Microéléctronique

e de l’école doctorale GEET, pour sa gentillesse et sa disponibilité. Merci aussi à Bekkay Hajji, Mohamed Toufella et Ould Hafid.

Liste des symboles

LISTE DES SYMBOLES

Liste des symboles

Liste des symboles b Cgs Cgs1 Cgsb Cgs2 Cds Cds1 Cds2 Cds1a, Cds2a Cds1b, Cds2b Cgd Cgdmax Cgddep Cox CT Cj0 Ciss Coss Crss D d EC eox Esub H h h2 Ids KP l L La LN+ Lox Lcr m Ouverture entre deux anneaux adjacents (structure FLIMOS) Capacité grille-source Capacité de recouvrement de la grille sur la diffusion N+ source Capacité entre la grille et le canal d’inversion Capacité entre la métallisation de source et le polysilicium de grille Capacité drain-source Capacité drain-source de la jonction principale Capacité de transition de la jonction ‘‘P-îlot/N- drift’’ Capacités des jonctions planes PN- drift Capacités des jonctions cylindriques PN- drift Capacité grille-drain Capacité d’oxyde entre la grille et la zone intercellulaire de drift Capacité de déplétion dans la zone intercellulaire sous la grille Capacité d’oxyde de grille par unité de surface Capacité de transition d’une jonction Capacité de transition pour une polarisation nulle Capacité d’entrée avec sortie en court-circuit Capacité de sortie avec entrée en court-circuit Capacité de transfert grille-drain Longueur d’une cellule élémentaire (l+La) Distance entre la jonction principale et l’îlot flottant Valeur du champ critique de claquage Épaisseur de l'oxyde mince de canal Épaisseur du substrat Hauteur de la couche épitaxiée Épaisseur des bandes N et P (cas de la Superjonction) Profondeur de la diffusion P Courant de drain Facteur de pente (ou paramètre de transconductance) Largeur d'un caisson P Longueur du canal Longueur de la zone accumulée Largeur de la diffusion N+ de source Distance entre le P-body et la fin de métallisation de l’oxyde mince de grille Distance entre la diffusion P source et le premier îlot P (FLIMOS latéral) Facteur de gradualité de la jonction

Liste des symboles N+ Nn Na NA NAmax Nd ni Nsub q QSS Rch Rch.S Ra Ra.S Racc Racc.S RJFET RJFET.S Rbulk Rd Rd.S Rg RN+ Ron Ron.S Rsub Rsub.S Rs S T T0 UT VDBR Vds Vdsat Zone de type N fortement dopée Zone de type N faiblement dopée (zone de "drift") Nombre d’îlots P+ (notion FLIMOS) Densité de dopage de la bande P de la superjonction Densité de dopage de la zone du canal Valeur maximale du dopage de la zone du canal Densité de dopage des zones N (zone de drift, bande N de la superjonction) Densité intrinsèque des porteurs à l'équilibre thermodynamique Densité de dopage de la région de substrat Charge électrique élémentaire Charge d'oxyde ramenée à l'interface Si-SiO2 Résistance de canal Résistance spécifique de canal Résistance de la zone d'accès au drain Résistance spécifique de la zone d'accès au drain Résistance de la couche accumulée sous la grille Résistance spécifique de la couche accumulée sous la grille Résistance de volume de la zone d’accès au drain Résistance spécifique de volume de la zone d’accès au drain Résistance série équivalent à Rd + Rsub Résistance de la zone de "drift" Résistance spécifique de la zone de "drift" Résistance du polysilicium de grille Résistance de la diffusion N+ de source Résistance à l'état passant du transistor MOS de puissance Résistance passante spécifique du transistor MOS de puissance Résistance du substrat N+ relié au drain Résistance spécifique du substrat N+ Résistance de source Surface active de la puce d'un transistor MOS de puissance Température (en K) Température initiale (300 K sauf indication contraire) Potentiel thermodynamique Tension de claquage drain-source du transistor MOS Tension drain-source Tension de saturation (SPICE niveau 3)

