Academic literature on the topic 'Transistor Thermique'

L'IGBT est bien adapté aux applications de moyenne puissance. La tendance actuelle est l'amélioration de ses possibilités tant au niveau de la tension et du courant admissibles qu'au niveau de la fréquence de fonctionnement. Ce transistor dans un avenir très proche devrait remplacer bon nombre de composants. Une meilleure connaissance de I'IGBT passe par une caractérisation électrique et thermique précise, afin d'améliorer la conception des convertisseurs modernes de l'Electronique de Puissance. Dans ce travail, nous avons effectué une étude détaillée des différentes méthodes de caractérisation des composants semi-conducteurs et plus particulièrement de I'IGBT. Pour arriver à ce but, nous avons développé et/ou utilisé des programmes de calcul et des logiciels ayant trait aux domaines électrique et thermique. Dans certains cas, un modèle comportemental, où le composant est considéré comme une boite noire est étudié par ses entrées et sorties, est suffisant. Finalement, nous avons étudié plusieurs manières de prendre en compte ce phénomène dans des outils de simulation

De nos jours, les caméras sont de plus en plus utilisées lors de missions spatiales ou en centrale nucléaire pour des missions d'observations (civiles ou militaires) et de surveillance (vérification du déploiement de panneaux solaires, opérations extravéhiculaires, accident nucléaire, site de stockage). L'environnement spatial, les réacteurs civils nucléaires ou les lieux de stockage de déchets radioactifs sont des milieux radiatifs qui peuvent très fortement perturber les composants électroniques et les systèmes. Dans ces environnements, les rayonnements ionisants dégradent les paramètres électriques des composants électroniques. La dose totale ionisante conduit à l'apparition d'un nombre significatif de charges dans les oxydes des matériaux constituant les composants électroniques, modifiant leurs propriétés électriques. Il en résulte qu'une exposition à la dose totale ionisante peut entraîner une défaillance partielle ou totale d'un composant voire d'un système électronique embarqué.Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une méthode de régénération pour guérir les paramètres électriques dégradés par la dose totale ionisante de composants électroniques soumis aux rayonnements ionisants. Cette méthode consiste à appliquer des cycles de recuit isothermes à un composant électronique. Dans un premier temps, cette méthode est appliquée sur des transistors MOS, et une étude est menée sur l'impact des différents paramètres clés du recuit (polarisation, température, durée de recuit, pas en dose entre chaque recuit). Dans un second temps, nous nous intéressons à des composants plus intégrés et plus récents tels que des capteurs d'images de type CMOS APS. Nous montrons expérimentalement l'impact d'un recuit sur ce type de composant et enfin, nous adaptons la méthode de régénération pour l'appliquer à ces capteurs APS afin d'augmenter leur durée de vie
Nowadays, cameras are more and more used in space missions or nuclear plant for observation (civil or military) and monitoring missions (checking the deployment of solar panels, extravehicular operations, nuclear accident, and area storage). The space environment, nuclear reactors or radioactive waste storage areas are radiative environments that can greatly disturb electronic components and systems. In these environments, ionizing radiation degrades the electrical parameters of electronic components. The total ionizing dose induces significant charge build-up in oxides, degrading the electrical properties of the materials of electronic devices. That can result in the loss of functionality of the entire electronic system.In this thesis, we propose a regeneration method to recover the electrical parameters degraded by total ionizing dose of electronic components subjected to ionizing radiation. In this method isothermal annealing cycles are applied to electronic devices. In a first step, this method is applied on MOS transistors, and a study is conducted on the impact of various key parameters of annealing (bias, annealing temperature, annealing time, dose step between each annealing). In a second step, we focus on components more integrated and newer such as CMOS APS image sensors. We experiment what is the impact of annealing on this type of component and finally, the regeneration method is modified to be suitable on these APS sensors to increase their lifetime

