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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes

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776documents trouvés

16319
01/01/2017

Micro-supercapacitors as miniaturized energy storage componets for electronics

A.KYEREMATENG, T.BROUSSE, D.PECH

ISGE, INM, Nantes

Revue Scientifique : Nature Nanotechnology, Vol.12, N°1, pp.7-15, Janvier 2017, doi:10.1038/nnano.2016.196 , N° 16319

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Abstract

The push towards miniaturized electronics calls for the development of miniaturized energy-storage components that can enable sustained, autonomous operation of electronic devices for applications such as wearable gadgets and wireless sensor networks. Microsupercapacitors have been targeted as a viable route for this purpose, because, though storing less energy than microbatteries, they can be charged and discharged much more rapidly and have an almost unlimited lifetime. In this Review, we discuss the progress and the prospects of integrated miniaturized supercapacitors. In particular, we discuss their power performances and emphasize the need of a three-dimensional design to boost their energy-storage capacity. This is obtainable, for example, through self-supported nanostructured electrodes. We also critically evaluate the performance metrics currently used in the literature to characterize microsupercapacitors and offer general guidelines to benchmark performances towards prospective applications.

138956
16450
01/12/2016

Conception et réalisation de composants de puissance à superjonction et à tranchées profondes pour des applications 600 V et 1200 V

S.NOBLECOURT

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 1 Décembre 2016, 150p., Président: P.AUSTIN, Rapporteurs: D.PLANSON, G.GAUTIER, Examinateurs: L.THEOLIER, Y.SPIGEL, Directeurs de thèse: F.MORANCHO, J.TASSELLI , N° 16450

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01451021

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Résumé

L’énergie et le transport sont au centre des recherches de développement durable. L’amélioration du rendement de la chaine énergétique passe inévitablement par une amélioration du rendement de chacune des parties la composant. Les activités de recherche en électronique de puissance s’inscrivent pleinement dans ces perspectives. L’objet de cette thèse est de proposer des solutions alternatives à l’utilisation de l’IGBT dans les convertisseurs employés pour le transport dans les gammes de 600V et 1200V. De nombreuses recherches se sont concentrées sur l’amélioration des composants MOSFET, notamment pour améliorer la résistance à l’état passant. Le concept de superjonction est le premier à avoir dépasser la limite théorique du silicium. Il consiste en une alternance de bandes N et P à la place de la zone de drift. A surfaces de silicium identiques, la surface de la jonction PN ainsi obtenue est alors beaucoup plus importante dans la superjonction que dans une diode traditionnelle. La tenue en tension va dépendre de la balance des charges entre ces différentes bandes et ne dépendra plus du dopage. Cela permet d’augmenter le dopage de la zone intrinsèque et d’ainsi diminuer la résistance à l’état passant sans entacher les performances dynamiques du composant. Ainsi, il est donc possible d’améliorer le rendement du composant et donc d’améliorer le rendement de la chaine énergétique. Dans une première partie, les travaux de thèse se sont focalisés sur la conception et l’optimisation de composants à superjonction et à tranchées profondes dans les gammes de 600V et 1200V. L’objectif est d’obtenir le meilleur compromis tenue en tension/ résistance à l’état passant pour ces gammes de tension. L’étude théorique a permis de comprendre le comportement de la tenue en tension de différents paramètres technologiques et géométriques. La tenue en tension est très sensible à l’équilibre des charges et à la verticalité des tranchées. La résistance passante, elle, est sensible à la profondeur de diffusion autour des tranchées et, plus généralement, au ratio de conduction entre la surface de la zone N et la surface totale. La structure a donc été optimisée afin de garantir le meilleur ratio « tenue en tension/résistance à l’état passant » en vue d’une réalisation technologique. De plus, les composants à Superjonction nécessitent une protection en périphérie adaptée. En effet, les terminaisons surfaciques telles que les anneaux de garde ne permettent pas d’étaler la zone de charge d’espace à des profondeurs suffisantes. La terminaison qui est la plus adaptée à cette technologie est la Deep Trench Termination car elle permet de conserver l’équilibre des charges en périphérie et ne rajoute pas d’étapes technologiques supplémentaires. Cette terminaison a donc fait l’objet d’une optimisation aux cours de ces travaux de thèse. La seconde partie de mes travaux concerne la réalisation de la structure optimisée précédemment. L’optimisation de la diode à Superjonction est liée à certains paramètres technologiques pouvant s’avérer critiques pour obtenir les performances électriques désirées: la verticalité des tranchées, l’implantation des zones de type P sur les flancs des tranchées et la maîtrise de leur remplissage par un diélectrique. Afin d’assurer un parfait équilibre des charges entre les régions N et P, la fabrication des tranchées profondes a été optimisée afin d’obtenir des flancs de gravure les plus verticaux possible avec une rugosité de surface la plus faible possible. De plus, un procédé visant à obtenir une même profondeur de gravure quelle que soit l’ouverture a été mis en place afin de permettre un remplissage total des tranchées profondes avec du BenzoCycloButene (BCB). L’étude du remplissage des tranchées a permis de mettre au point un procédé permettant le remplissage des tranchées en un seul dépôt.

