Groupe de Physique des Matériaux - UMR CNRS 6634

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Composants de puissance SiC pour des applications haute température des systèmes mécatroniques

par LABGPM - publié le

Les travaux menés portent sur la fiabilité et l’analyse physique des défaillances des composants à semi-conducteurs large bande SiC pour des applications mécatroniques. L’enjeu d’intérêt mondial est l’optimisation des systèmes d’un point de vue énergétique. Les domaines d’application sont variés : l’énergie, l’aéronautique, le spatial ou encore les transports (automobile, ferroviaire). Les composants à base de SiC s’imposent aujourd’hui comme une alternative au Silicium dans des environnement haute température notamment pour des applications de convertisseurs d’énergie permettant ainsi de réaliser des structures de densité de puissance plus élevée, de volume et de masse réduits, fonctionnant en environnement hostile. Cependant la fiabilité et la robustesse de ces composants de nouvelle génération restent un enjeu majeur pour un large déploiement à l’échelle industrielle.

Les études développées au laboratoire visent une compréhension fine des mécanismes de défaillance des diodes Schottky SiC et des transistors VJFET SiC. Des moyens d’agression par stockage thermique et par décharges électrostatiques (ESD) sont opérationnels. L’analyse des dégradations repose dans un premier temps sur une caractérisation électrique en régime statique par la mesure des caractéristiques I-V en mode pulsé, et en régime dynamique par l’analyse des performances de la cellule diode-transistor en commutation.

La puce est accessible après désencapsulation par ablation laser et attaque chimique. L’analyse microscopique de l’état des contacts et de l’état de surface du composant ayant subi des contraintes thermiques ou ESD est une première étape.

Les moyens matériels du GPM (microscopie électronique à balayage et en transmission MEB, MET, coupe par faisceau d’ions focalisé FIB, ou encore analyse par spectrométrie par dispersion en énergie EDS) permettent d’accéder aux caractéristiques morphométriques et à la composition chimique des composants à l’étude.

L’impact des contraintes environnementales imposées sur la structure des composants est évalué, des phénomènes de migration/diffusion pouvant être identifiés comme étant à l’origine de la dégradation des performances électriques. Des outils de simulation physique sont exploités pour une meilleure compréhension et analyse des phénomènes physique entraînant des dégradations ou défaillances.


Cartographie thermique d’un transistor VJFET SiC désencapsulé en régime commutation par microscopie infrarouge

Cartographie thermique d’un transistor VJFET SiC désencapsulé en régime commutation par microscopie infrarouge


Coupe transversale d’une diode SiC mettant en évidence sa structure

Coupe transversale d’une diode SiC mettant en évidence sa structure


Diode SiC : accès à la puce par ablation laser <br class='autobr' />
et attaque chimique <br class='autobr' />
Coupe transversale d’une diode SiC mettant en évidence sa structure

Diode SiC : accès à la puce par ablation laser
et attaque chimique