Dissertations / Theses: 'Coefficient de température de puissance'

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Torres, aguilar Moira. "Development of photovoltaic module outdoor performance indicators based on experimental platforms." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2024. http://www.theses.fr/2024IPPAX025.

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Abstract:

Pour accélérer la transition énergétique vers le solaire photovoltaïque (PV) il faut améliorer la précision des estimations de puissance des installations solaires, la motivation principale de cette thèse. L'évaluation d'un module se fait dans des Conditions de Test Standard (STC) (irradiation de 1000 W/m², température du module (Tmod) de 25 °C, masse d'air de 1,5) que en général on ne trouve pas à l'extérieur, d'où la nécessité d'étudier le comportement d'un module PV fonctionnant dans des conditions réelles.Ce travail fournit une étude de cas de l'impact des facteurs comme l'irradiation (G), Tmod, la neige, le vent, l'ombrage et la salissure sur la production d'énergie d'un banc d'essai PV extérieur (BE) et d'une installation PV en toiture connectée au réseau (IT), situés sur le campus de l'École Polytechnique près de Paris. Basé sur cette analyse, différents filtres sont proposés pour nettoyer la base de données pour l'évaluation des performances. Le BE est composé de modules de cinq technologies différentes (a-Si/µc-Si, c-Si, CIS, HIT, CdTe). L'IT a une capacité de 16,3 kWp avec 52 panneaux de 6 modèles différents (feuille blanche et noire, PERC plein et demi-cellules, Q.ANTUM demi-cellules, bifacial), basés sur du silicium monocristallin.La caractérisation des performances de ces installations est effectuée sur une période de 4 ans pour le BE et de 3,5 ans pour l’IT. Pour le faire, on utilise des indicateurs de performance comme le rendement de référence, des modules et le ratio de performance (PR), avec leurs corrections de température.Les valeurs mensuelles du PR montrent des variations saisonnières selon le type de module, certaines d'entre elles montrant une forte dégradation au fil du temps. En moyenne, il y a une perte de PR du 5% due à l'effet de la température pour les modules à base de c-Si et d'environ la moitié pour ceux à couche mince dans le BE. Le PR moyen pendant l'hiver, compte tenu de l'effet de la température, est compris entre 89 et 93 % pour les modules c-Si et HIT et entre 77 et 90 % pour ceux à couches minces. En plus, des pertes de PR ont été observées dans l’IT dues à l'ombrage de 10 % pour la feuille noire, de 15 % pour celle blanche, de moins de 5 % pour les demi-cellules et de 7 % pour le bifacial.Un taux de dégradation a été estimé en %/an de -0,12, -0,30, -0,8, -0,46, -1,88 pour a-Si/µc-Si, c-Si, CIS, HIT, CdTe respectivement et de 1 %/an pour l’IT.La dernière analyse consiste à récupérer expérimentalement le coefficient de température de puissance (γ), utilisé pour corriger les estimations de puissance PV. Sa valeur STC (γSTC) est supposé constant et généralement prise de la fiche technique du module. Ce travail étudie sa dépendance à G (γG) et analyse la possibilité de l'utiliser pour améliorer la précision d’un modèle d'estimation de la puissance PV. Ceci est fait pour différentes données de G (pyranomètre, photodiode, extraites des mesures de courant de court-circuit, modélisées à partir de l'irradiance globale-directe-diffuse) et Tmod (mesurée, extraite des mesures de tension en circuit ouvert). Les résultats montrent que γ dépendait du niveau de G, des mesures d'irradiation utilisées pour son calcul et des filtres utilisés. L'utilisation de γG issu de pyranomètre ou d'irradiances modélisées et de Tmod mesuré n'améliore pas l'estimation de la puissance pour les modules du BE. En revanche, l'utilisation de mesures par photodiode réduit l'erreur relative moyenne absolue (rMAE) jusqu'à 2,9%, la rendant plus adéquate pour les technologies c-Si. De plus, le calcul de γG à partir de G et Tmod estimés via les mesures de la courbe I-V du module diminue la rMAE jusqu'à 3,6%. Cette méthode est adéquate pour les technologies c-Si et utile pour compenser la dégradation des modules à couche mince. Cette méthodologie a abouti à une amélioration de 1% de l'estimation de la puissance totale du BE
A crucial factor in accelerating the energy transition towards solar photovoltaic (PV) is the improvement of accuracy in power estimations from solar installations, the main motivation of this PhD thesis. The rating of a module is done under Standard Test Conditions (STC) (irradiance of 1000 W/m², module temperature (Tmod) of 25 °C, Air Mass of 1.5) not usually found outdoors, making it necessary to study the behavior of a PV module operating under real-life conditions.This work starts by providing a case-study of the impact of environmental factors such as irradiance (G), Tmod, snow, wind, shading, and soiling on the power output of a PV outdoor testbench and a grid-connected rooftop PV power plant, both located on the campus of École Polytechnique near Paris. Based on this analysis, different filters are proposed to clean the dataset for performance evaluation. The testbench is comprised of modules of five different technologies (a-Si/µc-Si, c-Si, CIS, HIT, CdTe). The rooftop installation has a capacity of 16.3 kWp with 52 panels of 6 different models (white and black backsheet, PERC full and half-cells, Q.ANTUM half-cells, bifacial), all based on monocrystalline silicon.Then, the performance characterization of said installations is carried out, for a 4-year period for the outdoor testbench and a 3.5-year period for the rooftop installation. This is done by utilizing performance indicators like reference yield, module yield, and performance ratio (PR), along with their temperature-corrected counterparts. Monthly PR values show diverse seasonal variation depending on the module type, some of them showing a strong degradation over time.On average, there is a 5% PR loss due to temperature effect for the c-Si-based modules and about half for the thin-film modules in the testbench. The average PR during winter, considering the temperature effect, is between 89-93 % for c-Si and HIT and between 77-90 % for thin-films. During this time, losses in PR due to shading of 10 % for the black backsheet, 15 % for the white backsheet, less than 5 % for the half-cells, and 7% for the bifacial module were observed in the rooftop installation.The PR loss for the modules in the testbench led to an estimated degradation rate in %/year of -0.12, -0.30, -0.8, -0.46, -1.88 for a-Si/µc-Si, c-Si, CIS, HIT, CdTe respectively and of 1%/year for the rooftop installation.The final analysis is the experimental retrieval of the power temperature coefficient (γ), commonly used to perform temperature corrections on PV power estimations and assumed to be constant, its STC value (γSTC) is usually taken from the module’s datasheet. Thus, this work studies its dependence on G (γG) and analyzes the possibility of using γG in a PV power estimation model to improve its accuracy. This is done for different data sources of G (pyranometer, photodiode, retrieved from short-circuit current measurements, modelled from global-direct-diffuse irradiance) and Tmod (measured, retrieved from open-circuit voltage measurements). The results showed a dependence of γ on the level of G, the irradiance sensor providing the measurements utilized for its computation, and the filters used to clean the data. Using a γG calculated with pyranometer or modelled irradiances and a measured Tmod yielded no improvement on the power estimation for the testbench modules whereas one using photodiode measurements reduced the relative mean absolute error (rMAE) by up to 2.9 %, proving more adequate for c-Si technologies. Furthermore, computing γG using a G and Tmod estimated from the module’s I-V curve measurements resulted in a decrease of rMAE of up to 3.6%, a method proving to be adequate for c-Si technologies and useful in compensating for degradation in thin-film modules. However, the improvements were modest, a 1% betterment of the total power estimation for the testbench

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Viverge, Pierre-Jean. "Convertisseur de faible puissance pour environnement haute température." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0061.

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Abstract:

Ce mémoire traite de la faisabilité d'un convertisseur AC/DC de faible puissance, dédié au fonctionnement sur l'intervalle de température compris entre 25°C et 185 C. Tous d'abord, nous présentons les généralités sur l'étude de l'électronique en haute température ainsi que les différents points permettant d' effectuer le choix d'un convertisseur, d'après un cahier des charges donné. Le fonctionnement du convertisseur choisi pour l'étude est ensuite analysé. Dans la seconde partie de l'étude, nous présentons l'évolution de différents paramètres de composants susceptibles d'être utilisés pour la réalisation du convertisseur. Toutes les grandes familles de composants sont envisagées. Le fonctionnement du convertisseur complet (utilisant une centaine de composants) est analysé à 185°C. Nous nous intéressons plus particulièrement au comportement de l'interrupteur bidirectionnel. En effet , c'est le seul sous-ensemble capable de conduire à un dysfonctionnement du convertisseur, si ses composants n'ont pas fait l'objet d'un choix particulier. Cette partie précise le fait que les interactions entre plusieurs composants, au comportement à priori satisfaisant en haute température, peuvent conduire à une dégradation du système complet. En dernier lieu , nous abordons l'analyse du vieillissement de composants ayant fonctionné, 400 heures à 185°C, au sein du convertisseur. Ensuite, nous présentons le fonctionnement du convertisseur complet, durant 400 heures à 185°C puis lOO heures à 200°C
This complete study covers the analysis from 20°C to l85°C of the realisation bases and behaviour of a low power AC/DC converter. After the choice of he power supply structure, we propose rules, remarks and cautions for such type of converter for low and high temperature electronic as well. The study shows the evolution of t he convert er components and elements versus temperature. The devices are tested alone and inside their environment. In particular, we analyse the bidirectional switch behaviour versus temperature because it can induce problems if we don't apply specific rules of choice about its components. We study the 185°C running of the complete converter (using hundred components ) and we show that it is possible to use a low power converter during 400 hours at l85°C then 100 hours at 200°C

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Drevin-Bazin, Alexia. "Module de puissance à base SiC fonctionnant à haute température." Thesis, Poitiers, 2013. http://www.theses.fr/2013POIT2251/document.

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Abstract:

Le développement de dispositif de puissance haute température est un véritable challenge pour la recherche fondamentale et industrielle. La chaleur, provenant de l'échauffement des composants ou des conditions environnementales, représente l'une des contraintes majeures auquel est confronté un module de puissance. Le sujet de l’étude menée dans le cadre de cette thèse, financée par la société HCM (Groupe SERMA) vise à élaborer un module de puissance complet et fiable à haute température. La première partie de l’étude concerne la réalisation d’attaches de puces par différentes techniques : brasage eutectique, frittage de nanopoudre d’argent et le brasage en phase liquide transitoire. Le report de puce a mis en évidence les différents problèmes engendrés par l’utilisation d’une métallisation standard du substrat céramique pour une application haute température. Suite à ce constat, des solutions alternatives au niveau de la métallisation du substrat céramique ont été proposées. Afin d’obtenir la meilleure solution d’assemblage à envisager pour un fonctionnement à 300°C, l’élaboration d’un plan d’expériences Fisher-Taguchi a permis de hiérarchiser l’influence de chaque niveau d’intégration sur la tenue mécanique du joint. Les résultats ont permis de proposer une solution qui répond aux exigences. Dans la deuxième partie, le comportement mécanique des joints sous différents niveaux de contraintes thermiques a été étudié. Des essais de fluage ont également été réalisés sur les brasures eutectiques afin de modéliser la réponse du module aux sollicitations thermomécaniques. Les paramètres caractéristiques au fluage ont été déterminés expérimentalement. La troisième partie présen
The development of power electronic devices operating under high temperature environments is a great challenge for microelectronic industry. The objective of this thesis, supported by the HCM society (SERMA Group) is to propose a complete assemblage able to operate under high temperature. The first part of this study presents the different die attach techniques: eutectic solder alloys, sintered nanosilver and the TLPB method. The implementation for techniques was optimized via the variation of various experimental parameters by using a Fisher-Taguchi method. The as-proposed protocol corresponds to values of maximal shear stress. Moreover, an alternative solution to the substrate metallization was proposed to suppress any diffusion between the different elements deposited on the ceramic substrate.In the second part the mechanical behavior of joints under various levels of thermal and mechanical stress was studied. Creep experiments were carried out on the eutectic solders to describe the thermo-mechanical behavior of the complete module. The parameters characteristic of creep were experimentally determined. Finally, in the last part of this study the growth of Ti3SiC2 MAX phases were studied onto α-SiC substrates differently oriented by thermal annealing of TiAl layers deposited by magnetron sputtering. The Ti3SiC2 phase of low contact resistivity is proposed as new ohmic contact materials in dual n and p-type SiC-based devices. A step flow mechanism was proposed to explain that Ti3SiC2 grow, preferentially along the SiC basal planes, from a heterogeneous surface nucleation

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Liu, Qiang. "Etude du comportement électrique de transistor de puissance pour l'automobile en haute température." Lyon, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAL0125.

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Abstract:

La connaissance du comportement électrique à température de boîtier de l'ordre de 200°C des composants de puissance à semi-conducteur est d'une grande importance pour les applications électroniques de l'automobile du futur. Dans ce contexte, notre travail s'est intéressé à deux aspects : une étude de fonctionnalité à haute température de trois types de transistors de puissance (Darlington, MOSFET et IGBT) intéressants pour l'automobile (en particulier pour les applications d'injection et d'allumage transistorisés) et une contribution à l'étude de la fiabilité de la fonction "allumage" à haute température. Les températures moyennes de jonction concernées par cette étude sont comprises entre 30°C et 220°c. L'étude de fonctionnalité a permis de quantifier l'effet d'une élévation de la température de jonction jusqu'à 220°C sur les performances électriques de différents types de composants, Darlington, MOSFETs et IGBTs, du commerce. Bien que souvent fortement modifiées du fait de la dépendance des paramètres physiques du silicium vis-à-vis de la température, les caractéristiques électriques des transistors de puissance étudiés attestent de leur fonctionnalité à 220°C. Si les trois technologies considérées ·sont équivalentes devant l'augmentation très forte de leur courant de fuite à l'état bloqué, leurs comportements à l'état passant peuvent être différents sous faible tension de déchet et pour des courants inférieurs ou égaux au courant nominal constructeur. La mesure des dérives des principales caractéristiques électriques des transistors de puissance étudiés suite aux essais de stockage, cycle et choc thermiques sévérisés en température, n'a pas permis de montrer d'incompatibilité systématique entre bonne fonctionnalité et présence d'une température ambiante de 200°C. Enfin, l'étude du comportement de Darlington, MOSFET et IGBT de puissance, en fonctionnement dans un circuit d'allumage électronique, à température de jonction moyenne de 220°C, a permis de mettre en évidence, pour chacune des trois technologies, une caractéristique pouvant être critique pour la fiabilité de la fonction "allumage" à haute température
The knowledge of power semiconductor device electrical behaviour at about 200°C case temperature represents a great interest for future automotive electrical application. In this thesis, our work deals with two aspects : a study of functionality at high temperature for three types of power transistors (Darlington, MOSFET and IGBT) used by automobile (in particular for the application of transistorized injection and ignition) and a study of reliability for the "ignition" fonction at high temperature. The average junction temperature concerned by this study ranges from 30°C to 220°C. The study of functionality gives the electrical performance depending on junction temperature up to 220°C for different types of devices, Darlington, MOSFET and IGBTs, commercially available. The characteristics are affected by great changes in physical parameters of silicon with the increase in junction temperature. At off-state, the obvious increase in leakage current with ternperature is the same for the three devices. At on-state, their electrical behaviours are different for small votage bias and for current not greater than the nominal current. The measurement of drifts of electrical characteristics due to storage at high temperature, thermal cycle and thermal shock, can not demonstrate the systematic incompatibility between good functionalicy and presence of a 200°C ambient temperature. Finally, the study of the behaviour of Darlington, MOSFET and IGBT power devices, working in the ignition circuit, at 220°C of average junction temperature, has shown for each three technologies, that a characteristic may be critical for the reliability of the "ignition" function at high temperature

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Blanchart, Philippe. "Thermistances BaTi03 à coefficient de température positif microstructure et propriétés électriques." Limoges, 1990. http://www.theses.fr/1990LIMO0083.

