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Abstract

The Man produces and consumes 6,5 trillions kilowatt hour per year of electricity. In the context of a durable development, this energy must be managed in a more effective way. This is all the more true as the world production increases by 2% per year. The will to ensure a better electric energy management passes naturally by the increasingly pushed integration of the power electronics systems which are, for the moment, mainly static converters. Functional integration is a possible way for monolithic integration. It is based on the setting of electric interactions in the volume of the crystal controlled by the surface topology. Initially centered on bipolar-bipolar associations which in particular allowed the development of ASD2 line (diode-thyristors) of the company St-Microelectronics, the introduction of MOS technologies made possible, thereafter, to increase the possibilities by associating MOS effects to bipolar interactions. This strategy of integration, particularly well adapted to the applications connected on the distribution network of electric power, has known over the last decade an important progression in terms of developed structures. The contents of this thesis thus relates to the design, the characterization and the modelling based on an approach with distributed constants for the carriers distribution in the storage zones of power structures. The whole of these research works has as a prospect to install tools and a methodology of design for the development of the devices based on the concept of Functional Integration

Résumé

LHomme produit et consomme 6,5 trillions de kilowatt heure par an délectricité. Dans le contexte dun développement durable, cette énergie doit être gérée de manière plus efficace. Ceci est dautant plus vrai que la production mondiale progresse de 2% par an. La volonté dassurer une meilleure gestion de lénergie électrique passe naturellement par lintégration de plus en plus poussée des systèmes de lélectronique de puissance qui sont, pour le moment, majoritairement des convertisseurs statiques. Lintégration fonctionnelle est un des modes dintégration monolithique possible. Elle est basée sur la mise en place d'interactions électriques dans le volume du cristal contrôlées par la topologie de surface. D'abord centrées sur des associations bipolaires-bipolaires qui ont permis notamment le développement de la filière ASD2 (diodes-thyristors) de la société ST-Microelectronics, l'introduction de technologies MOS a permis, par la suite, d'augmenter les possibilités en associant des effets MOS aux interactions de type bipolaire. Cette stratégie dintégration, particulièrement bien adaptée aux applications connectées sur le réseau de distribution de lénergie électrique, a connu sur la dernière décade une progression importante en termes de structures développées. Le contenu de cette HDR porte donc sur la conception, la caractérisation et la modélisation basée sur une approche à constante distribuée de la répartition des porteurs dans les régions de stockage des structures de puissance. Lensemble de ces travaux de recherche a pour perspective de mettre en place des outils et une méthodologie de conception pour le développement des composants basés sur le concept de lIntégration Fonctionnelle.

Mots-Clés / Keywords

Composants de puissance; Intégration fonctionnelle; Modèles à constante distribuée; IGBT; Power components; Fonctionnal integration; Distributed constant models;