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Detailed view PhD thesis
INSA de Toulouse (03/03/2005), F.MORANCHO (Dir.)
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Conception de transistors FLYMOSTM verticaux de puissance adaptés aux applications automobiles du futur (batterie 42V)
Stephane Alves1

Les nouveaux systèmes développés par le secteur automobile font de plus en plus appel à l'électronique et nécessiteront bientôt plus de puissance que ce que peuvent fournir les batteries 12 et 24 Volts actuelles. C'est dans ce cadre que de nouvelles batteries 42 Volts vont être introduites. Dans un premier temps, nous avons montré que les solutions "classiques", permettant de diminuer la résistance à l'état passant des composants unipolaires conventionnels, n'étaient plus satisfaisantes car elles se heurtaient à une limitation fondamentale, dite "limite du silicium". C'est pour cette raison que nos travaux de recherche se sont orientés vers de nouveaux transistors MOS de puissance (FLYMOS") adaptés au 42 Volts. Le travail présenté dans ce mémoire est basé sur le concept des îlots flottants (FLi-Diode) et de son application aux composants MOS (FLYMOS"), afin d'améliorer le compromis "tenue en tension/ résistance à l'état passant". Ce concept consiste en l'introduction d'une région flottante P dans une zone N- afin d'étaler le champ électrique dans le volume : la tenue en tension peut ainsi être augmentée sans pour autant dégrader la résistance à l'état passant. Dans un deuxième temps, les paramètres technologiques ont été optimisés à l'aide de la simulation physique bidimensionnelle pour concevoir un transistor FLYMOS" (cellules de bord et centrale) présentant un compromis optimal entre tenue en tension et résistance à l'état passant. Le concept des îlots flottants a ensuite été validé par la réalisation technologique de FLi-Diodes et de FLYMOS" basse tension (BVdss < 100V). Les meilleurs transistors FLYMOS" ainsi réalisés présentent une tenue en tension supérieure à la tenue en tension de la jonction plane et une résistance à l'état passant fortement améliorée puisqu'elle est proche de la limite conventionnelle du silicium.
1:  LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse]
Transistor MOS de puissance – Ilots flottants – Tenue en tension – Résistance passante spécifique (Ron*S)

The new systems developed by automotive sector require more and more electronics and will require more power than what can supply 12 and 24 Volts batteries of today. In this context new 42 Volts batteries are going to be introduced. In a first time, we showed that classical solutions were not suitable anymore to decrease the specific on-resistance of conventional unipolar devices to break the conventional "silicon limit". It is for this reason that our research works turned to new power MOS transistors (FLYMOS") adapted to 42 Volts. The work presented in this thesis is based on the concept of the Floating Islands (FLIDiode) and on its application to MOS devices (FLYMOS") in order to improve the "voltage handling capability/specific on-resistance" trade-off. The concept consists in the introduction of a P-buried floating layer in the N- drift region, in order to divide, under reverse bias condition, the maximal electric field in two parts and, consequently, to improve the breakdown voltage without degrading the specific on-resistance. In a second time, the technological parameters were optimized by "two dimensional physical simulations" to design the FLYMOS" transistor (edge and central cells). This FLYMOS" presents an optimal "voltage handling capability/specific on-resistance" trade-off. Then the floating island concept has been validated by the technical realization of low tension of FLIDiode and FLYMOS" (BVdss<100V). So the best realized FLYMOS" transistors present a breakdown voltage higher than the breakdown voltage of "plane junction" and a specific on-resistance strongly improved since it is close to the silicon conventional limit.
Power MOSFET – Floating Islands – Breakdown voltage – Specific On-resistance

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