Mots-Clés / Keywords
Benzocyclobutène; Composants de puissance; Energie; Superjonction;

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16483
01/12/2016

A shadow fault detection method based on the standard error analysis of I-V curves

M.BRESSAN, Y.EL BASRI, A.G.GALEANO, C.ALONSO

ISGE, Univ. de Los Andes

Revue Scientifique : Renewable Energy, Vol.99, pp.1181-1190, Décembre 2016 , N° 16483

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Abstract

Shading on photovoltaic (PV) modules induces disproportionate impacts on power production. This paper presents a fault detection method able to identify anomalies on PV systems such as shading problems. The presence of localized shading on PV modules leads to an overheating of the shaded PV cells despite the activation of by-pass diodes. The temperature increase reduces considerably PV module performances and its lifetime. The presented method uses a simple equation, which corresponds to the normalized error (DE) of the comparison between the I-V curve in normal operation and the I-V curve in shading condition. The first derivative calculation gives the area of the detection in function of the PV voltage of the module (DE/DV). This defines whether one or several PV cells dissipate power. This phenomenon essentially occurs in the case of non-uniform irradiance received on PV modules and could impact PV modules performances. The detection method is explained in detail through the study of specific shadows simulations on PV modules. The results are validated through experimental tests on PV modules.

138614
16461
02/11/2016

Mixed monolithic-hybrid integration of multiphase power converter: preliminary evaluation of the 3-chip integration concept

A.LALE, N.VIDEAU, A.BOURENNANE, F.RICHARDEAU, S.CHARLOT

ISGE, LAPLACE, TEAM

Manifestation avec acte : International Conference on Electrical Systems for Aircraft Railway and Ship Propulsion ( ESARS ) 2016 du 02 novembre au 04 novembre 2016, Toulouse (France), Novembre 2016, 7p. , N° 16461

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01407911

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Abstract

The authors present a 3-chip mixed integration approach that combines monolithic silicon multi-terminal power chips and flip-chip assembly on a printed circuit board (PCB) for the realization of a multiphase power converter. The overall approach allows for taking advantage of the degrees of freedom offered by silicon and PCB technologies with a limited and well-mastered complexity. The multiphase converter is integrated within three multi-terminal chips that are judiciously packaged, using the partial flip-chip, on a PCB board so as to reduce the switching cell stray inductance as well as the impact of voltage variations on the common mode current that flows through the converter's PCB. Using Si and SiC dipole MOSFET and diode chips, converters based on the 3-chip approach were realized and compared to the conventional one. The obtained commutation loop inductance value is reduced by at least a factor of two as compared to that of the conventional one.