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Abstract:

Ce travail porte sur l'etude de la microstructure et des proprietes electriques de thermistances ctp composees de batio#3 dope avec y#2o#3. Nous avons clarifie l'influence de parametres tels que la formulation initiale et le cycle de frittage sur le grossissement granulaire exagere constate au-dessous de la temperature d'apparition de la phase liquide (1312c). Nous avons plus particulierement mis en evidence l'influence du carbonate de baryum residuel dans les echantillons lors de l'etape de germination des gros grains. La caracterisation electrique d'echatillons frittes avec une phase liquide, a 1350c, a ete faite par spectroscopie d'impedance. Elle a permis de determiner les contributions, a la resistance totale, du volume des grains, des joints de grains et des electrodes, en fonction du taux de dopant. La concentration electronique a ete calculee a partir de la conductivite volumique et a partir de mesures capacite-tension sur des barrieres de schottky constituees d'un depot sous vide d'argent sur batio#3 semiconducteur

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Locatelli, Marie-Laure. "Etude du comportement électrique du transistor bipolaire de puissance en haute température." Lyon, INSA, 1993. http://www.theses.fr/1993ISAL0036.

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Abstract:

Le domaine des composantes de puissance haute température concerne à la fois les applications devant fonctionner en milieu à température ambiante élevée, et les applications en ambiance normale pour les quelles une augmentation de la puissance massique et volumineuse des équipements souhaitée. Dans ce contexte, nous nous sommes plus particulièrement attaché à l'étude du comportement électrique du transistor bipolaire de puissance dans la gamme de températures allant de 30°C à 260°C. Ont été successivement étudiées et analysées d'un point de vue physique les évolutions en température des principales caractéristiques à l'état bloqué, ainsi que les caractéristiques de communication sur charge résistive et induite. Une évaluation de la dissipation de puissance en fonction de la température de jonction du composant a été effectuée pour les différentes phases de son fonctionnement. Ayant écarté tout problème relatif au vieillissement et à la fiabilité, cette étude a montré que la fonctionnalité globale du transistor bipolaire de puissance est maintenue dans tout l'intervalle de température, malgré une diminution sensible de ces performances. L’augmentation des pertes de puissance lorsque la température croît entraîne une limitation de l'intérêt d'un fonctionnement à température de jonction élevée. Le silicium, semiconducteur exclusif de l'électronique de puissance moderne, est directement mis en cause, victime des dépendances en température de sa concentration intrinsèque de porteurs et de la mobilité des électrons et des trous. De l'analyse théorique du comportement à haute température du transistor bipolaire de puissance, et de la connaissance des propriétés physiques du carbure de silicium, sont déduits, pour finir, les bénéfices à attendre d'une substitution du silicium par de nouveau semiconducteur
The high temperature power device field concerns both the high ambient temperature applications an the systems opera ting at usual ambient temperature for which an increase in the power-to-weigh ratio is needed. In this frame, we particularly examined the electrical behaviour of the bipolar power transistor in the [30°C, 260°C] temperature range. We studied and analysed from a physical point view the on- and off-state characteristics, as also the switching characteristics under resistive and inductive load. An evaluation of the device dissipation versus junction temperature was made for each Phase of its switching operation Having left away all ageing and reliability problems, this study showed that the bipolar power transistor functionality is maintained in all the temperature range, though a perceptible performance diminution. The increase in power dissipation when the temperature is augmented leads to a limitation of the advantage of a high temperature operation of the component. Silicon, which is the sole semiconductor used for existing power devices, is personally involved especially because of its intrinsic carrier concentration and carrier mobility dependences on temperature. The analysis of the high temperature bipolar power transistor electrical characteristics, and the knowledge of the silicon carbide physical properties let us deduce the theoretical advantages of such a new semiconductor with regard to improvement of the bipolar power transistor performance at high temperature

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Hamieh, Youness. "Caractérisation et modélisation du transistor JFET en SiC à haute température." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00665817.

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Abstract:

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d'applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l'interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d'onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation.

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Youssef, Toni. "Modélisation multiphysique d'un assemblage de puissance haute température destiné à l'environnement aéronautique." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0167/document.

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Abstract:

Le principal défi auquel sont confrontés aujourd'hui les équipementiers aéronautiques est d'augmenter l'utilisation des systèmes électriques à bord de l'avion. De nos jours, le remplacement des systèmes hydrauliques par des actionneurs électriques conduit à placer les systèmes électriques dans un environnement hostile, par exemple dans la nacelle du moteur. L'équipement est soumis à des contraintes sévères telles que des températures élevées et basses, un cycle thermique étendu, une humidité élevée et une basse pression. En conséquence, des efforts doivent être faits pour réduire le poids et le volume du convertisseur de puissance sans perdre ses performances. Pour atteindre cet objectif, la conception de modules de puissance doit permettre un haut niveau d'intégration, d'efficacité et de fiabilité. On s’intéresse en particulier aux dommages causés par la fatigue qui ont une influence significative sur les performances électriques de ces modules. Les tests de performance liés à la fatigue restent des efforts coûteux pour l'équipement aéronautique. Un nombre fini de tests destructifs, par vieillissement accéléré, peut être effectué pour un nombre assez faible de configurations. Le but de ces tests est d'étudier les modes de défaillance apparaissant lors du vieillissement accéléré. Par conséquent, des simulations numériques ont été envisagées, facilement évolutives et utilisables pour un grand nombre de configurations, mais nécessitant des données d'essais expérimentaux. Dans ce manuscrit, quelques modes de défaillances sont étudiés. On propose une méthode numérique intégrant les contraintes principales dans les équipements, à savoir la simulation électrique, thermique et mécanique. Ces trois problèmes physiques ont des temps caractéristiques différents et sont fortement couplés avec un comportement non trivial. Pour optimiser l'utilisation des ressources et avoir une représentation pertinente du problème, un procédé couplé électrique 1D / thermique 3D / mécanique 3D a été implémenté sur un bus de cosimulation. Différents pas de temps, différents niveaux d'abstraction et différentes compétences sont utilisés pour fournir un modèle multiphysique de modules de puissance
Today’s main challenge for aeronautical equipment manufacturers is to respond to the more electrical aircraft regulations. Moreover, there are many applications in aircraft area where high temperature technologies are needed. Nowadays, the replacement of hydraulic systems for electric ones leads to place the power inverters in a harsh environment, for example in the engine nacelle. The equipment is under high constraints such as high and low temperatures, wide temperature cycling, high humidity and low pressure. Combined to these environmental constraints, the new aircraft system is submitted to weight and operating cost reduction. As a consequence, efforts shall be done to reduce weight and volume of the power converter without losing its performance. To reach such a goal, the design of the converter must enable a high level of integration, efficiency and reliability. In particular, fatigue damage has a significant influence on such modules electrical power performance. And fatigue-related performance testing remains a costly endeavor for aeronautical equipment. A finite number of destructive tests can be carried out in specific facilities for a fairly low number of configurations. The purpose of these destructive tests is to investigate the failure modes appearing regarding this accelerated ageing. Therefore numerical simulations have been envisaged since non-destructive, easily evolving and usable for a high number of configurations, though needing data from experimental assays. In this study, we propose a method dealing with the main constraints for such equipment, i.e. electrical, thermal and mechanical simulation. Those three physical problems have different characteristic time and are strongly coupled with a non-trivial behavior. To optimize the resources usage and have a relevant representation of the problem, a 1D electrical / 3D thermal / 3D mechanical coupled method has been implemented over a co-simulation bus. Different time steps, different abstraction levels and different skills are used to provide predictions of the multiphysical fatigue behavior of power modules

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Baazaoui, Ahlem. "Optimisation thermomécanique du packaging haute température d’un composant diamant pour l’électronique de puissance." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14490/1/baazaoui.pdf.

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L’accroissement des besoins en énergie électrique pour les systèmes embarqués et leur augmentation de puissance nécessitent de concevoir des systèmes d’électronique de puissance toujours plus performants. Une solution d’avenir concerne la mise en œuvre de composants à base de diamant qui permettent l’augmentation conséquente des tensions et courants mis en jeux, mais aussi de la température maximale de jonction admissible. Le cadre de ces travaux est celui du projet de recherche Diamonix 2, qui concerne l’étude et l’élaboration d’un composant diamant fonctionnant à haute température. L’objectif du travail doctoral présenté ici est l’étude du packaging haute température de ce type de composant diamant. Plusieurs choix de matériaux et de techniques aptes à l’élaboration d’un assemblage de puce diamant sur un substrat métallisé ont été effectués. La caractérisation microstructurale et mécanique de trois types de jonctions ont été réalisées (refusion d’un alliage AuGe, frittage de nano pâtes d’argent et diffusion en phase solide d’indium dans des couches d’argent). Des essais mécaniques de cisaillement de divers assemblages ont permis d’évaluer le comportement thermomécanique des jonctions et des interfaces. Les essais de cisaillement ont servi à l’identification inverse des paramètres interfaciaux d’un modèle de zones cohésives, pour différents types d’interfaces. Des modèles éléments finis d’assemblage, incluant le comportement viscoplastique des jonctions et des lois d’endommagent des interfaces, ont servi à simuler le comportement thermomécanique du packaging d’un composant diamant.

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Planson, Dominique. "Contribution a l’étude de composants de puissance haute température en carbure de silicium." Lyon, INSA, 1994. http://www.theses.fr/1994ISAL0013.

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Les potentialités du carbure de silicium en tant que matériau semi-conducteur en vue d'obtenir un composant de puissance sont ici étudiées, pour des applications de puissance dans la gamme (1500 v-1 a). Les paramètres du matériau connus a ce jour permettent la conception assistée par ordinateur de composants en SiC pour mieux cerner la triple adéquation matériau/composant/technologie. Les caractéristiques électriques de trois types de transistors (bipolaire, MOSFET et JFET) sont étudiées a l'aide de simulations électriques bidimensionnelles (logiciel PISCES). Une protection périphérique des composants de puissance est nécessaire pour se prémunir du claquage par avalanche du a la haute tension. Deux types de protection classiques de la filière silicium (anneaux de garde et structure mesa) sont étudiées avec les contraintes liées au SiC. Enfin, la gravure du SiC apparaît comme une étape technologique clef pour les composants de puissance, et nous présentons nos résultats expérimentaux de gravure par plasma dans un réacteur utilisant le principe de la résonance cyclotronique électronique distribuée
The potentialities of silicon carbide are studied as a semiconductor material in order to obtain a power device able to operate in the range (1500 V - 1A). The nowadays knowledge of the material properties allows to design SiC components with the help of computer aided design, in order to meet the trade-off material/device/technology. The electrical characteristics of three types of transistors (bipolar, MOSFET and JFET) are studied with bidimensional electrical simulations (PISCES software). A power device periphery termination is needed to prevent the avalanche breakdown under high voltage condition. Two classical terminations used in silicon device (field-rings and mesa structure) are studied regarding the SiC related constraints. Finally, the etching of SiC appears to be a crucial process step in power device manuf acturing. Experimental results are presented about plasma etching in a DECR (Distributed Electron Cyclotron Resonance) etching system

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Gamal, Salah. "Etude et modélisation du comportement électrique des diodes de puissance en haute température." Lyon, INSA, 1992. http://www.theses.fr/1992ISAL0023.

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Ce mémoire est consacré à l'étude des diodes de puissance à haute température afin de dégager les limitations réelles de l'augmentation de la température maximale de jonction dans ces dispositifs. Des analyses théoriques et expérimentales et des interprétations du comportement des diodes en silicium à haute température sont effectuées. Une méthode originale pour déterminer la durée de vie des porteurs libres dans la zone centrale des diodes de type PIN est proposée. Finalement, une comparaison entre deux diodes assez semblables en silicium et en carbure de silicium, ainsi qu'une estimation des potentialités théoriques des diodes en SiC sont présentées
In order to evaluate the real limitations to increase the maximum junction temperature of power diodes, the electrical behaviour of silicon power diodes at high temperature has been studied and analysed theoretically and experimentally. A new method for measuring the high level carrier lifetime in the base of PIN power diodes has been introduced. Finally, a comparison between similar diodes fabricated in silicon and silicon carbide, as well as a theoretical estimation of the potentialities of silicon carbide are introduced

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Msolli, Sabeur. "Modélisation thermomécanique de l'assemblage d'un composant diamant pour l'électronique de puissance haute température." Thesis, Toulouse, INPT, 2011. http://www.theses.fr/2011INPT0088/document.

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Abstract:

L'utilisation du diamant comme composant d'électronique de puissance est une perspective intéressante tant en ce qui concerne les applications hautes température que forte puissance. La problématique principale de ces travaux réalisés dans le cadre du programme Diamonix, réside dans l'étude et l'élaboration d'un packaging permettant la mise en oeuvre d'une puce diamant devant fonctionner à des températures variant entre -50°C et 300°C. Nous nous sommes intéressés au choix des matériaux de connexion de la puce avec son environnement. Suite à l'étude bibliographique, nous proposons différentes solutions de matériaux envisageables pour le substrat métallisé, les brasures et les métallisations. Dans un second temps, les différents éléments ont été réalisés puis caractérisés à partir d'essais de nanoindentation et de nanorayage. Des essais mécaniques ont permis de caractériser le comportement élastoviscoplastique et l'endommagement des brasures. Ces derniers essais ont servi de base expérimentale à l'identification des paramètres d'un modèle de comportement viscoplastique couplé avec l'endommagement et qui a été spécialement élaboré pour cette étude. Le modèle de comportement a été implémenté dans un code de calcul par éléments finis via une sous-routine. Il permet notamment de simuler le processus de dégradation d'un assemblage. Enfin, ce modèle de comportement a été mis en oeuvre dans des modélisations thermomécaniques de différentes configurations de véhicules test
Use of diamond as constitutive component in power electronics devices is an interesting prospect for the high temperature and high power applications. The main challenge of this research work included in the Diamonix program is the study and the elaboration of a single-crystal diamond substrate with electronic quality and its associated packaging. The designed packaging has to resist to temperatures varying between -50°C and 300°C. We contributed to the choice of the connection materials intended to be used in the final test vehicle and which can handle such temperature gaps. In the first part, we present a state-of-the-art of the various materials solutions for extreme temperatures. Following this study, we propose a set of materials which considered as potential candidates for high temperature packaging. Special focus is given for the most critical elements in power electronic assemblies which are metallizations and solders. Once the materials choice carried out, thin substrate metallizations, solders and DBC coatings are studied using nanoindentation and nanoscratch tests. Mechanical tests were also carried out on solders to study their elastoviscoplastic and damage behavior. The experimental results are used as database for the identification of the parameters of the viscoplastic model coupled with a porous damage law, worked out for the case of solders. The behavior model is implemented as a user subroutine UMAT in a FE code to predict the degradation of a 2D power electronic assembly and various materials configuration for a 3D test vehicle

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Mousa, Rami. "Caractérisation, modélisation et intégration de JFET de puissance en carbure de silicium dans des convertisseurs haute température et haute tension." Lyon, INSA, 2009. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2009ISAL0043/these.pdf.

