Conception d'une nouvelle génération de transistor FLYMOS vertical de puissance dépassant la limite conventionnelle du silicium

par Yann Weber

Thèse de doctorat en Microélectronique

Sous la direction de Frédéric Morancho et de Jean-Marc Reynes.

Soutenue en 2008

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    Dans un contexte énergétique mondial difficile, l'amélioration de la gestion de l'énergie électrique revêt une importance majeure. Le transfert de cette énergie électrique est assuré par l'intermédiaire de systèmes de puissances intégrant majoritairement des composants semi-conducteurs de puissance. La démarche d'optimisation entreprise depuis plusieurs années s'est concentrée sur la réduction des pertes en conduction. Dans ce cadre, les performances des transistors MOSFET sont exprimées par le compromis " tenue en tension (BVdss) / résistance à l'état passant (RON. S) ". Pour améliorer ce compromis, des concepts innovants telles que les Superjonctions ou les îlots flottants ont été développées sur silicium, permettant notamment de réduire drastiquement la résistance à l'état passant. Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur la réalisation d'un transistor FLYMOS intégrant jusqu'à deux niveaux d'îlots flottants de type P dans la région épitaxiée N-. Pour la première fois, la forme et les dimensions des îlots flottants ont été déterminées à l'aide d'une caractérisation physique originale. De plus, les limites du FLYMOS ont pu être définies à l'aide de caractérisations électriques dynamiques. Grâce à ces premières études, la compréhension phénoménologique de fonctionnement de ce type de composant a permis le développement d'un processus d'optimisation. Ainsi, des transistors FLYMOS d'une tenue en tension de 230 V ont été réalisés avec succès et leur résistance spécifique à l'état passant de 4,5 m[omega]. Cm2 se révèle inférieure à la limite conventionnelle du silicium. Au final, la caractérisation électrique complète de ces composants a permis de montrer qu'ils étaient une bonne alternative aux composants 200 V à Superjonction.

  • Titre traduit

    Conecption of a new generation of FLYMOS vertical power transistor to overcome the conventional silicon limit


  • Résumé

    In a difficult worldwide energy environment, the improvement of electrical energy management is very key. The transfer of this electric energy is provided through power systems integrating principally power semiconductors devices. Since many years, the optimization process has focused on the reduction of conduction losses. In this context, the power MOSFET transistors performances are expressed through the "breakdown voltage (BVdss) / specific on-resistance (RON. S)" trade-off. To improve it, innovative concepts such as Superjonctions or Floating Islands have been developed and, as a result, have drastically reduced the on-resistance. The research presented in this thesis focused on the achievement of FLYMOS transistors incorporating up to two levels of P-type floating islands in the N- epitaxial region. For the first time, the shape and size of the floating islands were determined with an original physical characterization. In addition, the FLYMOS boundaries have been defined using electric dynamic characterizations. Thanks to these first studies, phenomenological understanding of this kind of component has allowed the development of an optimization process. Thus, FLYMOS transistors sustaining voltage of 230 V has been successfully developed and their specific on-resistance of 4,5 m[omega]. Cm2 overcomes the conventional silicon limit. Finally, a complete electrical characterization of these devices allowed to show that there are a good alternative to 200 V Superjunction devices.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (189 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 173-177

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 TOU3 0279
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