138456
16239
02/10/2016

Multi-objective methodology to find the optimal forward current to supply Light Emitting Diode (LED) lightings

J.DULOUT, A.BARROSO, L.SEGUIER, B.JAMMES, P.DUPUIS, G.ZISSIS, C.ALONSO

ISGE, I2C, LAPLACE

Manifestation avec acte : IAS Annual Meeting ( IAS ) 2016 du 02 octobre au 06 octobre 2016, Portland (USA), Octobre 2016, 7p. , N° 16239

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01356352

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Abstract

Light emitting diodes (LEDs) are commonly expected to be the future of lighting because of a high luminous efficacy, a long lifetime and a high color rendering index (CRI). Nevertheless, the performance and the reliability of an LED are strongly dependent on the LED junction temperature. This paper presents a multi-objective methodology to find the optimal forward current subject to the annualized cost of the luminaire (initial capital cost, replacement cost, operation and maintenance cost…) and the annualized energy consumption. A simple LED model based on empirical data has been developed and takes into account optical, electrical, thermal and ageing behaviour. Three different white LEDs have been evaluated through several combinations of forward currents and heatsinks to satisfy a given mission profile. A set of optimal solutions has been determined by Pareto optimization.

137873
16524
02/10/2016

Electrodeposition and characterization of Pt(100) nanostructures

E.BERTIN, S.GARBARINO, M.BRUNET, D.PECH, D.GUAY

ISGE, INRS, Québec, CEMES/CNRS

Manifestation avec acte : Pacific Rim Meeting on Electrochemical and Solid-State Science ( PRIME ) 2016 du 02 octobre au 07 octobre 2016, Honolulu (USA), Octobre 2016, 3p. , N° 16524

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139026
16542
18/07/2016

ADREAM: energy consumption optimization through dynamic energetic simulations for an intelligent management of energy

I.PAPAS, C.GARCIA RODRIGUEZ, B.ESTIBALS, C.ECREPONT, C.ALONSO

ISGE, IDEA

Manifestation avec acte : IEEE International Conference on Scalable Computing and Communications ( ScalCom ) 2016 du 18 juillet au 21 juillet 2016, Toulouse (France), Juillet 2016, pp.975-983 , N° 16542

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01457143

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Abstract

The ADREAM building consists of an innovative architectural structure which integrates 6500 sensors for the purposes of optimized systems and energy surveillance. Amid growing needs for energy optimization research and new technological developments in renewable energies, the ADREAM project stands as a prototype example for creating a multidisciplinary platform that allows the rapid progress of the Energy Networks and Smart Grid domains. A description of the ADREAM project is presented along with the energetic and control systems installed. The methodology for the development and calibration of the building's thermal model and dynamic simulation is also highlighted. The simulations are exploited for the purpose of a thermal behavior, comfort, and energy consumption analysis. The results obtained by the applied parametric variations were used for the proposition of a building renovation investment. The energy optimization goal is enhanced by the development of an ARX model for the prediction and control of energy consumptions, and a Simulink model for the global simulation of all the energetic systems.

139123
16260
22/06/2016

Optimization of the elaboration of insulating layers for the gate structures and the passivation of MIS-HEMT transistors on GaN

R.MEUNIER

ISGE

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 22 Juin 2016, 141p., Président: A.CAZARRE, Rapporteurs: Y.CORDIER, M.P.BESLAND, Examinateurs: G.TOULON, F.MEDJOUB, Directeurs de thèse: F.MORANCHO, A.TORRES , N° 16260

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01376016

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Abstract

The objective of this Ph.D. is to define the best gate dielectric material to introduce in order to create a high-performance MIS-HEMT transistor on an AlGaN/GaN heterostructure. The aim is to reduce gate leakage current as much as possible while preserving a threshold voltage as high as possible in the case of normally-on type transistors. In order to achieve this, surface treatments before the high-k deposition were, and the deposition technique in itself was investigated. The choice made was to use alumina Al2O3 deposited by PEALD(plasma enhanced atomic layer deposition). In a second time, if time is sufficient, another objective is to achieve the creation of normally-off MIS-HEMT transistors, keeping in mind applying to those transistors the results previously obtained. This was done through complete recces etching of the AlGaN barrier under the gate, integrated in the making of a MIS-HEMT structure. Objectives were achieved in both cases, with state of the art results and their presentation in 4 international conferences. a paper was also published in a scientific journal.