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Abstract:

Les systèmes d’électroniques de puissance ont grandement bénéficié du progrès révolutionnaire des composants de puissance en silicium (Si). Actuellement la quasi-totalité des applications d’électronique de puissance utilise des composants en Si. Les applications d’électroniques de puissance à haute température, haute tension et forte puissance sont de plus en plus croissantes et le silicium atteint ses limites. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d’énergie interdite. Les propriétés électriques de ce matériau devancent celles du silicium, ce qui signifie qu’un composant en SiC présente de meilleures performances par rapport à son équivalent en silicium (Si). Les différents travaux à travers le monde démontrent un avenir prometteur pour le SiC dans la prochaine génération des composants de puissance. Le transistor JFET-SiC est l’interrupteur le plus avancé dans son développement technologique car il est au stade de la pré-commercialisation. Un modèle de type circuit pour les composants en SiC présente une extrême importance pour l’analyse et la conception de circuits de convertisseurs, en particulier, si une comparaison avec les composants en Si est établie. Le travail réalisé au cours de cette thèse, consiste à caractériser électriquement plusieurs versions de JFET-SiC pour des températures comprises entre 25°C et 225°C. Les caractérisations sont basées sur des mesures DC (Courant - Tension) en utilisant un traceur de caractéristiques, des mesures AC (Capacité - Tension) en utilisant un analyseur d’impédance et des mesures en commutation sur charge R-L (Résistive-Inductive). L’objectif est d’établir un modèle analytique du transistor JFET-SiCED. Ce modèle est basé sur l’analyse physique et comportementale du JFET en tenant compte de l’influence de la température et de la présence des deux canaux intrinsèques. Le modèle a été développé en langage VHDL-AMS et validé en régime statique ainsi qu’en dynamique en utilisant le simulateur SIMPLORER 7. 0. La validation du modèle montre une excellente concordance entre les mesures et la simulation
Silicon Carbide (SiC) is considered as the wide band gap semiconductor material that can advantageously complete with silicon (Si) material for power switching devices. The different works across the world show a promising future for SiC in the next generation of power devices. SiC-JFET is the switch most advanced in its technological development because it is at the stage of pre-commercialization. Compact circuit simulation models for SiC devices are of extreme importance for designing and analysing converter circuit, in particular, in comparisons with Si devices should be performed. In this theses, different kinds of Silicon Carbide JFET samples were characterized at temperatures up to 225 C. The characterizations are based on the DC (Current - Voltage) characteristic measurements using a curve tracer and on the AC (Capacitance - Voltage) measurements using an impedance analyzer and on the switching characteristics using unclamped inductive load. The purpose is to establish an analytical model that is based on the physical and behavioural analysis of the SiC-JFET, taking into account the two physical channels and the influence of temperature. The model is developed in VHDL-AMS language, and validated with both steady-state and transient characteristics using SIMPLORER 7. 0 simulator. Validation of the model shows excellent agreement with measured data. The model is validated with both steady-state and transient characteristics. Validation of the model shows excellent agreement with measured data

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El, Ghazouani Mohamed. "Conception d'une plate-forme flexible de vieillessement haute température pour modules IGBT sous contraintes." Montpellier 2, 2006. http://www.theses.fr/2006MON20198.

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Vierron, Emilie. "Impact de l'effet centre sur la puissance." Paris 6, 2008. http://www.theses.fr/2008PA066525.

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Abstract:

La conduite d’une étude multicentrique induit la présence d’une corrélation entre les réponses de sujets issus d’un même centre. Cette corrélation définit l’effet centre et est habituellement quantifiée à l’aide du coefficient de corrélation intraclasse. Nous avons dérivé une formule de taille d’échantillon prenant en compte l’effet centre et montré que le nombre de sujets nécessaire d’un essai multicentrique peut être diminué en fonction de l’importance de cet effet : la corrélation intra-centre des données augmente la puissance des essais multicentriques à randomisation individuelle. Une formule générale du design effect a ensuite été développée pour tout type d’étude multicentrique afin de savoir dans quels cas le schéma multicentrique permet de gagner ou de perdre en puissance. Enfin, nous avons cherché à quantifier l’importance de l’effet centre dans une étude observationnelle prospective, l’étude DESIR : nos résultats montrent que l’effet centre peut être important et représenter jusqu’à 20% de la variabilité totale. Toute étude multicentrique doit être planifiée et analysée en prenant en compte l’effet centre : le calcul du nombre de sujets nécessaire doit être ajusté sur le design effect et l’analyse réalisée au moyen de modèles incluant un effet centre.

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Soisson, Arnaud. "Développement de polymères hydrophobes résistants à haute température pour l’encapsulation de module de puissance." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLV024.

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Abstract:

L’objectif de cette thèse était de concevoir denouveaux matériaux polymères hydrophobes pour la protectionde composants semi-conducteurs, résistants à hautetempérature, aux forts champs électriques et aux atmosphèresagressives. Dans ce contexte, les polyimides d’addition sontapparus comme la famille de polymères la mieux adaptée pourl’application envisagée. La synthèse de l’encapsulant étantréalisée directement dans les boîtiers des modules, elle ne peutdonc pas contenir de solvant organique exogène. Ainsi, nousavons développé de nouvelles voies de synthèse sans solvantde poly(aminobismaléimide)s et de poly(bismaléimide)s.Dans un premier temps, différentes diamines aliphatiques ontété utilisées comme solvant réactif lors de la synthèse depoly(aminobismaléimide)s à une température bien inférieure à latempérature de fusion du bismaléimide utilisé (Tf > 300 °C). Unepremière série de 3 nouveaux poly(aminobismaléimide)sréticulés de 70 à 95 % a ainsi été réalisée. A partir de cespremières synthèses, 10 nouveaux poly(aminobismaléimide)sont été élaborés. Pour 9 d’entre eux, des diamines aromatiquesont été utilisées et, pour le dernier, une diamine siloxane. Cesrésultats démontrent la possibilité de généraliser ce procédé desynthèse.Dans un second temps, des poly(bismaléimide)s ont étésynthétisés, toujours sans solvant. Pour cela, les synthèses dequatre nouveaux bismaléimides liquides à température ambianteont été mises au point. Ces composés ont une structurealiphatique ou siloxane dans laquelle un motif pyroméllitique aété, ou pas, introduit. Leur polymérisation amorcée avecl’amorceur radicalaire ad hoc, conduit à la formation desmatériaux sans l’usage de solvant.Selon le choix des réactifs, des matériaux thermodurcissablesou élastomères sont obtenus. Ces derniers semblent mieuxadaptés à l’application souhaitée car, d’une part, la faibleviscosité des mélanges réactionnels permet leur applicationsans difficulté dans un module de puissance et, d’autre part, leurcaractère hydrophobe est plus marqué. L’un d’eux présente unestabilité thermique à 250 °C particulièrement intéressante et unetempérature de relaxation mécanique quasi hors gamme detempérature de fonctionnement. Ce matériau peut doncvraisemblablement être utilisé comme encapsulant
The aim of this work is to develop new hydrophobicpolymeric materials for the protection of semi-conductorcomponents. These materials must withstand high temperature,strong electric fields and aggressive atmospheres such asmoisture. In this context, addition polyimides emerged as themost suitable polymers for the intended application. Thesynthesis of the encapsulant being made directly in the powermodules, it must be solvent free. Thus, we have developed newsolvent free synthesis routes of poly(aminobismaleimide)s andpoly(bismaleimide)s.First of all, different aliphatic diamines were used as a reactivesolvent in the synthesis of poly(aminobismaleimide)s to atemperature well below the melting point of the usedbismaleimide (m.p. > 300 °C). A first series of 3 newpoly(aminobismaleimide)s, crosslinked from 70 to 95 %, hasthus been made. From these first syntheses, 10 newpoly(aminobismaleimide)s have been developed. For 9 of them,aromatic diamines were used and, for the latter, a siloxanediamine. These results demonstrate that this process can begeneralized.Secondly, poly(bismaleimide)s were synthesized, still withoutany solvent. In order to do so, the syntheses of four newbismaleimides, liquid at room temperature, have beendeveloped. These compounds have an aliphatic or siloxanestructure in which a pyromellitic pattern has been or notintroduced. Their polymerization initiated with the suitable radicalinitiator leads to the formation of materials without the use of anysolvent.Depending on the choice of reagents, thermosetting materials orelastomers are obtained. These latter seem more suitable for thedesired application because, on one hand, the low viscosity ofthe reaction mixtures enables their application in a powermodule without any difficulty and, on the other hand, theirhydrophobic behaviour is stronger. One of them has aparticularly attractive thermal stability at 250 ° C and amechanical relaxation temperature almost out of the workingtemperature range. Therefore, this material may be used asencapsulant

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Riva, Raphaël. "Solution d'interconnexions pour la haute température." Thesis, Lyon, INSA, 2014. http://www.theses.fr/2014ISAL0064/document.

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Abstract:

Le silicium a atteint sa limite d’utilisation dans de nombreux domaines tels que l’aéronautique. Un verrou concerne la conception de composants de puissance pouvant fonctionner en haute température et/ou en haute tension. Le recours à des matériaux à large bande interdite tels que le carbure de Silicium (SiC) apporte en partie une solution pour répondre à ces besoins. Le packaging doit être adapté à ces nouveaux types de composants et nouveaux environnements de fonctionnement. Or, il s’avère que l’intégration planaire (2D), composé de fils de câblage et de report de composants par brasure, ne peut plus répondre à ces attentes. Cette thèse a pour objectif de développer un module de puissance tridimensionnel pour la haute température de type bras d’onduleur destiné à l’aéronautique. Une nouvelle structure 3D originale constituée de deux puces en carbure de silicium, d’attaches par frittage d’argent et d’une encapsulation par du parylène HT a été mise au point. Ses différents éléments constitutifs, les raisons de leur choix, ainsi que la réalisation pratique de la structure sont présentés dans ce manuscrit. Nous nous intéressons ensuite à un mode de défaillance particulier aux attaches d’argent fritté : La migration d’argent. Une étude expérimentale permet de définir les conditions de déclenchement de cette défaillance. Elle est prolongée et analysée par des simulations numériques
Silicon has reached its usage limit in many areas such as aeronautics. One of the challenges is the design of power components operable in high temperature and/or high voltage. The use of wide bandgap materials such as silicon carbide (SiC) provides in part a solution to meet these requirements. The packaging must be adapted to these new types of components and new operating environnement. However, it appears that the planar integration (2D), consisting of wire-bonding and soldered components-attach, can not meet these expectations. This thesis aims to develop a three dimensional power module for the high temperature aeronautics applications. A new original 3D structure made of two silicon carbide dies, silver-sintered die-attaches and an encapsulation by parylene HT has been developed. Its various constituting elements, the reason for their choice, and the pratical realization of the structure are presented in this manuscript. Then, we focus on a failure mode specific to silver-sintered attaches : The silver migration. An experimental study allows to define the triggering conditions of this failure. It is extended and analyzed by numerical simulations

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Bechara, Keyrouz Mireille. "Etude des matériaux isolants d'encapsulation pour la montée en température des modules de puissance haute tension." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00645018.

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Abstract:

Les travaux effectués au cours de cette thèse ont porté sur la recherche et l'étude expérimentale de matériaux isolants électriques capables de satisfaire la fonction d'encapsulation de composants et modules de puissance haute tension à température de jonction élevée. Le travail réalisé inclut un état de l'art des matériaux isolants solides haute température disponibles commercialement. Il est ressorti de cette étude un sévère compromis entre tenue en température et dureté du matériau. Deux voies d'étude ont été considérées en parallèle, afin de répondre aux deux objectifs suivants. Le premier est une tenue en tension élevée avec une tenue en température minimale de 250 °C, mettant en oeuvre une encapsulation de volume susceptible d'être plus performante que le gel silicone. Le second objectif est une tenue en tension moyenne (inférieure à 1,2 kV) avec une tenue en température supérieure à 300 °C, faisant appel à une encapsulation de surface a priori utilisable jusqu'à 350 °C. Deux matériaux élastomères silicones chargés en SiO2 et un polymère semi-cristallin (parylène fluoré, PA-F) ont ainsi été respectivement retenus pour l'étude. L'analyse des propriétés diélectriques et électriques, réalisée pour la première fois sur ces matériaux à haute température a constitué l'objectif principal de ce travail de thèse en corrélation avec l'étude de l'évolution du comportement physico-chimique et structural des matériaux. Ainsi, pour l'étude sur les élastomères silicones chargés, les caractérisations thermiques menées ont permis de déterminer les températures limites d'utilisation entre -60 °C et 250 °C sous air. L'étude des propriétés diélectriques sous faible champ montre un comportement similaire pour les deux élastomères et a permis de mettre en évidence les différentes transitions de phases à basse température (de -150 °C à 25 °C). A haute température (de 25 °C à 300 °C), l'analyse a permis d'identifier aux basses fréquences une relaxation vers 120 °C, sensible au traitement thermique préalable du matériau, reliée à l'absorption d'humidité. Il est possible d'évacuer l'eau absorbée par un recuit adapté à température supérieure à 120°C. L'évolution de la conductivité DC entre 200 ˚C et 300 ˚C met en évidence des valeurs de l'ordre de 10 -13 Ω-1.cm-1 à 300 °C. Ces faibles valeurs montrent l'intérêt de ces élastomères silicones pour l'isolation électrique dans cette gamme de température. En ce qui concerne le PA-F, les caractérisations thermiques ont pu confirmer que ce matériau est stable pour des températures inférieures ou égales à 350 °C même sous air. Les mesures électriques ont permis de montrer des valeurs de conductivité DC jusqu'à 350 °C inférieures à 10-12 Ω-1 cm-1, caractéristiques d'un matériau toujours isolant. Le PA-F conserve un champ de rupture compris entre 2 et 4 MV.cm-1 jusqu'à 350°C. Par ailleurs, le PA-F a montré une amélioration des propriétés diélectriques à faible champ avec l'augmentation de son épaisseur jusqu'à 50 micromètres. Il a ainsi été montré que cet effet est attribuable à une augmentation de la cristallisation induite par l'épaisseur. De même, l'effet d'un recuit a été étudié, montrant une diminution de la conductivité DC ainsi qu'une augmentation de la rigidité diélectrique, corrélées à un phénomène de cristallisation induit ici par la température. Ce phénomène apparaît donc bénéfique pour les propriétés d'isolation. Le PA-F présente ainsi des propriétés diélectriques initiales exceptionnelles jusqu'à 350 °C, offrant une perspective de solution d'encapsulation de surface, à confirmer par une étude de vieillissement sous haute température à long terme.

