Caractérisation de MOSFETs de puissance cyclés en avalanche pour des applications automobiles micro-hybrides
Résumé
Research work presented in this thesis concern the conception and the study of low voltage power MOSFETs for micro hybrid vehicles (starter alternator). For some of these applications, developed transistors must be able to operate in classical ON and OFF state mode and in avalanche mode at high current and high temperature. To reproduce this operating mode, MOSFETs are submitted to a specific repetitive UIS test. In order to evaluate silicon's temperature during this test, several temperature measurement methods have been developed and compared. In parallel, in order to understand the impact of repetitive avalanche on the transistor, standard electrical parameters (BVDSS, IDSS, RDSon&) are monitored during the test. The only parameter that seems to be shifting with the number of cycles is the RDSon. This phenomenon is due to the measurement method and to a variation of source metallization resistance during cycling. Indeed several observations have shown source metallization ageing and a shift in its resistivity. Different metallization and assembly parameters have been tested to limit this phenomenon. Also various test structures have been designed to study metallization evolution and to compare different metallization behaviors.
Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire, portent sur la conception et l'étude de MOSFETs de puissance faible tension pour des applications automobiles micro-hybrides de type alterno-démarreur. Pour certaines de ces applications, en plus des modes de fonctionnement standards passant et bloqué, les composants développés doivent être capables de fonctionner en mode d'avalanche à fort courant et à des températures élevées. Pour reproduire en laboratoire ces conditions de fonctionnement, les MOSFETs sont soumis à un test UIS répétitif spécifique. Afin d'évaluer la température du silicium pendant ce test, plusieurs méthodes de mesure de température ont été développées et comparées. En parallèle, un suivi des paramètres électriques standards (BVDSS, IDSS, RDSon&) tout au long du test est effectué, dans le but de déterminer l'impact de l'avalanche répétitive sur le transistor. Seule la RDSon des MOSFETs semble évoluer avec le nombre d'impulsions d'avalanche. Ce phénomène est expliqué par la méthode de mesure de RDSon et par la variation de la résistance du métal source pendant le cyclage. En effet, différentes observations ont permis de constater un vieillissement de la métallisation de source du composant, accompagné d'une modification de sa résistivité. Divers types de métaux et de techniques d'assemblage ont alors été expérimentés pour tenter de limiter cet effet. Aussi des structures de test ont été conçues pour étudier l'évolution du métal et pour pouvoir comparer rapidement le comportement de différentes métallisations.
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