Résumé

La thèse a pour but de définir quel est le diélectrique de grille optimal à introduire dans le cadre de la réalisation d'un transistor MIS-HEMT sur hétérostructure AlGaN/GaN. L'objectif est de réduire les courants de fuite de grille au maximum, tout en assurant une tension de pincement la plus élevée possible dans le cas de transistors de type normally-on. Afin de réaliser cela, les traitements de surface avant dépôt ont été étudiés, ainsi que la méthode de déposition en elle-même. Le choix réalisé a été celui de l'alumine Al2O3 déposé par PEALD (Plasma Enhanced Atomic Layer Deposition). Un objectif secondaire fut la réalisation de structures MIS-HEMT de type normally-off, en leur appliquant les résultats obtenus précédemment. La solution retenue a été la gravure totale de la barrière d'AlGaN sous la grille par gravure ICP-RIE (Inductively Coupled Plasma - Reactive Ion Etching) à base de BCl3 intégrée dans la réalisation d'une structure MIS-HEMT. Les objectifs ont été atteints dans les deux cas, avec des résultats à l'état de l'art et des présentations dans 4 conférences internationales. Une publication a été faite dans une revue scientifique.

137413
15624
13/06/2016

Diodes Schottky diamant fonctionnant à 200°C

R.MONFLIER, K.ISOIRD, A.CAZARRE, J.TASSELLI, A.SERVEL, J.ACHARD, D.EON

ISGE, N2IS, IBS, LSPM, NEEL

Manifestation avec acte : Symposium de Génie Electrique ( SGE ) 2016 du 07 juin au 09 juin 2016, Grenoble (France), Juin 2016, 6p. , N° 15624

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01306823

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Résumé

Les caractéristiques courant-tension jusqu'à 200°C de diodes Schottky diamant verticales et pseudo-verticales réalisées dans le cadre du projet DIAMONIX2 sont présentées dans cet article. Sur les différents échantillons testés le taux de fonctionnalité est supérieur à 75%. Pour les diodes verticales la densité de courant atteint 488 A/cm 2 à 200°C, et un courant de fuite < 10-7 A/cm 2 à 50 V. Toutefois, la hauteur de barrière de 1,96 eV et le coefficient d'idéalité de 1,77 sont certainement causés par une densité de charge importante à l'interface diamant/contact Schottky.

136655
16255
07/06/2016

Mesure de résistance dynamique de HEMT en GaN à l'échelle de la centaine de nanosecondes

E.MARCAULT, D.TREMOUILLES, K.ISOIRD, G.TOULON, F.MORANCHO, M.GAVELLE

CEA TECH, ISGE

Manifestation avec acte : Symposium de Génie Electrique ( SGE ) 2016 du 07 juin au 09 juin 2016, Grenoble (France), Juin 2016, 5p. , N° 16255

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01361669

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Résumé

Les nouveaux composants HEMT en GaN de puissance offrent des performances très intéressantes (haute tension, courant élevés, faible résistance à l'état passant, commutation rapide). Toutefois, le matériau GaN contient encore quelques défauts qui constituent des pièges de porteurs, conduisant à des phénomènes dynamiques qui peuvent être difficiles à mesurer, en particulier aux temps courts. Afin de pouvoir étudier ces phénomènes, nous avons mis au point un banc expérimental permettant de mesurer l'évolution de la résistance à l'état passant du composant en fonction du temps, quelques dizaines de nanosecondes après sa mise en conduction pour des tensions bloquées jusqu'à 1200V. L'utilisation de ce nouvel outil est illustrée sur des composants commerciaux. Des hypothèses sont proposées pour expliquer le comportement observé.

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