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Robutel, Rémi. "Etude des composants passifs pour l'électronique de puissance à "haute température" : application au filtre CEM d'entrée." Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00665819.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont dédiés à l'étude des composants passifs pour l'électronique de puissance à haute température. Des condensateurs et des matériaux magnétiques sont sélectionnés et caractérisés jusqu'à environ 250°C. Les caractéristiques électriques et électromagnétiques montrent, pour certains de ces composants et matériaux, des dépendances significatives en fonction de la température, mais également des non-linéarités et des phénomènes d'hystérésis. Les caractérisations sont ensuite exploitées pour la conception d'un filtre CEM d'entrée d'un onduleur de tension de 2kW. Une démarche et des considérations liées au dimensionnement d'un filtre sont détaillées. Un démonstrateur de filtre CEM est testé en charge et à haute température (200°C). Les résultats montrent une dépendance relativement faible des perturbations conduites entre 150kHz et 30MHz en fonction de la température (environ +6dBµA entre 25°C et 200°C selon la norme DO-160F). Le fonctionnement à haute température de composants passifs au sein d'un filtre CEM pour l'électronique de puissance a été démontré. En complément du filtre à composant discret et pour répondre aux besoins d'atténuation à haute fréquence qui seront accrus pour les convertisseurs à base de semi-conducteurs à grand gap (SiC et GaN) qui commutent plus rapidement que des interrupteurs de type IGBT en Si, nous avons proposé l'intégration de condensateurs de mode commun au sein d'un module de puissance. Les résultats simulés et expérimentaux ont montré une réduction des perturbations conduites grâce à l'intégration de ces condensateurs. Cette solution, compatible avec un fonctionnement à haute température, est positionnée comme une solution alternative à un filtre d'entrée complexe (multi-niveaux) et s'inscrit dans la tendance actuelle des IPEM (Intelligent/Integrated Power Electronics Module) qui recherche l'intégration de fonctions dans le module de puissance. L'ensemble de ces travaux souligne par ailleurs l'importance du packaging pour l'électronique de puissance à haute température.

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Bechara, Keyrouz Mireille. "Étude des matériaux isolants d'encapsulation pour la montée en température des modules de puissance haute tension." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/3552/.

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Abstract:

Les travaux effectués au cours de cette thèse ont porté sur la recherche et l'étude expérimentale de matériaux isolants électriques capables de satisfaire la fonction d'encapsulation de composants et modules de puissance haute tension à température de jonction élevée. Le travail réalisé inclut un état de l'art des matériaux isolants solides haute température disponibles commercialement. Il est ressorti de cette étude un sévère compromis entre tenue en température et dureté du matériau. Deux voies d'étude ont été considérées en parallèle, afin de répondre aux deux objectifs suivants. Le premier est une tenue en tension élevée avec une tenue en température minimale de 250°C, mettant en œuvre une encapsulation de volume susceptible d'être plus performante que le gel silicone. Le second objectif est une tenue en tension moyenne (inférieure à 1,2 kV) avec une tenue en température supérieure à 300°C, faisant appel à une encapsulation de surface a priori utilisable jusqu'à 350°C. Deux matériaux élastomères silicones chargés en SiO2 et un polymère semi-cristallin (parylène fluoré, PA-F) ont ainsi été respectivement retenus pour l'étude. L'analyse des propriétés diélectriques et électriques, réalisée pour la première fois sur ces matériaux à haute température a constitué l'objectif principal de ce travail de thèse en corrélation avec l'étude de l'évolution du comportement physico-chimique et structural des matériaux. Ainsi, pour l'étude sur les élastomères silicones chargés, les caractérisations thermiques menées ont permis de déterminer les températures limites d'utilisation entre -60°C et 250°C sous air. L'étude des propriétés diélectriques sous faible champ montre un comportement similaire pour les deux élastomères et a permis de mettre en évidence les différentes transitions de phases à basse température (de -150°C à 25°C). A haute température (de 25°C à 300°C), l'analyse a permis d'identifier aux basses fréquences une relaxation vers 120°C, sensible au traitement thermique préalable du matériau, reliée à l'absorption d'humidité. Il est possible d'évacuer l'eau absorbée par un recuit adapté à température supérieure à 120°C. L'évolution de la conductivité DC entre 200°C et 300°C met en évidence des valeurs de l'ordre de 10-13 omega-1. Cm-1 à 300°C. Ces faibles valeurs montrent l'intérêt de ces élastomères silicones pour l'isolation électrique dans cette gamme de température. En ce qui concerne le PA-F, les caractérisations thermiques ont pu confirmer que ce matériau est stable pour des températures inférieures ou égales à 350°C même sous air. Les mesures électriques ont permis de montrer des valeurs de conductivité DC jusqu'à 350°C inférieures à 10-12 omega-1 cm-1, caractéristiques d'un matériau toujours isolant. Le PA-F conserve un champ de rupture compris entre 2 et 4 MV. Cm-1 jusqu'à 350°C. Par ailleurs, le PA-F a montré une amélioration des propriétés diélectriques à faible champ avec l'augmentation de son épaisseur jusqu'à 50 micromètres. Il a ainsi été montré que cet effet est attribuable à une augmentation de la cristallisation induite par l'épaisseur. De même, l'effet d'un recuit a été étudié, montrant une diminution de la conductivité DC ainsi qu'une augmentation de la rigidité diélectrique, corrélées à un phénomène de cristallisation induit ici par la température. Ce phénomène apparaît donc bénéfique pour les propriétés d'isolation. Le PA-F présente ainsi des propriétés diélectriques initiales exceptionnelles jusqu'à 350°C, offrant une perspective de solution d'encapsulation de surface, à confirmer par une étude de vieillissement sous haute température à long terme
This thesis presents a selection and characterization of electrically insulating materials able to assure the encapsulation for high voltage components and modules operating at high junction temperatures. This work makes a survey of the solid insulating materials that are commercially available. The initial review outlines that a compromise needs to be achieved between the material physical limits at high temperature and its hardness. So a first objective of the present study is to identify and characterize a flexible material for volume encapsulation of high voltage devices with a minimum operating temperature of 250°C. A second objective is to identify and characterize another material for surface encapsulation suitable for lower voltage appliqtions (<1,2 kV) with a higher operating temperature between 300 and 350°C. Two silicone-based elastomers with SiO2 dispersed particules, and a semi-crystalline polymer (fluorinated parylene, PA-F), are both retained for this study. The analysis of the high temperature dielectric properties, are performed for the first time on these materials. A correlation between the electrical properties and the physico-chemical and structural evolution of these materials is realized. For the study on silicone-based e1astomers with SiO2 dispersed particules, the thermal characterizations allow to determine their temperature working range from -60°C to 250°C in air. The dielectric properties have a similar behavior for both elastomers and the various phase transitions at low temperatures are identified (-150°C to 25°C). At high temperatures (25°C to 300°C) and at low frequencies, a relaxation around 120°C appears, that is related to the absorption of humidity, thus sensitive to the preconditioning of the material. It was possible to evacuate the absorbed water through a suitable annealing at temperatures above 120°C. The DC conductivity at 300°C is in the range of 10-13 omega-1. Cm-1. These low values show the interest of these silicone-based elastomers for electrical insulation at high temperatures. As regards to the PA-F, the thermal characterizations confirm that this material is stable for temperatures up to 350 °C in air. The electrical measurements allow to determine the values of DC conductivity up to 350 °C. The DC conductivity value is lower than 10-12 omega-1 cm-1, meaning that PA-F is an insulating material even at such high temperatures. Moreover the PA-F exhibits dielectric breakdown strength between 2 and 4 MV. Cm-1 up to 350°C Besides, when increasing the film thickness up to 50 um, the PA-F shows an improvement of the dielectric properties at low fields. This effect is attributed to an increase of the volume fraction of the crystalline phase driven by the film thickness. The decreases in the DC conductivity as well as an increase in the die1ectric breakdown strength are correlated to the crystallization kinetics during a high temperature annealing. This phenomenon appears beneficial for the electrical insulation properties. So the PA-F exhibits exceptional initial dielectric properties up to 350°C, offering a possible solution for surface encapsulation. Further works should confirm this with a long term properties stability study at high temperature

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Camus, Julien. "Couches minces de nitrure d’aluminium à basse température pour la gestion thermique des composants de puissance." Nantes, 2015. https://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show/show?id=ec53194b-ada6-4b9a-9152-29570f014d232.

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Cette thèse est consacrée à l'étude de la croissance et des propriétés de couches minces d'AIN élaborées par pulvérisation magnétron réactive à basse température (<250°C) pour la gestion thermique de composants de puissance. Des caractérisations physico-chimiques (ORX, Raman, MET,. . . ) et mécaniques ont montré que les films déposés sur silicium sont colonnaires, denses, d'orientation (002) avec une mosaïcité de 1,8° pour 2 μm. De plus, les mesures thermiques effectuées par « la méthode du ruban chaud » ont montré des conductivités thermiques de l'ordre de 240 W/K. M atteignant ainsi des valeurs supérieures de deux ordres de grandeur à celles du BCB ou du SiO2. Leur intégration en tant que drains thermiques dans des transistors HEMT-GaN et des Lasers à Cascade Quantique a permis une amélioration notable des performances thermiques de ces composants de puissance. Ces couches minces d'AIN ont également été optimisées afin de servir de couche tampon pour la croissance de GaN sur silicium. Comme l'hétéroépitaxie de l'AIN sur silicium par PVD à basse température n'a pas encore été réalisée, des défauts apparaissent dans la couche active dégradant les performances des HEMT-GaN. L'utilisation de couches tampons d'AIN de quelques nm d'épaisseur élaborées à haute température (MBE) a rendu possible une épitaxie à basse température d'AIN PVD sur Si. L'amélioration de la mosaïcité et la conservation de la contrainte en tension liées à cette croissance épitaxiale ont permis de fabriquer des transistors HEMT GaN sur Si donnant des performances électriques à l'Etat de l'art et des performances thermiques améliorées
This work thesis is dedicated to the growth of Aluminum nitride thin films by PVD techniques at low temperature (<250°C) in order to ensure thermal management of power electronic devices. Physico-chemical (XRD, Raman, TEM,. . . ) and mechanical characterizations show that AIN deposited on silicon substrate at optimized conditions exhibit dense and columnar structure. AIN films are (002) oriented with a Rocking curve (FWHM) as low as 1. 8° for 2 μm thick film. Moreover, thermal measurements performed by the « Hot Strip method » demonstrate thermal conductivity of 240 W/K. M. These values are relatively high for an insulating thin film as they are two orders of magnitude higher than thermal conductivity of BCB and Si02. Such AIN films have been integrated as thermal heat sinks in HEMT transistors and Quantum Cascade Laser and significantly improve the thermal performance of these power devices. AIN thin films have also been optimized as buffer layers for GaN growth on silicon substrate. Nevertheless as AIN PVD/Si heteroepitaxy is still not reached at low temperature, defaults appear in the active GaN layer and deteriorate HEMT GaN transistor performances. Thanks to very thin (1 to 3 nm) AIN buffer layer deposited at high temperature (MBE) one has demonstrate low temperature (<250°C) epitaxial AIN growth on silicon substrate. Such AIN(PVD)/AIN(MBE)/Si composite substrates exhibit very good FWHM and a tensile stress of few GPa. GaN HEMT transistors fabricated using such composite substrate exhibit electrical performances at the State of Art and improved thermal performances

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Khazaka, Rabih. "Étude du vieillissement de polymères isolants utilisés dans le packaging des modules de puissance haute température." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/1454/.

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Abstract:

La recherche permanente de l'intégration et/ou du fonctionnement dans des régions chaudes des dispositifs électroniques de puissance se traduit par une augmentation du niveau des contraintes électriques et thermiques imposées à tous leurs constituants. Cela concerne en particulier les constituants des modules de puissance. Comme suite à une étude bibliographique qui a permis d'analyser les différentes structures de packaging pouvant être adaptées à un fonctionnement à haute température, il ressort en particulier un besoin en couches diélectriques minces afin d'isoler les différentes parties du module. Dans ce contexte, les travaux ont porté sur la détermination de la limite d'utilisation en température de deux matériaux diélectriques polymères (un polyimide BPDA/PDA et un parylène fluoré PA-HT), pouvant être aptes à constituer la couche de passivation des puces de carbure de silicium, ou la couche intermétallique ou de protection de surface au sein des modules de puissance. Afin de parvenir à ce but, des caractérisations électriques à l'instant initial (t0) ont été menées sous hautes températures, jusqu'à 400 °C. Ensuite, l'évolution des propriétés (en particulier électriques) des matériaux durant le vieillissement thermique et thermo-oxydatif, à des températures supérieures ou égales à 250 °C, pour des milliers d'heures, a été mesurée et analysée. A t0, le champ de rupture moyen des matériaux reste élevé et supérieur à 2 MV/cm à 300 °C, pour les films les plus épais testés (8 µm). La conductivité DC, dans une gamme de température entre 300 °C et 400 °C, montre un comportement semi-résistif pour le BPDA/PDA et un comportement qui passe d'isolant à semi-résistif pour le PA-HT. Durant le vieillissement sous N2, aucune dégradation du BPDA/PDA n'est observée jusqu'à 360 °C. A 300 °C sous air, une stabilité de la tension de rupture lorsque ce dernier est vieilli sur substrat en silicium (Si), et une dégradation lente dépendante de l'épaisseur initiale lors du vieillissement sur substrat en acier inoxydable (A. I. ) sont observées. La dégradation se révèle surfacique liée à la présence de l'oxygène ambiant. Elle est d'autant plus prononcée que la température du vieillissement augmente, et apparaît alors également sur les substrats en Si. Le PA-HT déposé sur un substrat en A. I. A été vieilli sous air entre 300 °C et 360 °C. L'étude montre que ces films paraissent prometteurs pour les applications à 300 °C, avec une cristallisation isotherme qui affecte favorablement les propriétés diélectriques du matériau. Pour les températures plus élevées, une dégradation activée thermiquement apparaît et les films inférieurs à 5 µm d'épaisseur, ne peuvent pas dépasser 1000 heures de vieillissement sous air à 360 °C. Par conséquent, en se basant sur les propriétés électriques intrinsèques ainsi que sur leur évolution en vieillissement isotherme, les films de BPDA/PDA et de PA-HT semblent appropriés pour fonctionner pendant de longues durées à 300 °C sous air. Pour les températures plus élevées (360 °C), la stabilité sous air pour de longues durées reste problématique en particulier sur A. I. Par ailleurs, des solutions permettant de limiter la dégradation thermo-oxydative ou paraissant plus prometteuses, ainsi que des traitements thermiques permettant l'amélioration de la résistivité électrique à haute température à t0 sont proposés
The trend for integration and/or high ambient temperature operation of power electronics modules induces higher electrical and thermal stresses on their components. Based on a bibliographic study that allows evaluating different structures of packaging able to operate at high temperatures, thin dielectric layers are needed in order to insulate the different parts of the module. Therefore, the aim of this work was to define the potentiality of two dielectric polymers to operate at high temperatures (the first one is a polyimide BPDA-PDA and the second one is a fluorinated parylene PA-HT), and to be used as passivation layer for silicon carbide semiconductors or as dielectric layer between and on the metal frames. In order to reach the objective, characterizations of the dielectric properties up to 400 °C at the initial time (noted as t0) were performed. Then, the properties evolution (especially electrical ones) during the thermo-oxidative aging for temperature higher than 250 °C and long periods (several thousands of hours) were controlled periodically. At t0, the films show a good dielectric strength and the breakdown field remain higher than 2 MV/cm for the thicker tested films (8 µm). The DC conductivity show semi-resistive values for the BPDA-PDA between 300 °C and 400 °C and the values vary between resistive and semi-resistive ones for the PA-HT in the same temperature range. During the aging under N2, no degradation is observed up to 360 °C for BPDA-PDA polyimide. At 300 °C in air, stability of the breakdown voltage is observed when the BPDA-PDA is aged on Si substrate, while a slow degradation depending on the initial thicknesses is observed for films deposited on stainless steel substrate (S. S. ). This degradation, related to the oxygen presence in air, affect the surface layer and is thermally activated. The degradation appears also for BPDA-PDA on Si substrate at 360 °C in air. The PA-HT films were deposited on S. S. Substrates and aged in air at 300 °C, 340 °C and 360 °C. Results show the potentiality of the material for 300 °C application, with the occurring of cold crystallization that improves the low field dielectric properties. For the higher tested temperatures, thin films (5 µm) seem to be unsuitable for long periods applications and cannot pass 1000 hours at 360 °C. Hence, based on the initial dielectric properties and their evolution during the aging, the two polymers seems to be suitable for 300 °C applications. However, for higher temperatures (360 °C), the stability in air of the two materials, especially on the S. S. Substrate is not insured. Otherwise, solutions against the thermo-oxydative aging seem promising, and thermal treatments allowing the improvement of the electrical resistivity at the initial time are proposed

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Ghannam, Ayad. "Conception et intégration "above IC" d'inductances à fort coefficient de surtension pour applications de puissance RF." Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00621125.

