Étude des propriétés physiques et nouvelle modélisation SPICE des transistors FLIMOS de puissance

Study of the physical properties and new SPICE modeling of the power FLIMOS transistors’’

• Auteur / Autrice : Abdelghafour Galadi
• Direction : Frédéric Morancho, Moha M'Rabet Hassani
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Micro-électronique
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Toulouse 3

Mots clés

Mots clés contrôlés

SPICE -- logiciel

Modèles mathématiques

Matériaux -- Propriétés mécaniques

Semiconducteurs de puissance

Amorçage (électricité)

Composants électroniques

Transistors MOSFET

Mots clés libres

Transistor FLIMOS

Tension de claquage

Résistance passante spécifique

Modélisation

Modèle SPICE

Résumé

Ce travail de thèse traite de la conception, de l'optimisation et de la modélisation électrique d'une nouvelle génération de composants MOS de puissance, appelés FLIMOS (FLoating Islands MOSFET). La structure FLIMOS permet une nette amélioration de la résistance à l'état passant des transistors MOS de puissance. Comparée à la structure à Superjonction, la structure FLIMOS est très intéressante pour les faibles et moyennes tensions de claquage. Dans un premier temps, nous avons proposé une approche analytique permettant d'estimer la tension de claquage, la résistance passante spécifique et les capacités inter-électrodes de la structure FLIMOS. Par conséquent, nous avons défini la plage des dopages ''utiles'' de la zone de drift pour laquelle la structure FLIMOS était optimisée. Ensuite, nous avons démontré que le concept des îlots flottants ne dégradait pas les performances dynamiques des composants MOS de puissance. Dans un deuxième temps, un nouveau modèle SPICE des transistors MOS de puissance basse tension à canal court, a été proposé pour la première fois. Ce modèle décrit d'une façon plus exacte la zone de transition - entre la zone linéaire et la zone de saturation - du transistor MOS de puissance et tient compte, en plus, des effets du canal court sur la tension de seuil et la mobilité. Les paramètres de ce nouveau modèle sont les mêmes que ceux du modèle SPICE niveau 3. Enfin, le modèle a été validé en comparant les résultats des simulations SPICE aux valeurs mesurées.

This thesis work deals with the design, the optimization and the modeling of a new generation of power MOSFETs, called FLIMOSFETs (FLoating Islands MOSFETs). The FLIMOS structure allows improving the on-resistance of the power MOSFETs. Compared to the Superjunction structure, the FLIMOS structure is interesting for low and medium breakdown voltages. Firstly, we have proposed an analytical approach to estimate the breakdown voltage, the specific on-resistance and the interelectrode capacitances of the FLIMOS structure. As a result, we define a ''useful'' range of the drift doping level in which the FLIMOS structure was optimized. Then, we have demonstrated that the Floating Island concept does not deteriorate the dynamic performances of the power MOS devices. Secondly, a new SPICE model for the low voltage power MOSFET is proposed for the first time. This model describes more accurately the transition region - between the linear and saturation regions - of the power MOSFETs and, in addition, takes into account the effects of the short channel on the threshold voltage and on the mobility. The SPICE parameters of this new model are the same than those of the SPICE level 3 model. Finally, the model was validated by the comparison of SPICE simulated and measured results.