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Développement de fonctions intégrées en GaN pour la conversion d’énergie électrique

Défis technologiques Electronique et microélectronique - Optoélectronique Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

L'intégration des composants GaN (Nitrure de Gallium) dans les applications de puissance, nécessite de prendre en compte la vitesse de commutation très rapide de ces transistors. Par ailleurs si l'on souhaite commuter des courants de l'ordre plusieurs dizaines d'ampère il est indispensable de rapprocher au plus près le circuit de commande des éléments de puissance. Ce rapprochement peut se faire de deux façons: intégrer la puce de commande et la puce de puissance dans un même boitier ou intégrer ces deux éléments sur la même puce.

La meilleure option étant la seconde, il est alors nécessaire de réaliser des fonctions logiques en GaN permettant de concevoir un circuit de pilotage qui viendra s'intercalé entre les signaux de sortie d'un microcontrôleur et le ou les transistors de puissance GaN.

Ce développement sera basé sur les briques technologiques réalisées au Leti à partir de composants à grille enterrée MIS ( Métal, Isolant , Semi-conducteur) et permettra de valoriser cette technologie en montrant ses avantages ( Vitesse de commutation ( quelques nanoseconde), fonctionnement à des température (supérieures à 150°C)) par rapport à l’état de l’art.

Dans un premier temps, après une bibliographie approfondie sur le sujet il sera demandé de calibrer et utiliser des modèles (de type Spice) de composants actifs et passifs pour simuler les fonctions logiques de base et pour aider à la conception numérique complète du circuit de commande.

Une seconde partie consistera à réaliser le dessin du jeu de masques, suivi de la fabrication du circuit sur puce intégrant la fonction de pilotage ainsi que les transistors de puissance.

Dans la suite, il sera demandé de caractériser électriquement le circuit dans un environnement proche d’une application réelle. Cette étape sera suivie par une passe d’amélioration afin de fiabiliser et augmenter la robustesse du circuit dans une gamme étendue de température et fréquence.

Laboratoire

Département Composants Silicium (LETI)
Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire des composants de Puissance à Semiconducteur
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