Caractérisation Fonctionnelle de Composants en Carbure de Silicium
Résumé
The intrinsic properties of Silicon Carbide upgrade the properties of silicon in power electronicswer electronics applications. Basically, Silicon Carbide (SiC) makes possible the manufacturing of high voltage Schottky rectifiers, which are non available in Silicon because of poor semiconductor efficiency. This work begins with a general presentation of the Silicon Carbide material and crystal growth headlines. Then, the needed theorical elements to explain the behaviour of these components are presented. Static and dynamic behaviour of these devices can be compared with the best available bipolar Silicon rectifiers, and an electrical simulation of thez complete switching cell is proposed. An other simulation tool is carried out in order to determine the electrothermal behaviour of the SiC Schottky diode. In order to define the current capability of this rectifier, the thermal runaway phenomenon in harsh environment is investigated using the specific tool presented. The last presents an experimental evaluation of the efficiency of the Silicon Carbide Schottky rectifier used in a Power Factor Converter (PFC) power supply. This study takes into account different load and environment conditions, and gives elements to improve the performances of this converter.
Le Carbure de Silicium, par ses propriétés intrinsèques, offre des perspectives dans le domaine de l'électronique de puissance à même de supplanter le Silicium aujourd'hui sollicité à ses limites. En particulier, le Carbure de Silicium (SiC) permet la réalisation de diodes réunissant la technologie Schottky et supportant une haute tension. Après avoir resitué la filière du SiC dans son contexte, on présente dans ce travail les éléments de physique du semiconducteurappliqués à la diode Schottky SiC et justifiant les propriétés et le dimensionnement du composant. Le comportement électrique statique et dynamique des diodes Schottky SiC est ensuite comparé à l'état de l'art des diodes bipolaires en Silicium, et une simulation fine de la cellule de commutation est présentée. Le comportement électrothermique des diodes Schottky SiC est analysé dans la partie suivante à l'aide d'un outil de simulation dédié, permettant d'intégrer à la fois les phénomènes d'emballement thermique propres aux composants majoritaires et les propriétés de haute tenue en température du SiC, pour fournir une évaluation de la densité de courant utile des diodes. Enfin, la dernière partie propose une évaluation de la technologie Schottky SiC DANS UNE APPLICATION pfc, suivant le régime de fonctionnement du convertisseur. Une amélioration visant à exploiter au mieux les propriétés de cette nouvelle diode dans le PFC est ensuite présentée.