Le projet PROOF signifie : « Platform of Reliability tOOls for Failure analysis dedicated to wide bandgap devices ». Il est porté par le LAAS-CNRS avec pour objectif de mettre en place une plateforme de caractérisation pour l’étude de nouvelles filières de composants pour l’électronique : les composants dits à « grand gap ».
Cette plateforme concerne la forte demande sociétale visant le développement des énergies renouvelables pour protéger notre environnement (lois Grenelle, H2020, COP21...). Elle est en très forte interaction avec non seulement la recherche académique, mais aussi avec le secteur industriel régional, notamment via les entreprises partenaires (voir onglet « Au sujet de PROOF » , sous-onglet « membres fondateurs »).
PROOF est structurée selon une volonté de renforcement des synergies académiques et industrielles dans le domaine de l’analyse et du développement des nouvelles filières de composants semi-conducteurs à large bande interdite (GaN, SiC, C, ...). La plateforme a pour objectif de caractériser, étudier voire améliorer ces dispositifs qui sont une véritable rupture technologique pour de nombreux secteurs industriels (automobile, télécommunication, aéronautique...) et pour de nombreux domaines applicatifs (conversion d'énergie, télécommunication, optique...)
Les objectifs scientifiques de PROOF sont ambitieux :
mise en place de nouveaux moyens de caractérisations complémentaires pour comprendre les mécanismes physiques propres à ces nouvelles technologies,
mener des études sur de nouveaux composants visant à évaluer les performances/fiabilité afin d’optimiser les dispositifs par retour technologique.
Le troisième comité d'orientation stratégique se tiendra au LAAS-CNRS le 30 avril 2024. Le programme est le suivant :
8h45 : Accueil au LAAS
9h : Présentation de la plateforme
Contexte et historique de PROOF, Laurent Bary, LAAS (5 min)
GT1 : Filière Commutation des Composants de Puissance
- Moyens et quelques études, Lucas Moreau, LAAS (15 min) - « Après le GaN et le SiC, quels matériaux pour les composants de puissance, Frédéric Morancho », LAAS (25 min)
Les performances attendues des composants à grand gap nécessitent un banc de caractérisation spécifique permettant le test de composants GaN, SiC ou Diamant sur puces nues à la fois sous haute tension 10 kV et sous haute température. C’est pourquoi une station sous pointes capable de supporter des hautes températures et des tensions jusqu’à 10kV est installée au LAAS depuis avril 2023.
Cette station est équipée de chucks de 4 cm de diamètre permettant des mesures avec des températures allant de 80K à 873K. Les mesures se font sous vide (jusqu’à 10-6 torr) avec 4 micromanipulateurs. Cela permet à la fois d'isoler thermiquement les différents éléments au coeur de l'enceinte mais aussi d'éviter les phénomènes d'arcage dans l'air pour les tests sous hautes tensions. Plusieurs passages de câbles sont prévus afin de réaliser des tests avec des pointes TRIAX, SHV, N, UHT (10kV) et fibre optique.
L’agence AD’OCC et le LAAS-CNRS ont organisé une journée dédiée à « L’Electronique de Puissance - une belle opportunité en Occitanie » le Mardi 4 avril au LAAS-CNRS | Toulouse.
Dans le cadre de cette journée, la plateforme et les équipements PROOF ont été présentés aux visiteurs et ont permis d'échanger sur les composants grands gaps et sur la façon de les caractériser.
Programme complet en cliquant sur read more ci-dessous...
Le deuxième comité d'orientation stratégique s'est tenu le mercredi 5 octobre 2022 avec une quarantaine de personnes (représentant les membres fondateurs, la Région Occitanie et de nombreux invités).
Merci à tous pour cette journée riche en échanges !
Les présentations de la journée sont accessibles en cliquant sur "Read more" ci dessous.
La plateforme PROOF a fait l'acquisition en Mai 2022 d'un nouveau banc de mesures I(V) et paramètres [S] enrégime impulsionnel. Ce banc est composé des équipements de chez AMCAD (PIV AM3200 et suite logicielle IVCAD) et de Keysight (PNA-X N5244B 43 GHz). Celui-ci permet de caractériser des dispositifs actifs en régime impulsionnel directement sur les accès de la puce ou sur véhicule de test.
La projet PROOF a été évoqué dans le magazine "Industries et technologies" n°1053, page 19, dans une sous-tribune ayant pour titre : "Analyser la fiabilité des matériaux des composants grand gap".
Cette sous-tribune a permis de présenter le principe et les objectifs du projet puis de mettre en avant l'originalité du banc de micro-photoluminescence.
Référence : Marina Angel, "Analyser la fiabilité des matériaux des composants grand gap", Industries et technologies, n° 1053, pp. 19, 2022
Pour caractériser des composants de type « grands gaps », il est nécessaire de disposer d’une station sous pointes semi-automatique dite « de puissance » capable de supporter des tensions jusqu’à 3000 Volts. C'est pourquoi la station MPI TS2000-DP a été achetée et est installée depuis le 08 avril 2022 au LAAS.
Cette station a plusieurs particularités si on la compare à la station sous pointe MPI TS2000-D qui était déjà présente au LAAS depuis 2018 (voir Moyens / GT1: Filière commutation des composants de puissance). En effet, elle permet de supporter des tensions de 3kV mais est aussi équipée d’un microscope motorisé avec caméra numérique ainsi que d'un micromanipulateur motorisé. Un panneau permettant de se connecter au testeur paramétrique B1505A de Keysight est également disponible sur cet équipement.
Le projet PROOF a été évoqué plusieurs fois lors de conférences en France sur les composants de puissance.
Evocation de la plateforme PROOF durant le workshop PowerGaN de l'IRT Nanoelec
Tout d'abord, il a été cité au workshop PowerGaN du 07 mars 2022, par David Trémouilles. PowerGan est un nouveau programme technologique dans l'IRT Nanoelec, vous pouvez consulter le lien suivant pour plus d'informations sur ce programme : https://irtnanoelec.fr/powergan-vers-une-filiere-francaise/
Cette présentation a notamment permis d'expliquer les performances exceptionnelles des HEMT GaN mais aussi de traiter des instabilités dynamiques et des mécanismes de défaillances spécifiques de ces composants.
Evocation de la plateforme PROOF lors des "Journées des Electroniques de Puissance" du GdR "Seeds"
Lors de cette session, certains équipements de PROOF ont été présentés (diapo 22) pour traiter de la compréhension et de l'amélioration de la robustesse des semi-conducteurs à grands gaps en régime extrême.
Le micro-spectromètre dédié aux spectroscopies de photoluminescence et Raman UV/Vis/NIR vient d'être installer. Il permet de réaliser des mesures de photoluminescence à partir de 212 nm et des mesures Raman à 325 et 532 nm. Cet équipement allié aux lasers Ti:Saphir, HeCd et au cryostat Helium déjà reçus permet l'identification et la localisation des défauts optiquement actifs dans le GaN, le SiC et le diamant.
Les alignements des différents faisceaux se poursuivent et le banc devrait être totalement opérationnel début Mars.
caractérisation spécifique permettant le test de composants GaN, SiC ou Diamant sur puces nues à la fois sous haute tension 10 kV et sous haute température. C’est pourquoi une station sous pointes capable de supporter des hautes températures et des tensions jusqu’à 10kV est installée au LAAS depuis avril 2023.
