Contribution à l'étude des mécanismes de défaillances de l'IGBT sous régimes de fortes contraintes électriques et thermiques, Contribution to the study of failure mecanisms of the IGBT under high electrical and thermal stresses

De
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Sous la direction de Eric Woirgard
Thèse soutenue le 18 décembre 2008: Bordeaux 1
Depuis ces dernières années, parmi tous les composants de puissance, l’IGBT (Transistor Bipolaire à Grille Isolée) occupe une place prépondérante, On le retrouve dans une multitude d’applications et il est devenu un composant de référence de l’électronique de puissance. Dans cette thèse, nous nous intéresserons au fonctionnement de l’IGBT en conditions thermiques et électriques extrêmes. À l'aide de la simulation physique bidimensionnelle d'un modèle d'IGBT de type Punch Through à structure de grille en tranchée, on s'intéressera plus particulièrement aux limites des aires de sécurité, et plus précisément aux mécanismes qui peuvent amener à la défaillance du composant. Une étude expérimentale présentera le comportement de différentes structures d’IGBT dans différents modes de fonctionnement, on traitera plus particulièrement l’influence de la température et de la résistance de grille sur ces modes de fonctionnement. Enfin, une proposition d’amélioration d’IGBT sera développée en simulation mettant en œuvre une couche tampon SiGe.
-IGBT
-Aire de sécurité (SOA)
-Hétérostructure : SiGe
-Modélisation physique
-Court-circuit
-Simulation physique bidimensionnelle à éléments finis
-Commutation dure sous charge inductive avec et sans présence d’une diode de roue libre
-Analyse de défaillance
-Température ; Résistance de grille
For these last years, the IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has occupied a dominating place comparing to other power components. Used in a multitude of applications, it became the component of reference in power electronics domain. In this thesis, I will be interested in operation of the IGBT in extreme thermal and electrical conditions. Using the simulation of a bi-dimensional physical model of a Punch Through Trench IGBT, I will be interested more particularly in the limits of the SOA (Safe Operating Area), and more precisely in the mechanisms which can lead to the failure of the component. An experimental study will present the behaviour of various structures of IGBT in various electrical and thermal operating conditions, more particularly the influence of the temperature and the gate resistance. Lastly, a proposal for an improvement of IGBT will be developed in simulation by implementing a layer SiGe in the N+ buffer layer of the IGBT.
Source: http://www.theses.fr/2008BOR13752/document
Publié le : mardi 1 novembre 2011
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N° d'ordre : 3752

THÈSE

présentée à

L'UNIVERSITÉ BORDEAUX I

ÉCOLE DOCTORALE DE SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGÉNIEUR

par Adel BENMANSOUR

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : ÉLECTRONIQUE


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CONTRIBUTION À L’ÉTUDE DES MÉCANISMES DE
DÉFAILLANCES DE L’IGBT SOUS RÉGIMES DE FORTES
CONTRAINTES ÉLECTRIQUES ET THERMIQUES

*********************





Rapporteurs :

M. Stéphane LEFEBVRE Professeur - CNAM Rapporteur
M. Frédéric MORANCHO Maitre de Conférences - Université Paul Sabatier de Toulouse Rapporteur
meM . Geneviève DUCHAMP Professeur - Université Bordeaux 1 Examinateur
M. Laurent GONTHIER Ingénieur - ST Tours Examinateur
M. Dominique PLANSON Professeur - INSA inateur
M. Eric WOIRGARD Professeur - Université Bordeaux 1 Examinateur
M. Stéphane AZZOPARDI Maitre de Conférences - ENSEIRB Examinateur



- 18 Décembre 2008 -























































































Remerciements

Ces travaux de recherche ont été effectué au sein du Laboratoire de l'Intégration du Matériau
au Système de l’Université de bordeaux I, dirigé par Monsieur le Professeur Pascal
FOUILLAT, que je tiens à remercier pour m’avoir accueilli au sein de son établissement.

Je tiens à remercier Monsieur le Professeur Dominique PLANSON pour le grand honneur
qu’il m’a fait en acceptant d’être président du jury.

Que Messieurs Stéphane LEFEBVRE et Frédéric MORANCHO soient remerciés pour
l’attention
qu’ils ont accordé à la lecture, la critique de ce mémoire et à l’honneur qu’ils m’ont fait en
venant juger ce travail.

Je remercie Madame le Professeur Geneviève DUCHAMP et Monsieur Laurent GONTHIER
pour avoir accepté de faire partie de ce jury et pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail.

Je remercie Monsieur le Professeur Eric WOIRGARD, mon directeur de thèse, pour m’avoir
permis de travailler au sein de son équipe.

Je ne remercierai jamais assez Stéphane AZZOPARDI pour son excellent encadrement, sa
disponibilité, sa gentillesse et pour tout ce qu’il m’a apporté durant la thèse.

Je souhaite remercier tout particulièrement Jean-Christophe MARTIN qui a largement
contribué au travail exposé dans ce mémoire ainsi que pour son aide précieuse.

Je remercie tous les membres de l’équipe « puissance » : Alexandrine, Isabelle et Jean-Yves
pour toute leur aide, leur disponibilité et leurs conseils utiles, Jean-Michel pour son aide
logistique et sa bonne humeur.

Je tiens aussi à remercier tous les doctorants de l’équipe que j’ai côtoyé durant toutes ces
années : Hassan, Ludi, Mathieu, Nicolas, Ryad, Walid, Yassine. Les stagiaires : Adil, Irène,
Nicolas, Paul, Renaud. Ainsi que tous les membres du laboratoire IMS, plus particulièrement Simone, Mme DEBEDA et Mme LAVIGNE pour leur aide. Les doctorants pour leur
sympathie : Adel, Bader, Ludovic, Maher, Moustapha, Nader, Nasser, Othman.

Ma profonde gratitude à mes amis : Saïd Tigzirt le Mirtsmourth et Abderezak « kouky » qui
m’ont beaucoup aidé et supporté, Saloua et Birama (Djiambar), Farid (le canard) et Naima.

A toute ma famille et belle famille en Algérie, en Roumanie et à travers le monde : mes tantes,
mes oncles, mes cousins, mami Elena, Elias, Hans et Viorica pour leur soutien et leurs
encouragements.

Un infini remerciement et ma reconnaissance absolue à mes parents Farida et Malek, et ma
soeur Daya qui m’accompagnent depuis tant d’années. Je leur dédie ce mémoire en
témoignage de la confiance et du soutien qu’ils m’ont toujours attesté. Merci également à
mon beau frère Islam « chinoui » pour toute sa gentillesse et ses encouragements.
À ma tendre et très chère épouse Diana qui m’a encouragé et qui m’a entouré au quotidien de
tendresse et d’amour sans réserve. Je la remercie également pour sa gentillesse, sa patience
et son courage.

Et à minette…























À la mémoire de mes grands parents,
Mima, Manouni et Tonton


À mes parents ema sœur


À Diana























































































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