De la conception à la caractérisation électrique

L’objectif est d’obtenir des composants de puissance dans des gammes de tension, température ou encore fréquence de commutation encore jamais atteintes. Cela passe par une rupture technologique en changeant de matériau, en passant du silicium aux semiconducteurs grand gap, mais également par la conception de nouvelles structures (approche 3D, modification du design de surface, …).

Cela impose le développement de briques technologiques spécifiques dans le cadre de filières Si, GaN, diamant. Afin de caractériser les composants réalisés, il est nécessaire d’adapter les bancs de mesure existants mais aussi d’en développer de nouveaux dédiés à ces nouveaux composants grands gaps (plateforme PROOF du LAAS).

• Nouveaux concepts de HEMT AlGaN/GaN normally-off

Depuis de nombreuses années l'équipe ISGE est coordinateur et partenaire de projets nationaux autour de la filière GaN de puissance, tant pour le développement de HEMT AlGaN/GaN latéraux que verticaux (ANR VERTIGAN, CPiGaN, PEPR Electronique VERTIGO, ...).

Dans le cadre du projet IPCEI Nano2022, nous avons conçu et nous développons dans la plateforme RENATECH du LAAS un nouveau concept de HEMT normally-off à grille P-GaN nanostructurée permettant d'obtenir des tensions de seuil supérieures à 2 V. Cette technologie à caissons P-GaN épitaxiés le long de la grille , développée en collaboration avec le CRHEA, est un premier pas vers l'intégration monolithique de fonctions de puissance plus complexes sur GaN.

• La filière Diamant

De par ses propriétés, le diamant est un candidat intéressant pour envisager une électronique de puissance travaillant naturellement à plus haute température de jonction, dans un volume plus petit et avec une efficacité énergétique améliorée.

Nous concevons et nous développons dans l'équipe les briques technologiques pour la réalisation de composants de puissance de type diodes TMBS, diodes PIN, transistors U-MOSFET au travers de différents projets (ANR's MOVeToDiam, LAPIN113) regroupant les spécialistes français de l'épitaxie du diamant (GEMaC, LSPM) et de l'électronique de puissance (AMPERE).

Contact: Karine ISOIRD, Frédéric MORANCHO, Patrick AUSTIN, Josiane TASSELLI

• Le carbure de silicium SiC

Les activités de recherche sur l’intégration monolithique de fonctions de conversion de puissance sur SiC sont menées en partenariat avec les laboratoires LAPLACE, AMPERE, L2n, et en utilisant la filière technologique VDMOS-SiC du laboratoire CNM. Elles portent sur la conception et réalisation de nouvelles architectures de puces SiC de puissance qui combinent VDMOS et diodes JBS de manière à réaliser des cellules de commutation à haute performance, poussées au maximum de leur intégration avec un minimum d'interconnexion. Les convertisseurs ainsi formés n'utilisent qu'un nombre minimum de puces ce qui optimise l'implantation sur PCB, le coût et la productivité à grande échelle car un nombre réduit d'étapes de report est requis. Projet ANR PRC MUS²-IC

Contact: Abdelhakim BOURENNANE

Robustesse et fiabilité

Afin d’accroître la robustesse de ces composants il est primordial de prendre en compte, dès la conception, les contraintes telles que la CEM, les ESD, les forts champs électriques, les radiations ou la température.

Les systèmes de gestion de l'énergie jouent un rôle crucial dans les circuits électroniques en contrôlant l'alimentation pour des applications critiques, telles que l'assistance au freinage automobile et la régulation de la charge des batteries. Notre recherche vise à renforcer la robustesse des composants face à une complexité croissante et à la réduction constante de leurs dimensions. Nous approfondissons la compréhension de la physique du fonctionnement des composants soumis à divers stress, afin de mieux appréhender leur fiabilité et de proposer des solutions visant à optimiser leur immunité ou à mettre en place une protection efficace.

Contact: David TRÉMOUILLES