Axe 07
Semi-conducteurs à grand gap pour l'électronique de puissance
SiC et GaN supportent la chaleur et les surtensions mieux que le silicium. Pièges, défauts et transport aux interfaces.
Contexte
Un réseau à forte pénétration solaire, soumis à des ambiances chaudes et à des surtensions d'origine atmosphérique fréquentes, est exactement le cas d'usage où les composants de puissance en silicium atteignent leurs limites. Le carbure de silicium et le nitrure de gallium sont la réponse industrielle ; leur physique de défaillance reste ouverte.
La caractérisation fine et la modélisation des défauts gouvernent la fiabilité de ces composants. C'est la question qui intéresse réellement les fabricants d'onduleurs, et elle se traite indépendamment de la fabrication.
Questions ouvertes
Ce que la littérature ne tranche pas
Pièges à l'interface oxyde/SiC : quelle est la nature chimique et la distribution énergétique des états qui limitent la mobilité de canal des transistors 4H-SiC ?
Instabilité de la tension de seuil sous polarisation et température : quelle cinétique de piégeage et de dépiégeage, et quelle part de la dérive est réellement réversible ?
Pièges profonds et effondrement de courant dans les hétérostructures AlGaN/GaN : où sont localisés les pièges responsables, et comment se couplent-ils aux états de surface ?
Sous stress thermique et électrique combiné en ambiance tropicale, la dégradation du boîtier et des passivations domine-t-elle la dégradation intrinsèque du semi-conducteur ?
Quel mécanisme de conduction (Poole–Frenkel, saut assisté par pièges, émission thermoïonique) décrit les courants de fuite au-delà de 150 °C dans ces hétérojonctions ?
Faisabilité
Les composants s'achètent dans le commerce ; le travail porte sur la caractérisation. Un banc I–V–T, une mesure C–V et une spectroscopie de niveaux profonds ouvrent le sujet, et les calculs de défauts se font sur le cluster.
Méthodes et moyens
- Caractérisation I–V–T et C–V en température sur composants commerciaux
- Spectroscopie de niveaux profonds et mesures de bruit basse fréquence
- Essais de vieillissement sous polarisation et température, avec suivi de dérive
- Calcul ab initio des défauts ponctuels et des états d'interface
- Simulation TCAD dérive-diffusion couplée à la thermique
Débouché visé
Une capacité de caractérisation et de modélisation des composants de puissance à grand gap, utile aux fabricants d'onduleurs et aux réseaux à forte pénétration solaire, et la base scientifique d'un futur partenariat de fabrication.
Chaîne de production simulée
Ligne d'assemblage de modules de puissance SiC et GaNDu défaut d'interface calculé en DFT à la température de jonction d'un onduleur à 40 °C ambiant.Axes liés
Physique computationnelle
DFT, dynamique moléculaire, simulation multiphysique : structure électronique, transport de phonons et défauts ponctuels.
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Physique de la fiabilité en environnement tropical
Électromigration, corrosion sur circuits imprimés, diffusion d'humidité dans les encapsulants, fatigue thermomécanique des brasures.
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Physique des décharges et de la foudre
Le bassin du Congo est la zone la plus orageuse du monde, et la physique du couplage foudre–réseau y est presque inexplorée.
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