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Abstract:

De tous les circuits qui constituent un système radiofréquence complet, la partie radiofréquence apparaît comme un maillon délicat du système. Parmi les nombreuses fonctions radiofréquences, l'amplificateur de puissance (PA) représente un bloc particulièrement critique de la chaîne d'émission, du fait de sa consommation élevée et des forts niveaux des signaux qu'il doit gérer. Il résulte de ces contraintes que les techniques d'intégration utilisées sont généralement complexes et onéreuses, particulièrement pour la réalisation des éléments inductifs des réseaux de pré-adaptation des transistors de puissance, à partir de fils micro-soudés. Les travaux décrits dans ce manuscrit visent ainsi le développement d'une technologie permettant l'intégration faible coût d'inductances planaires de puissance en mesure de remplacer les fils micro-soudés. Ces travaux ont été réalisés en collaboration avec la société Freescale. Les démonstrateurs présentés mettent donc en œuvre la filière LDMOS sur substrat silicium faiblement résistif. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Le premier présente un état de l'art de l'intégration des amplificateurs de puissance RF à partir duquel nous définissons la problématique de cette intégration. Dans le deuxième chapitre, nous traitons des différents mécanismes de pertes présents dans les inductances planaires sur silicium ainsi que de leurs origines. Puis, nous posons les bases de leur modélisation électrique et des simulations électromagnétiques 3D qui seront conduites pour leur optimisation. Le troisième chapitre est ensuite consacré à la description et à l'optimisation de la technologie mise en place au sein du LAAS. Elle met en œuvre, sur un plan métallique qui écrante le silicium sur lequel sont intégrés les transistors, une couche de 65 µm de résine époxy SU8 sur laquelle est implémenté un niveau métallique en cuivre de 35 µm d'épaisseur. Des trous métallisés sont aussi réalisés à travers le niveau SU8 pour les contacts élec triques entre les transistors et le niveau Cu supérieur. Enfin, le quatrième et dernier chapitre traite des caractérisations expérimentales des inductances de test réalisées ainsi que des démonstrateurs intégrant ces inductances directement sur la puce de puissance LDMOS. Dans ce dernier cas, des mesures en forts signaux sont aussi présentées. L'intégration "Above-IC" d'un réseau d'inductances parallèles présentant une valeur finale de 0.2nH pour un facteur de qualité de 40 à 2 GHz et de 58 à 5 Ghz, tout en supportant une densité de courant de 1A/mm², permet d'aboutir à une valeur du rendement de 60% pour un amplificateur RF LDMOS de puissance 50W.

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Valot, Emeryc. "Contribution à l'étude des milieux aléatoires macroscopiques : composites conducteurs de l'électricité à coefficient de température positif." Bordeaux 1, 1990. http://www.theses.fr/1990BOR10608.

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Abstract:

L'effet de coefficient de temperature positif ou ctp est la brutale augmentation de resistance electrique parfois observee lorsqu'un materiau conducteur est chauffe au-dessus d'une temperature superieure a l'ambiante. Ce memoire en presente une etude experimentale dans des composites desordonnes polymere thermodurcissable-fibres courtes de carbone. On met en evidence un mecanisme impliquant la perte du contact electrique entre les fibres due a la dilatation thermique de la matrice polymere et controlee par les contraintes mecaniques locales dans la zone de contact. Un modele fonde sur la theorie de la percolation permet de relier la plupart des comportements observes aux proprietes thermomecaniques des polymeres

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Sandid, Mohamed Habib. "Contribution à l'étude des aéroréfrigérants : comportement des tubes à ailettes à haute température." Valenciennes, 1987. https://ged.uphf.fr/nuxeo/site/esupversions/25a3d1c4-6ca4-4edb-b0f4-1e509e6f0c38.

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Azerou, Boussad. "Conception, réalisation et mise en œuvre de fluxmètres thermiques passif et dynamique à base de couches minces." Nantes, 2013. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=446c55ae-b122-4c56-bb72-917575e91ebc.

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Abstract:

La mesure de propriétés thermophysiques ou de grandeurs interfaciales ou superficielles nécessitent souvent l'usage de capteurs fluxmétriques. L'objectif de ce travail est de concevoir et réaliser de tels capteurs en utilisant les procédés couches minces pour obtenir des mesures peu biaisées et des capteurs aisément réalisables en série. Après une étude sur les résistivités électriques et coefficient de température de films métalliques en fonction des conditions de dépôt, deux types de capteurs fluxmétriques sont développés : passif et dynamique. Dans le premier cas, on sait que les fluxmètres traditionnels à gradient normal ou tangentiel sont assez intrusifs car disposés perpendiculairement à la direction principale du flux de chaleur. Les fluxmètres avec réseau de thermocouples filaires dans la direction du flux de chaleur présente une bien moindre perturbation thermique cependant leur fabrication est très délicate. L'idée est de remplacer ces microthermocouples par un réseau de capteurs en couche mince déposés sur un substrat. On montre que l'utilisation de tels fluxmètres permet de réduire les biais de mesure par rapport aux fluxmètres classiques. Pour le second type de fluxmètre (dynamique), il s'agit de dispositifs équipés d'un micro-chauffage et d'un capteur de température permettant d'obtenir plusieurs informations telles que le coefficient d'échange global et la température équivalente au loin, une des applications étant par exemple la caractérisation en continu de l'effet de facteurs microclimatiques sur les échanges fluide/paroi dans le bâtiment. Lors de nos travaux, on a testé en soufflerie un tel capteur fluxmétrique réalisé à l'aide de motifs électriques à base de couches minces
Heat flux sensors are very useful for the measurement of thermal properties and interfacial or superficial parameters (thermal contact resistance, heat transfer coefficient …. ). The objective of this work is to design, realize and test two new types of heat flux sensor based on thin film resistance temperature detector. The benefits sought are lower heat flux biases and a much lower manufacturing time. As a first step we have investigated the effect of processing conditions on the electrical resistivity and temperature coefficient of metallic thin films. Then, two types of heat flux sensors were considered : passive and dynamic. In the first case, the classical heat flux sensors with normal or tangential gradient figure out to be intrusive as they are located on surfaces perpendiculary to the main heat flux direction. Heat flux sensor with wire microthermocouples implemented within the wall offers much lower thermal disturbances, however their fabrication is time consuming and there is some uncertainty on the thermocouple locations. In our work, new heat flux sensors were realized using thin film thermoresistances deposited on polyimide substrate ant it appeared that they could offer less bias than classical heat flux sensor. The second type of heat flux sensor (dynamic) is a device composed of a micro heater and a temperature sensor. The interest is the measurement of several parameters such as the heat transfer coefficient and the equivalent temperature, one application being the characterization of microclimatic variations on the wall radiative-convective heat transfer in buildings. Such heat flux sensor was realized using thin films thermoresistances and tested with success using a wind tunnel

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Patel, Youssouf. "Etude d'associations MOS-Thyristors intégrées : caractérisation du Thyristor MOS et de l'Opto Thyristor MOS : Etude de la protection en température." Toulouse 3, 1995. http://www.theses.fr/1995TOU30176.

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Abstract:

Le travail presente dans ce memoire concerne l'etude des associations mos-thyristors de type mct, et porte particulierement sur deux dispositifs realises dans notre laboratoire selon le concept d'integration fonctionnelle: le thyristor mos et l'opto thyristor mos. Ces deux structures different entre elles par l'integration d'une commande optique. Dans la perspective d'analyser les potentialites de ces interrupteurs de puissance, nous les avons caracterises en statique et en dynamique et montre l'avantage du dispositif optique propose pour resoudre les problemes d'isolation galvanique. Les performances mesurees, notamment sur le temps de desamorcage tq et la tenue en dv/dt, sont interessants: dans le cas du thyristor mos par exemple, cette tenue en dv/dt est de l'ordre de dix fois plus eleve que celle relevee sur une structure thyristor classique. Une etude comparative a ete realisee sur l'opto thyristor mos pour analyser l'influence des elements de detection et de validation de la commande optique sur les performances en commutation de l'interrupteur. Nous terminons par l'etude d'une protection en temperature destinee a l'opto thyristor mos. La mesure de la temperature est basee sur les proprietes de la jonction p-n et les performances du circuit retenu permettent d'envisager une integration de cette protection au sein de la structure semiconductrice de l'interrupteur en reduisant au minimum les differentes etapes technologiques

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Tarrieu, Julie. "Etude et durabilité de solutions de packaging polymère d'un composant diamant pour l'électronique de puissance haute température." Thesis, Toulouse, INPT, 2012. http://www.theses.fr/2012INPT0113/document.

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Abstract:

Les besoins en électronique de puissance, de plus en plus exigeants, ont motivé des recherches à l'échelle mondiale sur d'autres matériaux tels que le diamant comme remplaçant du silicium. Nos travaux de recherche sont plus spécifiquement axés sur la définition et la qualification de matériaux polymères capables de garantir l'intégrité des fonctions physiques de modules de puissance en environnement sévère. L'étude concerne la durabilité de candidats polymères à retenir pour le boîtier dont l'objectif est de protéger l'interrupteur de l'environnement extérieur. Suite aux choix des différents polymères étudiés, variables dans leur chimie et leur morphologie (amorphe ou semi-cristallin), un premier objectif scientifique est alors de chercher les relations structures/propriétés permettant de contrôler le procédé de mise en forme des polyimides semi-cristallins et d'en déduire les conditions requises à l'obtention de performances optimisées. Un second objectif a concerné la tenue des différents matériaux sélectionnés en vieillissements isothermes thermo-oxydatifs
Requirements in power electronics are more and more demanding about materials behavior in their operating conditions. This has motivated global scale researches about other materials replacing silicon such as diamond. This study is specifically focusing on the definition and qualification of polymer materials which could preserve physical functions of power modules in severe environments. This study focuses on the durability of several polymers used for the case. This later allows to protect the chip from external environment. The choice of different studied polymers which are dissimilar in chemistry and morphology (i.e. amorphous or semicrystalline) has been made in this study. Then, a first scientific goal was to search the structures/properties relations leading to the control of the manufacturing process of semicrystalline polyimides. A second goal concerned the mechanical strength evaluation of selected materials after thermo-oxidative isothermal ageing

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Dagdag, Sélim. "Matériaux et revêtements céramiques multifonctionnels par PECVD et SPS pour l'intégration de puissance haute température - haute tension." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. http://oatao.univ-toulouse.fr/7410/1/dagdag.pdf.

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Abstract:

Les futurs convertisseurs de puissance dans le domaine du ferroviaire devront répondre à la problématique haute température-haute tension. Elle nécessite la recherche de nouveaux substrats à hautes propriétés diélectriques et thermiques pour l'isolation et le refroidissement des puces. En réponse à cette problématique, un revêtement d'AlN sur du SiC fritté et des matériaux céramiques massiques AlN et SiC sans ajouts de frittage ni liants organiques, ont été élaborés respectivement par PECVD et Spark Plasma Sintering. Les caractérisations physico-chimiques, structurales, mécaniques et électriques mettent en évidence l'effet de la dualité phase gazeuse/température du substrat sur les propriétés des revêtements élaborés à partir des précurseurs. L'étude des céramiques massiques permet d'établir des relations microstructure/propriétés mécaniques et électriques, la densité relative et la qualité de la poudre utilisée étant les paramètres les plus influents.

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Dagdag, Sélim. "Matériaux et revêtements céramiques multifonctionnels par PECVD et SPS pour l'intégration de puissance haute température-haute tension." Phd thesis, Toulouse, INPT, 2005. https://hal.science/tel-04582958.

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Abstract:

Les futurs convertisseurs de puissance dans le domaine du ferroviaire devront répondre à la problématique haute température-haute tension. Elle nécessite la recherche de nouveaux substrats à hautes propriétés diélectriques et thermiques pour l'isolation et le refroidissement des puces. En réponse à cette problématique, un revêtement d'AlN sur du SiC fritté et des matériaux céramiques massiques AlN et SiC sans ajouts de frittage ni liants organiques, ont été élaborés respectivement par PECVD et Spark Plasma Sintering. Les caractérisations physico-chimiques, structurales, mécaniques et électriques mettent en évidence l'effet de la dualité phase gazeuse/température du substrat sur les propriétés des revêtements élaborés à partir des précurseurs. L'étude des céramiques massiques permet d'établir des relations microstructure/propriétés mécaniques et électriques, la densité relative et la qualité de la poudre utilisée étant les paramètres les plus influents
The future conversion systems to be used in electric railways must satisfy high temperature and high voltage requirements. This new technology needs research of new substrates with high dielectric and thermal properties for the insulation and the cooling of the chips. In this context, two different ways were explored: a coating of AlN on conventionally sintered SiC and massive ceramics materials AlN and SiC without any additives or organic binders. They have been elaborated respectively by PECVD and Spark Plasma Sintering. The physicochemical, structural, mechanical and electrical characterisations highlight the duality between the sparkling phase and the substrate temperature on the properties of the coatings elaborated from two precursors. The study of the massive ceramics is owing to establish some relations between microstructure and physical properties, the relative density and the chemical purity of the powder used being the most significant parameters

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Coduti, Giovanni Antonio Coduti. "Etude de l'interaction d'une onde électromagnétique avec un plasma d'air à température ambiante." Paris 11, 2005. http://www.theses.fr/2005PA112016.

