Participation à l’étude du comportement électrothermique des I. G. B. T. (Transistors Bipolaires à Grille Isolée
par Francis Calmon
Thèse de doctorat en Electronique
Sous la direction de Jean-Pierre Chante.
Soutenue en 1995
à Lyon, INSA , dans le cadre de École doctorale Électronique, électrotechnique, automatique (Lyon) , en partenariat avec CEGELY - Centre de génie électrique de Lyon (Rhône) (laboratoire) .
mots clés-
Résumé
L'étude porte sur les mécanismes physiques de couplage entre les caractéristique électriques, la température de la puce de silicium et la technologie de l'IGBT ( épitaxiée à couche tampon et réduction de la durée de vie des porteurs ou à contrôle de l'injection de charges dite "homogène"). La complémentarité mesures et simulations électrothermiques deux dimensions permet d'analyser la variation de la chute de tension statique avec la température. La dépendance de la charge stockée avec la température est reliée au coefficient statique de température ( dVce/ dT). Dans un hacheur sur charge inductive sans circuit d'aide à la commutation, cette étude permet aussi de comprendre la relation entre la pente de tension à l'ouverture (dV/dt), la structure de l'IGBT et les conditions expérimentales : résistance de grille, température, niveau de courant. Après la disparition du courant électronique amené par le canal, la montée de la tension aux bornes du dispositif génère l'étalement d'une zone de charge d'espace dans la base et crée un courant instantané par évacuation de la charge stockée. La valeur du dV/dt est telle que le courant instantané se substitue au courant électronique statique. En dernier lieu, le comportement des IGBT en court-circuit est abordé. Le mécanisme de destruction du composant est déterminé grâce à l'estimation de la température du silicium pendant la surcharge. L'injection par avalanche pour la structure épitaxiée et l'emballement thermique par génération excessive de porteurs intrinsèques pour le composant à contrôle de l'injection de charges semblent être l'origine de la destruction des dispositifs étudiés dans ce mémoire.
-
Titre traduit
= Investigations on electrothermal effets in I. G. B. T. (Insulated Gate Bipolar Transistors)
-
Résumé
[This thesis concerns coupling between the IGBT junction temperature (NPT and PT technology) and its electrical characteristics using two-dimensional device simulations and IGBT characterisations. We have analysed the influence of the temperature on the stored charge in the IGBT base and on the on-state voltage drop (dVce/dT). Based on the physical analysis of the device behaviour, we explain the influence of the IGBT technology (NPT or PT) and the experimental conditions on the IGBT voltage rise (dV /dt) during tum-off phase in hard switching mode without snubber (inductive load). We observe that the IGBT forces the dV/dt slope. The Vce rise creates an instantaneous current due to the removal of a part of the stored charge in the IGBT base during the depleted zone expansion. The instantaneous current substitutes for the electron current and allows the device to provide the whole load current. The last part of this study concerns the IGBT behaviour in short-circuit condition. We evaluate the junction temperature during current overload in order to find the physical mechanism that leads to the device destruction (carrier generation and thermal runaway, avalanche injection, lath up. . . ). ]