Nous presentons des modeles electriques, simples, capables de predire les comportements statique et transitoire des composants. Le modele de la diode prend en compte notamment les charges stockees au blocage. Le modele du mos tient compte la generation de courant lors de l'amorcage, la resistance a l'etat passant, les capacites inter-electrodes et le seuil de conduction. Nous avons presente ensuite une nouvelle approche originale de type automatique, pour la simulation des convertisseurs de puissance. Le logiciel matlab/simulink a servi de support a cette etude. Des methodes propres a l'automatique pour la determination des matrices d'etat ont ete utilisees pour la determination de modeles de diode et de transistor mosfet de puissance sous forme de modeles internes d'etat. Les resultats simules ont ete valides par des resultats experimentaux. Les techniques de l'automatique ont ete mises en uvre pour l'identification des parametres internes des modeles de diode et de mos, a partir de l'analyse experimentale des signaux d'excitation et de reponse et de la representation d'etat. La qualite de l'estimation depend de la nature du signal d'excitation, de la periode et de la duree d'echantillonnage. Enfin, nous avons etudie le transfert thermique dans le mosfet. L'etude du transfert thermique dans la diode est un cas particulier de celui du mosfet. Un modele de diffusion de chaleur a ete mis au point pour l'etude de l'evolution de la temperature au cours du temps consecutivement a n'importe quelle sollicitation electrique. Il tient compte des conditions de refroidissement et d'implantation du composant. Nous avons aussi presente le dispositif experimental et la procedure utilisee pour identifier certains parametres thermiques en regimes permanent et transitoire et pour etudier leur sensibilite sur les transferts thermique.

L'objectif de cette étude était de diminuer, voire d'annuler, la dérive en température de capteurs magnétiques à base d'hétérostructures AlGaAs/InGaAs/GaAs. Pour répondre à la question posée, la solution envisagée a consisté à contrôler avec une grande précision l'ancrage du niveau de Fermi à la surface d'hétérostructures existantes. Ce contrôle a été assuré par l'adjonction d'une grille de géométrie optimisée et polarisée de façon adéquate. Nous avons montré qu'une modélisation linéaire du composant n'était pas adaptée et qu'il était nécessaire de mettre au point une analyse à deux dimensions par éléments finis rendant compte des résultats obtenus
The goal of this work was to decrease, and even cancel, the thermal drift of magnetic sensors based on pseudomorphic AlGaAs/InGaAs/GaAs heterojunction. For that, the chosen solution consisted in controlling the Fermi level pinning at the surface of existing heterojunction. This control has been done by the addition of a gate with different geometries and with a suitable polarisation. We showed that an one dimensional model was not adapted and that it was necessary to do a two dimensional analysis with the finite element method witch explain the results obtained

Dans le domaine de l'électronique de puissance, où l'environnement et le mode de fonctionnement du composant jouent un rôle primordial, nous constatons que les aspects thermiques doivent être évalués de la même manière que les aspects strictement électriques. Cela suppose entre autres que la température interne des composants doit pouvoir évoluer comme toutes les grandeurs électriques. Dans ce contexte, nous avons développé un modèle analytique du transistor bipolaire à grille isolée (IGBT) prenant en compte les interactions électro-thermiques dans le composant, en associant au modèle électrique du composant un réseau thermique. Pour cela, deux solutions de complexité différentes ont été envisagées pour l'élaboration du modèle thermique. La première approche (cellulaire) est basée sur l'analogie électrique-thermique. En effet, la propagation du flux de chaleur dans le composant est modélisée par un réseau cellulaire RTH(I) - CTH(I) dont les caractéristiques sont déterminées à partir de l'impédance thermique transitoire ZTH du composant. La seconde approche (dite mixte), fondée sur la résolution à une dimension de l'équation de diffusion de la chaleur, utilise un calcul plus précis de la température dans la couche de silicium, tout en conservant une représentation à base de cellules RTH-CTH pour l'ensemble du boîtier et de l'environnement. Le modèle électro-thermique ainsi développé est implanté en langage MAST dans le simulateur de circuits Saber.