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Abstract:

On désigne sous le nom de radar un système qui illumine une portion de l’espace avec une onde électromagnétique et reçoit les ondes réfléchies par les objets qui s’y trouvent. Il permet de détecter leur existence et de déterminer certaines caractéristiques de ces objets. Les mesures de "Section Efficace Radar" (SER) effectuées à l’ONERA montrent que les entrées d’air se comportent comme des "catadioptres" qui réfléchissent les ondes radars dans leur direction d’incidence. Au cours de cette étude, un certain nombre de procédés a été exploré pour la réduction de la SER des aéronefs à partir de décharges électriques dans des écoulements d’air autour de la pression atmosphérique. Le calcul de l’absorption d’une onde EM par un plasma homogène montre l’importance du nombre total d’électrons Ne nécessaire pour une atténuation significative dans l’air ambiant ionisé. Cependant, le maintien des électrons libres s’avère difficile dans un mélange N2 - O2 (excitation vibrationnelle résonnante de la molécule N2 par les électrons et l’attachement électronique sur la molécule O2). Seul le détachement des ions négatifs O2- par l’oxygène excitée O2(a1Dg) produit dans la décharge pourrait être susceptible de maintenir une densité électronique de l’ordre de 1012 cm-3. Enfin, les problèmes de stabilité des décharges électriques à haute pression limitent encore d’avantage les possibilités d’utilisation de ces plasmas d’air pour la furtivité. Toutefois, deux types de décharges susceptibles de surmonter ces inconvénients ont été mis en évidence : la décharge luminescente pointe négative – plan (PNP) et la décharge à régulation dynamique (DRD)
We indicate under the name of radar a system which illuminates a portion space with an electromagnetic wave and receives waves reflected by objects which are there. It makes it possible to detect their existence and to determine characteristics of these objects. Measurements of Radar Cross Section (RCS) carried out with ONERA show that the air intake behaves as reflectors which reflect waves radars in their direction of incidence. During this study, a number of processes was explored for the SER reduction of aircraft starting from electric discharges in flows of air around atmospheric pressure. Absorption calculs of a wave EM by a homogeneous plasma shows the importance of electrons number Ne necessary for a significant attenuation in the ionized ambient air. However, the maintenance of free electrons proves to be difficult in a mixture N2 - O2 (vibrationel excitation of molecule N2 by electrons and electronic attachment on the molecule O2). Only detachment of negative ions O2- by excited oxygen O2(a1Dg) produced in the discharge could be likely to maintain a density electronic of about 1012 cm-3. Lastly, stability problems of the electric discharges still limit the use of air plasmas for the furtivity a high pressure. However, two types of discharges likely to overcome these disadvantages were put in evidence: glow discharge negative point - plan (NPP) and discharge a dynamic regulation (DDR)

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Ngueteu, Kamlo Alexis. "Elaboration et caractérisation de thermistances céramiques CTN (Coefficient de Température Négatif) à structure pérovskite Y(Cr,Mn)O3." Caen, 2009. http://www.theses.fr/2009CAEN2065.

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Abstract:

Les matériaux de formulation Y(Cr,Mn)O3, étudiés dans ce manuscrit, sont issus du diagramme ternaire Y2O3-Mn2O3-Cr2O3. Ce sont des thermistances à Coefficient de Température Négatif (CTN) de structure pérovskite pour applications haute température. Les mesures zêtamétriques et rhéologiques ont permis de définir les conditions optimales de dispersion et de stabilité des mélanges. Pour le taux de charge de 40 %, le pH a été fixé à 11. L’influence des temps de broyage a permis de mettre en évidence la différence de frittabilité : le taux de densification varie entre 83 et 95 % en fonction de ces temps. L’étude de l’influence de la nature de l’atmosphère (oxydante, réductrice et neutre) de frittage a révélé que les caractéristiques structurales, microstructurales et les propriétés CTN y sont fortement dépendants. Les valeurs de B peuvent aller de 3400 à 3880 K et de 7500 à 10600 K en fonction de la nature de l’atmosphère et de la gamme de température. Sous atmosphères neutre et réductrice la résistivité à 25 °C est de l’ordre de 105 W. Cm alors qu’elle est de 104 W. Cm sous condition oxydante. La réoxydation des matériaux frittés préalablement sous atmosphère réductrice permet de se rapprocher des propriétés de ceux frittés sous flux d’oxygène. Les tests de vieillissement ont révélé que les matériaux frittés sous atmosphères réductrice et neutre présentent des dérives moins importantes que ceux frittés sous flux d’oxygène. La technique de frittage SPS a permis de densifier le matériau avec un gain de température d’environ 300 à 400 °C. L’étude de la formulation YCr1-xMnxO3 a montré que le taux de manganèse permet de moduler les propriétés des matériaux
Y(Cr,Mn)O3 materials, synthesized from the ternary diagram, were studied. They are thermistors with Negative Temperature Coefficient (NTC) used for high temperature applications. Optimization conditions of the dispersion and the stability of the mixture were defined from the zeta potential and rheological measurements. Thus, for 40 % of solid fraction, pH 11 is convenient. The influence of grinding time was carried out. The percentage of densification varies from 83 to 95 % depending on grinding time. Structure, microstructure and NTC properties are considerably influenced by the nature of sintering atmosphere (oxidizing, reducing, neutral). B values stay between 3400 and 3880 K at low temperature, whereas they are ranging from 7500 to 10600 K at high temperature. Those B values also depend on the nature of the sintering atmosphere. Under neutral and reducing atmospheres, the order of magnitude of the resistivity at 25 °C is the same (105 W. Cm) but it is 10 times smaller under oxidizing conditions. Reoxidation of the samples previously sintered under reducing atmosphere have shown that the properties are close to those sintered under oxidizing conditions. Ageing tests have revealed that, sintered materials under reducing and neutral conditions are more stable than those sintered under oxygen. In terms of temperature, the gain is roughly 300 to 400 °C for the SPS sintering method compared to conventional sintering. The study of the compositions of YCr1-xMnxO3 has shown that, the properties of sintered materials depend on the manganese fraction

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Pérez, Marie Anne. "Modèle électrothermique distribué de transistor bipolaire à hétérojonction : application à la conception non linéaire d'amplificateurs de puissance optimisés en température." Limoges, 1998. http://www.theses.fr/1998LIMO0029.

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Abstract:

Ce travail constitue une nouvelle approche sur la modelisation de transistors bipolaires a heterojonction et son utilisation pour la conception non lineaire d'amplificateurs de puissance a haut rendement. Un recapitulatif de la technique de modelisation de tbh developpee a l'ircom est expose. La nouvelle approche concerne la distribution thermique du modele et sa validation en petit signal. Cette distribution thermique nous a permis d'etudier le phenomene de crunch present dans les tbh multidoigts. Nous avons pu simuler les consequences du crunch en comportement statique et dynamique. Ce modele de tbh nous a aussi permis d'aborder une conception d'amplificateur de puissance optimise en temperature. Un amplificateur en bande x a ete concu et realise. Une analyse de stabilite a ete utilisee pour predire les problemes d'oscillations. Les mesures en boitier de cet amplificateur en petit signal et en puissance nous permettent de valider la methodologie de conception ainsi que le modele electrothermique utilise.

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Montminy, Steeve. "Conception d'un robot sauteur dédié à l'exploration planétaire et utilisant les fluctuations de température quotidiennes comme source de puissance." Mémoire, École de technologie supérieure, 2006. http://espace.etsmtl.ca/498/1/MONTMINY_Steeve.pdf.

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Abstract:

L'intérêt porté par les agences spatiales du monde entier à l'exploration planétaire a grandement augmenté au cours de la dernière décennie. Par contre, les coûts reliés à ce genre de mission sont très élevés et il est difficile pour plusieurs agences spatiales d'y participer étant donné l'absence de fonds suffisants pour financer les mégas missions auxquelles la NASA nous a habitués. C'est pour cette raison que l'agence spatiale canadienne a décidé d'explorer la faisabilité de micromissions d'exploration planétaire. Le Canada voit dans ces missions de moins grandes envergures, une façon de participer plus activement à l'exploration d'autres planètes tout en réduisant les coûts qui y sont associés et en faisant une contribution complémentaire aux autres programmes internationaux. Le présent ouvrage traite de la conception mécanique d'un prototype de robot sauteur destiné à l'exploration de planètes ayant un environnement gravitationnel faible (Mars, par exemple). Ce robot utilise les variations de température à la surface de Mars comme source d'énergie. Pour ce faire, une approche systématique a été préconisée en établissant un cahier de charge. Par la suite, une recherche a été faite sur ce sujet et différents concepts potentiels ont été évalués. Les différents sous-systèmes, en commençant par ceux qui ont le plus d'impact sur la conception finale, ont été décortiqués. Les mécanismes les plus importants ou ceux étant considérés comme étant les plus risqués ont été fabriqués et mis à l'essai avant de poursuivre la conception des autres éléments. Les principaux mécanismes nécessaires à la locomotion du robot ainsi que les pièces agissant à titre structurel ont donc été conçus. Un mécanisme "innovateur" à ciseaux cylindrique servant à transférer l'énergie nécessaire au saut a été conçu, fabriqué et testé. De plus, un actionneur à alliage à mémoire de forme (AMF) fonctionnant avec la chaleur du soleil a été conçu et un prototype de ce dernier a été mis à l'essai. Le concept de robot présente les caractéristiques suivantes: un seul et unique actionneur sert à emmagasiner l'énergie nécessaire au saut et à repositionner le robot sur ses pieds après l'exécution d'un saut. La structure du robot, en forme de tétraèdre, s'insère dans une enveloppe cubique de 300 mm de côté ce qui lui confère le statut de microrobot. Le concept proposé tire avantage de l'environnement martien. En effet, la faible gravité et la faible densité atmosphérique favorisent le saut comme moyen de locomotion, alors que le gradient de température (jour versus nuit) élevé à la surface de Mars favorise l'élongation de l'actionneur AMF. L'action de sauter permet au robot de s'aventurer en terrain très accidenté en sautant par-dessus les obstacles. Ce mémoire, basé sur un développement expérimental, présente les éléments importants d'une conception mécanique préliminaire sans toutefois couvrir tous les aspects qu'une conception complète et finale nécessiterait. En effet, pour faire suite à ce travail, il fraudrait approfondir les analyses structurelles validant que tous les éléments tolèrent l'impact à l'atterrissage. Il faudrait vérifier l'effet des distorsions thermo-élastiques dans les mécanismes, simuler, de façon plus précise, la friction dans les joints, et procéder à une optimisation de la structure afin de réduire la masse totale du système.

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Setra, Miloud. "Contribution à la modélisation du laser à iode-oxygène chimique : optimisation de la puissance et influence de la température." Lyon 1, 1990. http://www.theses.fr/1990LYO10201.

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Abstract:

Le laser a iode-oxygene chimique (l. I. O. C. ) oscille sur la transition dipolaire magnetique de l'iode atomique, correspondant a une longueur d'onde dans le proche infrarouge. Il constitue le seul laser chimique a transition electronique a deux niveaux. C'est un laser susceptible de fonctionner a des puissances elevees utilisant l'oxygene singulet fourni par un generateur chimique a haut rendement. Le present travail consiste dans la modelisation du l. I. O. C. , reposant sur des considerations thermodynamiques et de cinetique des gaz. La modelisation permet de prevoir la puissance du laser a partir des parametres cinetiques des reactions et des concentrations initiales des especes chimiques. Le modele elabore fait intervenir la relaxation hyperfine collisionnelle entre les sous-niveaux de l'iode ainsi que la relaxation translationnelle. Le role de la temperature a ete introduit dans le calcul et tient compte de la variation de certains taux de reaction avec la temperature. Le calcul utilise une integration numerique de toutes les equations decrivant le fonctionnement du laser. Ce travail a permis d'optimiser les conditions de fonctionnement du laser, en particulier en modifiant la geometrie de la cavite, en minimisant la desactivation des especes chimiques excitees sur les parois afin d'obtenir une puissance laser maximale. Ainsi dans les memes conditions de pompage, la puissance a pu etre augmentee de 5 a 30 watts

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Jacques, Sébastien. "Etude de la fatique thermomécanique des composants de puissance de type triac soumis à des cycles actifs de température." Thesis, Tours, 2010. http://www.theses.fr/2010TOUR4031/document.

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Abstract:

Les travaux présentés dans ce mémoire portent sur l'évaluation de la fatigue thermomécaniqued'une nouvelle famille de TRIAC 16 A, 600 V (boîtier TO-220), qualifiée de « hautetempérature », pour des applications industrielles, « grand public» et d'éclairage.Nous avons cherché à évaluer la durée de vie de ces TRIAC et à analyser et comprendre lesmécanismes de dégradation, lorsque ces derniers subissent des cycles actifs de température.En particulier, nous avons étudié expérimentalement l'influence des profils thermiques (tempsde montée, de palier et excursion de température) sur la durée de vie des TRIAC. Ce travail apermis de déterminer le principal facteur d'accélération des défaillances des composants.Nous avons alors proposé un modèle de prédiction de la durée de vie des TRIAC qui s'appuiesur la corrélation entre les résultats des tests expérimentaux avec ceux obtenus en simulation(ANSYS®)
This work deals with the thermo-mechanical fatigue evaluation of a new 16 A, 600 V (TO-220package), high temperature TRiAC family, used for industrial, lighting, and home appliances.We evaluated the lifetime of these TRIAC and analyzed their failure mechanisms, when thedevices were subjected to power cycling.Particularly, we analyzed the impact of a power cycling profile (with various rise and dwelldurations or temperature swings) on TRIAC lifetime. This study allowed us to define the mainacceleration factor responsible of the TRIAC package aging.Thus, we proposed a lifetime prediction model for TRIAC subjected to power cycling bycorrelating the experimental results with those obtained in simulation (ANSYS®)

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Barrière, Maxime. "Assemblages de puissance innovants haute température - haute tension pour composants Si dédiés aux applications embarquées aéronautiques, automobiles et ferroviaires." Thesis, Bordeaux, 2017. http://www.theses.fr/2017BORD0748/document.

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Abstract:

L’électronique de puissance est un domaine en mutation. Les environnements et les conditions de fonctionnement des modules de puissance sont de plus en plus sévères : hautes températures, tension et courant élevés. De plus, le frittage d’argent a été introduit dans les modules, en remplacement des joints brasés principalement composés de plomb. C’est la combinaison de ces évolutions qui ont motivés nos travaux. Dans l’objectif d’améliorer la conception des modules de puissance, ces travaux proposent d’augmenter la dissipation des modules grâce aux structures verticales-3D. Un onduleur triphasé vertical-3D a été conçut avec des puces Si reportées par frittage d’argent. Des caractérisations électriques et thermiques ont été réalisées et ont permis de montrer l’apport de cette technologie. Cette étude est couplée à des simulations numériques thermiques et électrostatiques permettant de mettre en lumière les enjeux de cette méthode d’assemblage
Power electronics is a changing field. The environments and operating conditions of power modules are more severe: higher temperature, higher voltage and higher current. In addition, silver sintering was introduced in power modules to replace solders composed by lead. The combinations of these developments have motivated our work. In order to improve the design of the power modules our researches purpose to increase the dissipation of power modules with a3D-vertical structure. A three-phase inverter with3D-vertical structure has been designed with a Si dice sintered. Thermal and electrical characterizations were performed and allowed to show the contribution of this technology. This study is coupled to thermal and electrostatic Finite Element Method simulations to highlight and improve the possible issues of this assembly

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Lalet, Grégory. "Composites aluminium/fibres de carbone pour l'électronique de puissance." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00538480.