Liste des symboles VFB Vgs Vp Vper V'gs Vmax VT W Wepi W0 WN, WP Z µn, µp µnacc µnsub µ0 µ0acc µS µeff φms φB φF φS Ψ Λ θ Tension de bandes plates Tension grille-source Valeur de la tension de drain au début du pincement du canal Tension de perçage de l’îlot flottant (structure FLIMOS avec un seul îlot) Tension effective de grille Vitesse limite des porteurs dans le canal Tension de seuil Largeur des bandes N et P (cas de la Superjonction) Épaisseur de l’épitaxie (cas du LDMOS Resurf) Extension de la ZCE du coté N- drift dans la zone de JFET du MOS Largeur des bandes N et P de la superjonction "Périmètre" total du canal Mobilité des électrons et des trous Mobilité des électrons dans la couche accumulée Mobilité des électrons dans la couche N+ de substrat Mobilité des porteurs dans le volume du semi-conducteur à champ faible Mobilité des porteurs majoritaires dans la couche accumulée à champ faible Mobilité de porteurs en surface dans le canal d'inversion Mobilité effective des porteurs dans le canal Différence des travaux de sortie métal-semi-conducteur Potentiel interne du substrat Potentiel de Fermi Potentiel électrostatique à la surface du semi-conducteur Potentiel transverse de réduction de la mobilité (couche inversée) Potentiel transverse de réduction de la mobilité (couche accumulée) Coefficient de dégradation de la mobilité (θ = 1/Ψ) Permittivité absolue du vide Permittivité relative du silicium

Coefficients d’ionisation des électrons et des trous

ε0 εSi

α n ,α p

Liste des symboles

Tables des matières

TABLE DES MATIÈRES

Table des matières

Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE ............................................................................................ 1

Évolution des composants de puissance..................................................................................... 3 Objectif de ce travail .................................................................................................................. 4

CHAPITRE I : ÉTAT DE L'ART DES COMPOSANTS MOS DE PUISSANCE.............7

I.1. Introduction.......................................................................................................................... 9 I.2. Structures de composants MOS de puissance et principe de fonctionnement................... 10 I.2.1. Composants discrets........................................................................................................ 10 I.2.1.1. Le transistor VDMOS .......................................................................................... 10 I.2.1.2. Le transistor MOS à tranchées ............................................................................. 11 I.2.2. Composants intégrés ....................................................................................................... 13 I.2.2.1. Le transistor LDMOS .......................................................................................... 13 I.2.2.2. Le transistor VDMOS up-drain ........................................................................... 15 I.2.2.3. Le transistor LUDMOS........................................................................................ 15 I.3. Caractéristiques statiques d’un transistor VDMOS de puissance...................................... 16 I.3.1. Tension de claquage........................................................................................................ 16 I.3.1.1. Cas d’une jonction plane infinie en non limitation ‘‘Non Punch Through’’ (NPT) .......................................................................................................................................... 19 I.3.1.2. Cas d’une jonction plane en limitation ‘‘Punch Through’’ (PT) ......................... 20 I.3.2. Résistance à l’état passant............................................................................................... 23 I.3.2.1. Résistance du canal .............................................................................................. 24 I.3.2.2. Résistance d’accès ............................................................................................... 24 I.3.2.3. Résistance de drift................................................................................................ 25 I.3.2.4. Les autres résistances ........................................................................................... 26 I.3.3. Limite du silicium des transistors DMOS verticaux....................................................... 26 I.3.4. Limite du silicium des transistors DMOS latéraux......................................................... 27 I.4. Quelques solutions pour dépasser (ou "briser") la limite dite du silicium......................... 28 I.4.1. Transistors MOS de puissance à Superjonction.............................................................. 28 I.4.2. Composants MOS à îlots flottants : le transistor FLIMOS............................................. 32 I.5. Matériaux semi-conducteurs à grand gap pour l’électronique de puissance ..................... 33 I.5.1. Introduction..................................................................................................................... 33 I.5.2. Compromis "résistance passante spécifique / tension de claquage" ............................... 35 I.6. Conclusion .........................................................................................................................