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29/10/2014 : Rémy OUAIDA

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Rémy OUAIDA soutient sa thèse le 29 octobre 2014 à 10h - Amphi. E. du Châtelet - Médiathèque Insa Lyon

Titre :

Vieillissement et mécanismes de dégradation sur des composants de puissance en carbure de silicium (SiC) pour des applications haute température

Jury :

  • Directeur de thèse : JOUBERT CHarles
  • Rapporteurs : LATRY Olivier ; LEFEBVRE Stéphane
  • Examinateurs : BROSSELARD Pierre ; MILLAN José

Résumé :

Dans les années 2000, les composants de puissance en carbure de silicium (SiC) font leur apparition sur le marché industriel offrant d’excellentes performances. Elles se traduisent par des rendements proches de 1, une réduction significative du volume et de la masse, une diminution des pertes et une meilleure intégration. Pourtant les parts de marché du SiC restent limitées dans l’industrie vis à vis du manque de retour d’expérience concernant leur fiabilité. Cette question reste aujourd’hui sans réponse et c’est avec cet objectif qu’a été menée cette étude axée sur le vieillissement et l’analyse des mécanismes de dégradation sur des composants de puissance pour des applications haute température.

Les tests de vieillissement ont été réalisés sur des transistors MOSFET SiC car ces composants attirent les industriels grâce à leur simplicité de commande et leur sécurité "normalement bloqué" (Normally-OFF). Néanmoins, la fiabilité de l’oxyde de grille est le paramètre limitant de cette structure. C’est pourquoi l’étude de la dérive de la tension de seuil a été mesurée avec une explication du phénomène d’instabilité du VTH. Les résultats ont montré qu’avec l’amélioration des procédés de fabrication, l’oxyde du MOSFET est robuste même pour des températures élevées (jusqu’à 300°C) atteintes grâce à un packaging approprié.

Les durées de vie moyennes ont été extraites grâce à un banc de vieillissement accéléré développé pour cette étude. Des analyses macroscopiques ont été réalisées afin d’observer l’évolution des paramètres électriques en fonction du temps. Des études microscopiques sont conduites dans l’objectif d’associer l’évolution des caractéristiques électriques par rapport aux dégradations physiques internes à la puce. Pour notre véhicule de test, la défaillance se traduit par un emballement du courant de grille statique et par l’apparition de fissures dans le poly-silicium de la grille.

Pour finir, une étude de comparaison avec des nouveaux transistors MOSFET a été réalisée. Ainsi l’analogie entre ces composants s’est portée sur des performances statiques, dynamiques, dérive de la tension de seuil et sur la durée de vie moyenne dans le test de vieillissement.

Le fil rouge de ces travaux de recherche est une analyse des mécanismes de dégradation avec une méthodologie rigoureuse permettant la réalisation d’une étude de fiabilité. Ces travaux peuvent servir de base pour toutes analyses d’anticipation de défaillances avec une estimation de la durée de vie extrapolée aux températures de l’application visée.



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