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Abstract:

L'étude a pour objectif l'amélioration de la fiabilité des assemblages électroniques à travers la mise en œuvre de drains composites aluminium/fibres de carbone. Le travail a consisté à 1) modéliser, par la méthode des éléments finis, l'influence des propriétés thermiques et mécaniques du matériau de semelle sur l'assemblage életronique ; 2) élaborer (par frittage sous charge uniaxiale, frittage flash et extrusion à chaud) des matériaux composites aluminium/fibres de carbone ; et 3) lier les microstructures observées aux paramètres des procédés d'élaboration ainsi qu'aux propriétés thermiques et mécaniques mesurées.

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Masson, Amandine. "Mise en oeuvre de techniques d'attaches de puces alternatives aux brasures pour des applications haute température." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00759411.

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Abstract:

L'objectif d'un avion plus électrique conduit à l'utilisation croissante de systèmes d'électronique y compris dans des zones de haute température. Les modules de puissance classiques doivent être adaptés à cet environnement: les composants en SiC sont commercialement disponibles mais l'environnement de la puce est à modifier. Cette thèse s'intéresse aux techniques d'attaches de puces basses température que sont le frittage d'argent et la brasure en phase liquide transitoire (TLPB) or-étain. Dans une première partie, les enjeux de l'électronique de puissance et plus particulièrement des applications haute température est donnée. Les mécanismes physique (mouillage, diffusion)qui régissent le frittage et le TLPB (Transient liquid Phase Bonding) sont ensuite décrits avec précision. La deuxième partie de cette thèse s'intéresse à la mise en oeuvre d'un protocole fiable d'attache de puce par frittage d'une nanopoudre d'argent commerciale. Une fois établie, la méthode a ensuite été optimisée pour différentes tailles de composants. La caractérisation de l'attache a été réalisée en shear-test et par des images en microscopie optique. La troisième et dernière partie de ce travail a pour objet la réalisation d'attaches de puces par TLPB or-étain. Ce chapitre traite de la mise en oeuvre expérimentale de la technique, depuis la métallisation des wafers jusqu'à la caractérisation des attaches en microscopie (optique et MEB). Ce travail de thèse est très expérimental car même si un protocole de mise en oeuvre existe (pour le frittage), il est indispensable de l'adapter aux conditions expérimentales pour l'optimiser. Ce travail a aussi mis en évidence certaines difficultés techniques de préparation des surfaces.

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Flach-Malaspina, Nicolas. "Conception globale d'une pompe à chaleur air / eau à puissance variable pour le secteur résidentiel." Phd thesis, Paris, ENMP, 2004. http://www.theses.fr/2004ENMP1227.

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Zimouche, Hakim. "Capteur de vision CMOS à réponse insensible aux variations de température." Phd thesis, Université de Grenoble, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00656381.

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Abstract:

Les capteurs d'images CMOS sont de plus en plus utilisés dans le domaine industriel : la surveillance, la défense, le médical, etc. Dans ces domaines, les capteurs d'images CMOS sont exposés potentiellement à de grandes variations de température. Les capteurs d?images CMOS, comme tous les circuits analogiques, sont très sensibles aux variations de température, ce qui limite leurs applications. Jusqu'à présent, aucune solution intégrée pour contrer ce problème n'a été proposée. Afin de remédier à ce défaut, nous étudions, dans cette thèse, les effets de la température sur les deux types d'imageurs les plus connus. Plusieurs structures de compensation sont proposées. Elles reprennent globalement les trois méthodes existantes et jamais appliquées aux capteurs d'images. La première méthode utilise une entrée au niveau du pixel qui sera modulée en fonction de l'évolution de la température. La deuxième méthode utilise la technique ZTC (Zero Température Coefficient). La troisième méthode est inspirée de la méthode de la tension de référence bandgap. Dans tous les cas, nous réduisons de manière très intéressante l'effet de la température et nous obtenons une bonne stabilité en température de -30 à 125°C. Toutes les solutions proposées préservent le fonctionnement initial de l'imageur. Elles n'impactent également pas ou peu la surface du pixel

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Coillot, Daniel. "Développement du concept d’autocicatrisation pour le scellement à haute température de cellules électrochimiques." Thesis, Lille 1, 2010. http://www.theses.fr/2010LIL10113/document.

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Abstract:

Un des points clés pour l’utilisation sur le long terme des SOEF et SOFC est l’étanchéité. Les solutions de scellement les plus répandues sont des matériaux rigides de type vitreux. Ils présentent l’inconvénient de se fissurer lorsqu’ils sont soumis à des cycles thermiques. Ceci est dû aux différences de CET entre les composants métalliques ou céramiques et les matériaux vitreux. L’autocicatrisation est une solution prometteuse pour pallier ce problème, deux mécanismes existent : intrinsèque et extrinsèque. L’autocicatrisation intrinsèque de matériaux vitreux est basée sur leur ramollissement. Nous avons développé une formulation de joints vitreux «pâteux» qui présente des propriétés autocicatrisantes, donc moins sensible aux différences de CET. La viscosité de ces verres a été estimée par microscopie de chauffage et leur stabilité a été caractérisée par DRX et microsonde de Castaing. L’autocicatrisation extrinsèque ne nécessite pas d’intervention extérieure. Elle est obtenue par ajout de particules cicatrisantes à la matrice vitreuse. Lors de l’apparition de fissures, les particules s’oxydent au contact de l’atmosphère pour former des oxydes qui donne in situ de nouveaux verres. Ces oxydes, fluides à la température de fonctionnement, s’écoulent dans la fissure, formant localement, par réaction, un nouveau verre. Des tests réalisés in situ par MEBE-HT ont permis de mettre en évidence le processus d’autocicatrisation. La formation de phases cicatrisantes a été caractérisée par microsonde de Castaing et par RMN. Un ensemble de caractérisations a été effectué afin de valider l’applicabilité de l’autocicatrisation extrinsèque aux joints de scellement vitreux
A key point for using SOEC and SOFC in the long-term is the sealant. The most sealing solutions commonly used are rigid materials, particularly glassy seals. However, they have the disadvantage of cracking in operation when subjected to thermal cycles. This is mainly due to TEC differences between metal and ceramic components and glass materials. The self-healing is a promising solution to overcome this problem. Two mechanisms exist: intrinsic and extrinsic. The intrinsic self-healing of glassy materials is based on their softening at high temperature. We developed a formulation of viscous glass seal that exhibits self-healing properties at the operating temperature systems SOEC/SOFC. They are less sensitive to differences of TEC. The glass viscosity was estimated by hot stage microscopy and their stability under use condition has been characterized by XRD and Castaing microprobe. In contrast, the extrinsic self-healing requires no external intervention. It is obtained by the addition of healing particles in the glassy matrix. When cracks occur, the particles oxidize with atmosphere contact to form oxides and in-situ new glasses. We developed this extrinsic method from particles generating B2O3 and V2O5. These oxides, fluid at operating temperature 700-900°C, flow in the crack and form a new locally glass by reaction with glassy matrix. An in-situ test by HT-ESEM highlights the self-healing process. The formation of glass and crystal phases is characterized by Castaing microprobe and solid state NMR. A set of physico-chemical characterization was performed to validate extrinsic self-healing applicability in the SOEC/SOFC glassy seal

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Pradere, Christophe. "Caractérisation thermique et thermomécanique de fibres de carbone et céramique à très haute température." Phd thesis, Bordeaux, ENSAM, 2004. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00001547.

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Abstract:

Ce travail, motivé par un besoin industriel, a pour objectif de déterminer les propriétés thermiques et thermomécaniques de fibres micrométriques de carbone et céramique à très haute température (1000-3000 K). Afin de fournir des mesures à de telles échelles et sur une telle gamme de température, notre étude a porté sur: la modélisation des phénomènes, le développement de méthodes d'identification stables, l'optimisation expérimentale et la recherche d'erreurs. En plus de ce travail important de développement de méthodes de mesures, un effort particulier a consisté à réaliser un maximum de caractérisations susceptibles d'apporter une connaissance précise des propriétés thermiques et thermomécaniques (inconnues jusqu'à présent) des fibres de carbone. Dans la première partie, relative à la détermination des propriétés thermomécaniques des fibres, la difficulté peut se résumer à la mise en oeuvre de méthodes susceptibles de détecter avec précision, à très haute température, des variations de l'ordre de quelques nanomètres sur des matériaux dont la dimension caractéristique est d'environ 10 mm. La méthode développée permet de réaliser indifféremment des mesures du coefficient de dilatation transverse et du coefficient de Poisson. Dans la deuxième partie, on détermine d'une part la capacité thermique massique à pression constante à l'aide d'une méthode analytique et d'autre part la diffusivité thermique longitudinale par méthode inverse, ce qui nous permet d'estimer la conductivité thermique. Dans les deux cas, la difficulté liée aux échelles micrométriques et aux très hautes températures se répercute sur l'expérimentation, sur les modélisations et sur le développement de méthodes d'identifications.

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Ouerghemmi, Ezzeddine. "Étude physique des limites en puissance des lasers à cascade quantique." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00605931.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude théorique et expérimentale des limitations de la puissance de sortie des lasers à cascade quantique (LCQ). Nous y exposons une modélisation globale de leurs propriétés électro-optiques. Le fonctionnement du laser est décrit en incluant la structure électronique, les mécanismes de diffusion responsables des transitions non radiatives des électrons et le couplage électron- photon de la cavité. Ce modèle nous a permis de reproduire avec succès l'ensemble des caractéristiques (courant et puissance optique en fonction de la tension appliquée) d'un LCQ sur un large domaine de température de fonctionnement. Dans un premier temps, ce modèle a été utilisé pour le calcul de la température électronique dans les LCQ. Il en ressort que la diffusion par des phonons-LO est le seul mécanisme avec lequel le gaz d'électrons peut transférer son énergie vers le réseau. Les mécanismes élastiques de diffusion sont des sources d'énergie pour le gaz d'électrons. Deux paramètres physiques permettent de décrire complètement le comportement de la température électronique dans le composant : la résistance thermique électronique de l'hétérostructure et le coefficient de couplage courant température électronique. Ensuite, l'étude du couplage des électrons avec les photons de la cavité montre que ce couplage peut modifier notablement la distribution électronique sur les niveaux énergétiques. Le gain de la zone active du laser diminue avec la densité de photons. Cet effet appelé saturation de gain joue un rôle important sur les performances des LCQ. La minimisation de cet effet peut augmenter la puissance maximale de sortie du laser d'un facteur deux. Cette étude nous a permis de proposer de nouveaux dessins de zone active ayant des performances améliorées. La fabrication de certaines de ces structures a permis de valider l'approche que nous avons suivie pour améliorer les performances de ce type de laser.

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Ouerghemmi, Ezzedine. "Étude physique des limites en puissance des lasers à cascade quantique." Palaiseau, Ecole polytechnique, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/docs/00/60/59/31/PDF/manuscrit_ezzeddine_Ouerghemmi.pdf.

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Abstract:

Cette thèse concerne l'étude théorique et expérimentale des limitations de la puissance de sortie des lasers à cascade quantique (LCQ). Nous y exposons une modélisation globale de leurs propriétés électro-optiques. Le fonctionnement du laser est décrit en incluant la structure électronique, les mécanismes de diffusion responsables des transitions non radiatives des électrons et le couplage électron- photon de la cavité. Ce modèle nous a permis de reproduire avec succès l'ensemble des caractéristiques (courant et puissance optique en fonction de la tension appliquée) d'un LCQ sur un large domaine de température de fonctionnement. Dans un premier temps, ce modèle a été utilisé pour le calcul de la température électronique dans les LCQ. Il en ressort que la diffusion par des phonons-LO est le seul mécanisme avec lequel le gaz d'électrons peut transférer son énergie vers le réseau. Les mécanismes élastiques de diffusion sont des sources d'énergie pour le gaz d'électrons. Deux paramètres physiques permettent de décrire complètement le comportement de la température électronique dans le composant : la résistance thermique électronique de l'hétérostructure et le coefficient de couplage courant température électronique. Ensuite, l'étude du couplage des électrons avec les photons de la cavité montre que ce couplage peut modifier notablement la distribution électronique sur les niveaux énergétiques. Le gain de la zone active du laser diminue avec la densité de photons. Cet effet appelé saturation de gain joue un rôle important sur les performances des LCQ. La minimisation de cet effet peut augmenter la puissance maximale de sortie du laser d'un facteur deux. Cette étude nous a permis de proposer de nouveaux dessins de zone active ayant des performances améliorées. La fabrication de certaines de ces structures a permis de valider l'approche que nous avons suivie pour améliorer les performances de ce type de laser
This thesis work is devoted to the theoretical and experimental study of the limiting factors of quantum cascade lasers (QCL) output power. It exposes a global modeling of their electro-optical properties. Laser operation is described in particular by including the electronic structure, non-radiative electron scattering mechanisms and the electron-photon coupling along the laser cavity. This model allowed us to successfully reproduce all the characteristics (current and optical power as a function of the applied voltage) of a QCL over the whole range of operating temperatures. This model was used to calculate the electron temperature in QCL. It showed that scattering by LO phonons is the only mechanism by which the gas of electron can transfer energy towards the lattice. Elastic scattering mechanisms are sources of energy for the electron gas. Two physical parameters allow to fully describe the electron temperature in the device: the electronic thermal resistance of the heterostructure and the temperature current coupling factor. Taking into account the electron-photon coupling shows that it may influence the electronic distribution over energy levels. Therefore, the gain of the active zone of the laser is reduced in the presence of this coupling. This effect, called gain saturation, plays an important role on the output performances of QCL. Minimizing this effect can increase the maximum power output of the laser by a factor of two. This study allowed us to propose new design rules of active regions to improve the QCL output performances. The experimental characterization of some of these structures has validated the approach we have followed towards performances improvement

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Abi, Tannous Tony. "Croissance de la phase MAX sur SiC contact ohmique stable et fiable à haute température." Thesis, Lyon, INSA, 2015. http://www.theses.fr/2015ISAL0141.