Ce document traite de la caractérisation de composants HEMT à base de GaN en vue de leur modélisation. Une caractérisation exhaustive des transistors à base d’InalN/GaN et AlGaN/GaN est réalisée. Une importance particulière est donnée aux méthodes de caractérisation thermique, avec l’utilisation de la méthode 3ω pour la mesure de l’impédance thermique. Une étude des facteur d’échelle du modèle linéaire est également abordée. Le modèle non-linéaire présenté est développé afin d’élargir son champ d’application à l’amplification de puissance et à la commutation. Enfin, il est utilisé pour la réalisation du premier amplificateur de puissance utilisant la technologie InAlN en bande Ka
This report deals with the characterization of GaN HEMTs devices in order to create their model. An exhaustive characterization has been realized for AlInN/GaN and AlGaN/GAN based HEMTs. A special care has been given to the different thermal characterization methods, with the use of the 3ω method for the measurement of the thermal impedance. A study of scaling rules for small-signal model is presented. The non-linear model presented is developed in order to extend his application domain to the power amplification and power switches. Finally it is used in the design of the first poser amplifier base on AlInN technology in Ka-band

Des films minces de dioxyde de vanadium (VO₂) ont été développés sur des substrats de saphir-c, saphir-r et Si/SiO₂ (100) en utilisant le procédé de dépôt par ablation laser (PLD) avec une configuration hors axe, permettant des dépôts sur des surfaces de substrat relativement grandes, jusqu'à 5×5 cm². Les films minces de VO₂, post-dépôt, ont été soumis à un traitement thermique rapide afin d’obtenir le contraste le plus élevé (5 ordres de grandeurs pour la résistivité) entre leurs états isolant et métallique pendant la transition de phase autour de 68 °C. Les propriétés physiques des films minces de VO₂ étaient fortement corrélées au type de substrat utilisé.Ce travail concerne la réalisation des dispositifs thermiques innovants en utilisant la variation abrupte de l'émissivité du VO₂ au cours de sa transition métal-isolant (MIT) afin d'amplifier et de moduler le flux de chaleur radiatif en champ lointain. L'émissivité des films minces de VO₂ pendant la MIT a été mesurée avec précision en utilisant la technique de la cavité résonante à ondes thermiques (TWRC) au laboratoire Pprime de Poitiers. Les films ont montré des variations d'émissivité de l’ordre de Δε = 0,38 pendant la MIT pour 200 nm d’épaisseur, chaque film affichant différentes largeurs d’hystérésis.Les émissivités ont été utilisées pour modéliser et simuler des diodes thermiques radiatives et pour explorer théoriquement un transistor thermique radiatif avec une base en VO₂ sur des substrats en saphir-c, saphir-r ou Si/SiO₂. Un transistor thermique radiatif expérimental avec une base en VO₂ sur Si/SiO₂ a été réalisé. Nous avons pu mesurer expérimentalement les densités de flux de chaleur radiative internes ϕ₁ (collecteur-base) et ϕ₂ (base-émetteur) pour déterminer ϕ₃. Le transistor a démontré une performance de commutation thermique de 0,55, une amplitude de modulation thermique de 60 W/m² et un facteur d'amplification thermique de 0,24.Outre une des premières démonstrations expérimentales d’amplification des courants thermiques à travers des transistors thermiques radiatifs et conducteurs à base de VO2, ce travail fournit aussi une source riche de résultats sur les propriétés thermiques et optiques de ce matériau lors de sa transition diélectrique/métal et permet d’imaginer des dispositifs nouveaux (memristor thermique) à des échelles réduites à la centaine de micromètres
Vanadium dioxide (VO₂) thin films were developed on c-sapphire, r-sapphire, and Si/SiO₂ (100) substrates using Pulsed Laser Deposition (PLD) with an off-axis configuration, supporting relatively large substrate surfaces up to 5×5 cm². After deposition, the VO₂ thin films underwent Rapid Thermal Processing (RTP) to enhance the contrast between their insulating and metallic states during the phase change transition at 68°C (5 orders of magnitude for the electrical resistivity). The physical properties of the VO₂ thin films were strongly correlated with the type of substrate used.This work aims to develop innovative thermal devices by utilizing the abrupt change in emissivity of VO₂ across its metal-insulator transition (MIT) to amplify and modulate far-field radiative heat flux. The emissivity of VO₂ thin films during the MIT was measured precisely using the Thermal Wave Resonant Cavity (TWRC) technique at the Pprime laboratory in Poitiers. The VO2 thin films showed emissivity variations of approximately Δε = 0.38 across their MIT for a 200 nm thickness, with each film exhibiting a unique hysteresis loop.These emissivities were used in modeling and simulating radiative thermal diodes and to theoretically explore a radiative thermal transistor with a base of VO₂ on c-sapphire, r-sapphire, or Si/SiO₂ substrates. An experimental radiative thermal transistor with a VO₂ base on Si/SiO₂ was realized. The internal radiative heat flux densities ϕ₁ (collector-base) and ϕ₂ (base-emitter) were measured to derive ϕ₃. The transistor exhibited a thermal switch performance of 0.55, a thermal modulation amplitude of 60 W/m², and a thermal amplification factor of 0.24. This study, among the first to demonstrate thermal heat density amplification in a radiative thermal transistor, provides insights into VO₂'s thermal and optical properties during its MIT, inspiring the development of new devices like thermal memristors at micrometer scales

Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'intégration d'un modèle thermique de TBH issu de simulations thermiques 3D dans un environnement de simulation circuit. Après avoir mis en évidence dans le premier chapitre les effets thermiques dans les composants micro-ondes, nous avons présenté dans le second chapitre le potentiel de prédiction des échauffements d'une analyse thermique 3D. Ensuite nous avons présenté la mise en place d'une méthode de réduction de modèle par la technique des vecteurs de Ritz à partir de ces simulations. Le troisième chapitre décrit la modélisation non-linéaire électrothermique de TBH développé à l'IRCOM afin de générer un modèle global de transistor distribué par doigt que l'on connectera au modèle thermique. Enfin, le dernier chapitre démontre l'intérêt d'un tel modèle dans le cadre de prédiction de stabilité (crunch) et du fonctionnement de puissance notamment en terme de dynamiques lentes en fonctionnement pulsé
The work presented here involves an integration into a circuit simulator of a HBT's thermal model from a 3D finite element method thermal simulation

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement et l’optimisation de transistors bipolaires pour les futures générations de technologies BiCMOS. La technologie de référence est le BiCMOS055 présentant des fT et fMAX de respectivement 320 et 370 GHz. Dans un premier temps, il est montré que l’optimisation du profil vertical comprenant le budget thermique, le profil de la base et du collecteur notamment permet d’atteindre une fT de 400 GHz tout en restant compatible avec les transistors CMOS. Dans un second temps, le développement d’un collecteur implanté est présenté. La co-implantation du carbone avec le phosphore permet d’obtenir des substrats sans défaut, un contrôle de la diffusion précis ainsi que des performances électriques prometteuses. Une fréquence de transition fT record de 450 GHz est notamment atteinte grâce à des règles de dessins optimisées. Un module STI peu profond (SSTI) est développé afin de compenser l’augmentation de la capacité base / collecteur liée à ce type de technologie. Dans un troisième temps, l’intégration sur silicium d’une nouvelle architecture de transistor bipolaire ayant pour but de surmonter les limitations de la DPSA-SEG utilisée en BiCMOS055 est détaillée et les premiers résultats sont discutés. Cette partie démontre toutes les difficultés d’une intégration d’un transistor bipolaire de nouvelle génération dans une plateforme CMOS. La fonctionnalité de l’architecture émetteur / base est démontrée à travers des mesures dc. Pour terminer, la possibilité d’une intégration en 28 nm est évaluée à travers des travaux spécifiques, notamment au niveau des implantations à travers le SOI, et une ouverture sur les éventuelles intégrations 3D est réalisée
The studies presented in this thesis deal with the development and the optimization of bipolar transistors for next BiCMOS technologies generations. The BiCMOS055 technology is used as the reference with 320 GHz fT and 370 GHz fMAX performances. Firstly, it is showed that the vertical profile optimization, including thermal budget, base and collector profiles allows to reach 400 GHz fT HBT while keeping CMOS compatibility. In a second time, a fully implanted collector is presented. Phosphorous-carbon co-implantation leads to defect-free substrate, precise dopants profile control and promising electrical performances. A new 450 GHz fT record is set thanks to optimized design rules. A low-depth STI module (SSTI) is developed to limit the base / collector capacitance increase linked to this type of technology. In a third time, the silicon integration of a new bipolar transistor architecture is detailed with the aim of overcoming DPSA-SEG architecture limitations used in BiCMOS055 and first electrical results are discussed. This part shows the challenges of the integration of new-generation bipolar transistors in a CMOS platform. The functionality of the emitter / base architecture is demonstrated through dc measurements. Eventually, the feasibility of 28-nm integration is evaluated with specific experiments, especially about implantations through the SOI, and an overview of potential 3D-integrations is presented