state of th art were analysed and their advantages as well as their drawbacks were highlighted. The first structure that we proposed is a MOS-riac that allows to have a triac structure with high input impedance and a voltage controlled structure. This structure is analysed using 2D simulations, designed, realised and we gave some experimental results. The second structure is a voltage and current bidirectional MOS-thyristor device. This structure uses a new type of triggering mode in the third quadrant of operation. Indeed, this mode of triggering is used for the first time in power semiconductor devices. To check that the lateral IGBT is capable of supplying the necessary current to turn-on the vertical thyristor, a lateral IGBT and a vertical thyristor were realised separately. The characterisation of these two components showed that it is possible to obtain the desired operation by integrating monolithically these two components. The third and last structure we proposed is also a bidirectional MOS controlled device. . .

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 224 f.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. à la fin des chapitres

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2004TOU30098
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.