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Abstract:

Nous avons pour objectif de jeter les bases d’une technologie en totale rupture avec celles existantes pour la fabrication d’une nouvelle génération de composants électroniques à base du Carbure de Silicium pour les applications à très hautes températures (jusqu’à 600°C). Cette nouvelle technologie est basée sur l'emploi d'une nouvelle génération de matériaux pour les contacts ohmiques haute température. Nous avons ciblé la phase Ti3SiC2, qui est une phase céramique/métallique, pour former un bon contact ohmique stable et fiable à haute et très haute température. A savoir que l’aspect céramique est nécessaire pour assurer une bonne stabilité thermique à haute température, et l’aspect métallique est nécessaire pour obtenir des bonnes propriétés électriques (bonne conductivité électrique, faible résistance électrique…). Dans le but d’élaborer le Ti3SiC2 sur SiC, un film mince de 200 nm d’un alliage TixAl1-x a été déposé sur SiC-4H suivit d’un recuit sous Ar. Dans cette étude, on a fait varier la concentration du Ti et d’Al dans le dépôt métallique (Ti20Al80, Ti30Al70, Ti50Al50 et Ti), et on a aussi varié la température de recuit de 900°C à 1200°C. Des analyses structurales comme le DRX, MET, MEB et XPS ont été effectuées après recuit. Pour caractériser électriquement la couche Ti3SiC2 synthétisée sur SiC, des motifs TLM ont été réalisés. Des caractérisations électriques à température ambiante et à très haute température (jusqu’à 600°C) ont été mis en œuvre pour chaque type de dépôt et par conséquence la hauteur de barrière de potentielle a été également déterminée. Enfin, pour étudier la stabilité thermique du Ti3SiC2 sur SiC, des tests de vieillissement ont été réalisé à 600°C sous Ar
The growth of Ti3SiC2thin films was studied onto 4H-SiC (0 0 0 1) 8◦and 4◦-off substrates by thermalannealing of TixAl1−x(0.5 ≤ x ≤ 1) layers. The annealing time was fixed at 10 min under Argon atmosphere.The synthesis conditions were also investigated according to the annealing temperature (900–1200◦C)after deposition. X-Ray Diffraction (XRD) and Transmission Electron Microscope (TEM) show that thelayer of Ti3SiC2is epitaxially grown on the 4H-SiC substrate. In addition the interface looks sharp andsmooth with evidence of interfacial ordering. Moreover, during the annealing procedure, the formationof unwanted aluminum oxide was detected by using X-Ray Photoelectron Spectroscopy (XPS); this layercan be removed by using a specific annealing procedure. Using TLM structures, the Specific Contact Resistance (SCR) at room temperature of all contacts was measured. The temperature dependence up to 600°C of the SCR of the best contacts was studied to understand the current mechanisms at the Ti3SiC2/SiC interface. Experimental results are in agreement with the thermionic field emission (TFE) theory. With this model, the barrier height of the contact varies between 0.71 to 0.85 eV

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Ouaida, Rémy. "Vieillissement et mécanismes de dégradation sur des composants de puissance en carbure de silicium (SIC) pour des applications haute température." Thesis, Lyon 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LYO10228/document.

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Abstract:

Dans les années 2000, les composants de puissance en carbure de silicium (SiC) font leur apparition sur le marché industriel offrant d'excellentes performances. Elles se traduisent par de meilleurs rendements et des fréquences de découpage plus élevées, entrainant une réduction significative du volume et de la masse des convertisseurs de puissance. Le SiC présente de plus un potentiel important de fonctionnement en haute température (>200°C) et permet donc d'envisager de placer l'électronique dans des environnements très contraints jusqu'alors inaccessibles. Pourtant les parts de marche du SiC restent limitées dans l'industrie vis à vis du manque de retour d'expérience concernant la fiabilité de ces technologies relativement nouvelles. Cette question reste aujourd'hui sans réponse et c'est avec cet objectif qu'a été menée cette étude axée sur le vieillissement et l'analyse des mécanismes de dégradation sur des composants de puissance SiC pour des applications haute température. Les tests de vieillissement ont été réalisés sur des transistors MOSFET SiC car ces composants attirent les industriels grâce à leur simplicité de commande et leur sécurité "normalement bloqué" (Normally-OFF). Néanmoins, la fiabilité de l'oxyde de grille est le paramètre limitant de cette structure. C'est pourquoi l'étude de la dérive de la tension de seuil a été mesurée avec une explication du phénomène d'instabilité du VTH. Les résultats ont montré qu'avec l'amélioration des procédés de fabrication, l'oxyde du MOSFET est robuste même pour des températures élevées (jusqu'à 300°C) atteintes grâce à un packaging approprié. Les durées de vie moyennes ont été extraites grâce à un banc de vieillissement accéléré développé pour cette étude. Des analyses macroscopiques ont été réalisées afin d'observer l'évolution des paramètres électriques en fonction du temps. Des études microscopiques sont conduites dans l'objectif d'associer l'évolution des caractéristiques électriques par rapport aux dégradations physiques internes à la puce. Pour notre véhicule de test, la défaillance se traduit par un emballement du courant de grille en régime statique et par l'apparition de fissures dans le poly-Silicium de la grille. Pour finir, une étude de comparaison avec des nouveaux transistors MOSFET a été réalisée. Ainsi l'analogie entre ces composants s'est portée sur des performances statiques, dynamiques, dérivé de la tension de seuil et sur la durée de vie moyenne dans le test de vieillissement. Le fil rouge de ces travaux de recherche est une analyse des mécanismes de dégradation avec une méthodologie rigoureuse permettant la réalisation d'une étude de fiabilité. Ces travaux peuvent servir de base pour toutes analyses d'anticipation de défaillances avec une estimation de la durée de vie extrapolée aux températures de l'application visée
Since 2000, Silicon Carbide (SiC) power devices have been available on the market offering tremendous performances. This leads to really high efficiency power systems, and allows achieving significative improvements in terms of volume and weight, i.e. a better integration. Moreover, SiC devices could be used at high temperature (>200°C). However, the SiCmarket share is limited by the lack of reliability studies. This problem has yet to be solved and this is the objective of this study : aging and failure mechanisms on power devices for high temperature applications. Aging tests have been realized on SiC MOSFETs. Due to its simple drive requirement and the advantage of safe normally-Off operation, SiCMOSFET is becoming a very promising device. However, the gate oxide remains one of the major weakness of this device. Thus, in this study, the threshold voltage shift has been measured and its instability has been explained. Results demonstrate good lifetime and stable operation regarding the threshold voltage below a 300°C temperature reached using a suitable packaging. Understanding SiC MOSFET reliability issues under realistic switching conditions remains a challenge that requires investigations. A specific aging test has been developed to monitor the electrical parameters of the device. This allows to estimate the health state and predict the remaining lifetime.Moreover, the defects in the failed device have been observed by using FIB and SEM imagery. The gate leakage current appears to reflect the state of health of the component with a runaway just before the failure. This hypothesis has been validated with micrographs showing cracks in the gate. Eventually, a comparative study has been realized with the new generations of SiCMOSFET

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El, Falahi Khalil. "Contribution à la conception de driver en technologie CMOS SOI pour la commande de transistors JFET SiC pour un environnement de haute température." Phd thesis, INSA de Lyon, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00770657.

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Abstract:

Dans le domaine aéronautique, les systèmes électriques remplacement progressivement les systèmes de contrôle mécaniques ou hydrauliques. Les bénéfices immédiats sont la réduction de la masse embarquée et des performances accrues à condition que l'électronique supporte l'absence de système de refroidissement. Si la haute température de fonctionnement n'empêche pas d'atteindre une fiabilité suffisante, il y aura réduction des coûts opérationnels. Des étapes clefs ont été franchies en introduisant des systèmes à commande électriques dans les aéronefs en lieu et place de systèmes conventionnels : freins électriques, inverseur de poussée, vérins électriques de commandes de vol... Toutes ces avancées se sont accélérées ces dernières années grâce entre autre à l'utilisation de nouveaux matériaux semiconducteurs, dit à grand gap (SiC, GaN...), opérant à haute température et palliant ainsi une faiblesse des dispositifs classiques en silicium (Si). Des composants de puissance haute température, diode Schottky ou transistor JFET SiC, sont ainsi disponibles commercialement et peuvent supporter des ambiantes de plus de 220°C. Des modules de puissances (onduleur) à base de transistor JFET SiC ont été réalisés et validés à haute température. Finalement la partie " commande " de ces modules de puissance reste à concevoir pour les environnements sévères pour permettre leur introduction dans le module de puissance. C'est dans ce contexte de faiblesse concernant l'étage de commande rapprochée qu'a été construit le projet FNRAE COTECH, et où s'inscrivent les travaux de cette thèse, Dans un premier temps, un état de l'art sur les drivers et leurs technologies nous a permis de souligner le lien complexe entre électronique et température ainsi que le potentiel de la technologie CMOS sur Silicium sur Isolant (SOI) pour des applications hautes températures. La caractérisation en température de drivers SOI disponibles dans le commerce nous a fourni des données d'entrée sur le comportement de tels dispositifs. Ces caractérisations sont essentielles pour visualiser et interpréter l'effet de la température sur les caractéristiques du dispositif. Ces mesures mettent aussi en avant les limites pratiques des technologies employées. La partie principale de cette thèse concerne la conception et la caractérisation de blocs ou IPs pour le cœur d'un driver haute température de JFET SiC. Elle est articulée autour de deux runs SOI (TFSmart1). Les blocs développés incluent entre autres des étages de sortie et leurs buffers associés et des fonctions de protection. Les drivers ainsi constitués ont été testés sur un intervalle de température allant de -50°C à plus de 250°C sans défaillance constatée. Une fonction originale de protection des JFETs contre les courts-circuits a été démontrée. Cette fonction permet de surmonter la principale limitation de ces transistors normalement passant (Normaly-ON). Finalement, un module de bras d'onduleur a été conçu pour tester ces driver in-situ.

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Alwan, Mohamad. "Contribution à l’étude de l’impact des dégradations d’origines électriques et thermiques sur les performances du transistor VDMOS de puissance." Rouen, 2007. http://www.theses.fr/2007ROUES027.

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Abstract:

Les modules d’électronique de puissance sont appelés à être fortement intégrés et poussés aux limites de leurs capacités de fonctionnement. D’autre part, ces modules sont souvent soumis à des environnements thermiques sévères qui peuvent altérer profondément les propriétés des semi-conducteurs, voire même les détruire. La température peut jouer un rôle essentiel dans les mécanismes de dégradation. Ce travail a pour objectif la prise en compte des mécanismes de dégradation dans les composants microélectroniques, de type VDMOS de puissance, sur leurs performances électriques. Une analyse numérique de l’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques statiques et dynamiques du transistor VDMOSFET de puissance a été effectuée. Sous les conditions de la contrainte thermique, nous observons quelques modifications des propriétés physiques et électriques du VDMOS. Nous analysons théoriquement et numériquement, les paramètres responsables de ces modifications. Une expression approximative du coefficient d’ionisation en fonction de la température a été proposée. La tension de claquage et l’extension maximale de la charge d’espace en fonction du dopage et de la température ont été calculées pour une jonction plane abrupte P+N dissymétrique. L’effet de la contrainte thermique sur les caractéristiques dynamiques C(V) a été observé et analysé. Dans un champ étendu de conditions expérimentales, ce travail consiste, par des analyses physiques approfondies et des simulations 2D (Silvaco), à mettre en évidence ces phénomènes de dégradation pouvant causer des défaillances des dispositifs et systèmes microélectroniques à base de VDMOS. Nous avons étudié les contraintes à forts champs électriques (HEFS), à la température en fonctionnement opérationnel, à haute température sous polarisation (BTI) et à cyclage thermique sous polarisation sur la tension de seuil et sur le transfert de charge du VDMOSFET de puissance à canal n. Les caractéristiques du transfert de charge et C-V ont été étudiées durant les contraintes. Nous expliquons les causes principales dues à la dégradation dans le VDMOSFET qui sont les piégeages de charges dans l’oxyde et à l’interface oxyde-silicium induits par des porteurs libres qui ont l’énergie suffisante pour traverser la barrière SiO2/Si
The power electronics modules are required to be strongly integrated and led to their capacity limits of operation. In addition, these modules are often subjected to several thermal environments which can deteriorate the semiconductors properties, and even to destroy them. The temperature can play an essential part in the degradation mechanisms. This work consists to take into account the degradation mechanisms in microelectronics components, like Power VDMOS, on their electric performances. A numerical analysis has been performed to evaluate the thermal stress effect on static and dynamic characteristics of VDMOS power FET’s. Under thermal stress conditions, some modifications of physical and electrical VDMOS properties are observed. We analyse, theoretically and numerically, parameters responsible of these modifications. Approximate expressions of the ionization coefficients and breakdown voltage in terms of temperature are proposed. Non-punch-throughjunction theory is used to express the breakdown voltage and the space charge extension with respect to the impurity concentration and the temperature. The capacitances of the device have been also studied. The effect of the stress on C-V characteristics is observed and analyzed. We notice that the drain-gate, drain-source and gate-source capacitances are shifted due to the degradation of device physical properties versus thermal stress. In a wide field of experimental conditions, we propose, by deepened physical analyses and 2D simulations (Silvaco), to highlight these phenomena of degradation being able to cause failures of the devices and microelectronics systems containing VDMOS. We have studied the effects of High Electric Field Stress (HEFS), thermal operating, Bias Temperature Instability (BTI) and Bias thermal cycling in threshold voltage and gate charge of n-channel Power VDMOSFETs. The gate charge characteristics and C-V capacitance have been investigated during stress. It is shown that the main degradation issues in the Si Power VDMOSFETs are the charge trapping and the trap creation at the interface of the gate dielectric induced by energetic free carriers which have sufficient energy to cross the SiO2/Si barrier

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Zelmat, Samir. "Etude des propriétés électriques d'un matériau polyimide à haute température : application à la passivation des composants de puissance en carbure de silicium." Toulouse 3, 2006. http://thesesups.ups-tlse.fr/22/.

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Abstract:

L'objectif de cette étude est d'évaluer les potentialités du polyimide pour la passivation des composants de puissance en carbure de silicium (SiC), laquelle sera soumise à des températures et des champs électriques nettement supérieurs à ceux rencontrés dans l'environnement des puces en silicium (jusqu'à 350°C et 3 MV/cm respectivement). Pour quantifier les propriétés ‘intrinsèques' du polyimide, des caractérisations électriques ont été réalisées dans une gamme de température étendue jusqu'à 260 °C, sur des structures MIM (Métal Isolant Métal), avec des films de polyimide élaborés selon le procédé de fabrication standard préconisé par le fabricant. Les résultats ont montré de bonnes propriétés électriques à température ambiante et jusqu'à 180 °C. Cependant, des valeurs de facteur de pertes et de permittivité diélectrique trop élevées pour satisfaire l'application visée ont été montrées au-delà de 180°C. Une amélioration des propriétés diélectriques et d'isolation a été cependant observée après la réalisation d'un traitement thermique additionnel, dans lequel les échantillons sont exposés longuement à des températures élevées, indiquant que la stabilité des propriétés du matériau n'est pas atteinte à l'issue du recuit d'imidisation du film polyimide. L'analyse des caractérisations électriques et physico-chimiques montrent que cette instabilité est liée à l'évolution du taux d'imidisation de l'acide polyamique en polyimide, et de la concentration d'impuretés résiduelles (eau, solvant) lesquels dépendent des paramètres (durée, température) du recuit final d'élaboration du polyimide. Cette étude a permis de mettre en évidence la nécessité d'optimiser le recuit d'imidisation du procédé d'élaboration du film de polyimide afin d'obtenir des propriétés électriques adaptées au cahier des charges de l'application visée, dans une gamme de température étendue jusqu'à 350 °C
The aim of this work is to evaluate the polyimide potentialities as a passivation layer for silicon carbide power devices, under temperatures and electric fields definitely higher than those achieved in silicon based power device environment (until 350°C and 3 MV/cm respectively). In order to quantify the polyimide inherent properties, electrical characterizations were carried out in a range of temperature extended up to 260°C, on MIM structures (Metal Insulator Metal) using polyimide films cured in a standard process. The results show good electrical properties at ambient temperature and up to 180°C. However, high dielectric losses and permittivity are achieved beyond 180°C. An improvement of the dielectric and the insulation properties was however observed after an additional thermal treatment, in which the samples are slowly exposed at elevated temperatures, indicating that the material is unstable after the standard imidization cure of polyimide film. .

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Dissertations / Theses on the topic 'Coefficient de température de puissance'

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