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Soutenance de thèse de François BOIGE

par Isabelle Clarysse - publié le , mis à jour le

François BOIGE soutiendra publiquement ses travaux de thèse intitulés :

"Caractérisation et modélisation électrothermique compacte étendue du MOSFET SiC en régime extrême de fonctionnement incluant ses modes de défaillance. Application à la conception d’une protection intégrée au plus proche du circuit de commande", dirigée par Monsieur Frédéric RICHARDEAU et Monsieur Stéphane LEFEBVRE.

La soutenance se déroulera vendredi 27 septembre 2019 à 10h15, en salle des thèses à l’ENSEEIHT, 2 rue Charles Camichel 31000 Toulouse.

Jury :
M. Frédéric RICHARDEAU, (LAPLACE, INP Toulouse), Directeur de thèse

M. Stéphane LEFEBVRE, (SATIE, CNAM Paris), Co-directeur de thèse

M. Hervé MOREL, (INSA Lyon, Univ. Lyon), Rapporteur

M. Eric LABOURÉ, (GeePs, Univ. Paris-Sud) Rapporteur

M. Zoubir KHATIR, (SATIE – IFSTTAR), Examinateur

Mme Nathalie BATUT, (GREMAN, Univ. Tours), Examinateur

M. Nicolas GINOT, (IETR, Univ. Nantes), Examinateur

M. Stéphane AZZOPARDI, (Safran Tech, Paris), Invité

M. David TREMOUILLES , (LAAS, CNRS Toulouse), Invité

Mots-clés : MOSFET, SiC, fiabilité, gestion des pannes, court-circuit, fonctionnement sécurisé

Résumé :
Le défi de la transition vers une énergie sans carbone passe, aujourd’hui, par un recours systématique à l’énergie électrique avec au centre des échanges l’électronique de puissance. Pour être à la hauteur des enjeux, l’électronique de puissance nécessite des composants de plus en plus performants pour permettre un haut niveau d’intégration, une haute efficacité énergétique et un haut niveau de fiabilité. Aujourd’hui, le transistor de puissance, du type MOSFET, en carbure de silicium (SiC) est une technologie de rupture permettant de répondre aux enjeux d’intégration et d’efficacité par un faible niveau de perte et une vitesse de commutation élevée. Cependant, leur fiabilité non maitrisée et leur faible robustesse aux régimes extrêmes du type court-circuit répétitifs freinent aujourd’hui leur pénétration dans les applications industrielles. Dans cette thèse, une étude poussée du comportement en court-circuit d’un ensemble exhaustif de composants commerciaux, décrivant toutes les variantes structurelles et technologiques en jeu, a été menée sur un banc de test spécifique développé durant la thèse, afin de quantifier leur tenue au court-circuit. Cette étude a mis en lumière des propriétés à la fois génériques et singulières aux semi-conducteurs en SiC déclinés en version MOSFET tel qu’un courant de fuite dynamique de grille et un mode de défaillance par un court-circuit grille-source amenant, dans certaines conditions d’usage et pour certaines structures de MOSFET, à un auto-blocage drain-source. Une recherche systématique de la compréhension physique des phénomènes observés a été menée par une approche mêlant analyse technologique interne des composants défaillants et modélisation électrothermique fine. Une modélisation électrothermique compacte étendue à la prise en compte des modes de défaillance a été établie et implémentée dans un logiciel de type circuit. Ce modèle a été confronté à de très nombreux résultats expérimentaux sur toutes les séquences temporelles décrivant un cycle de court-circuit jusqu’à la défaillance. Ce modèle offre un support d’analyse intéressant et aussi une aide à la conception des circuits de protection. Ainsi, à titre d’application, un driver doté d’une partie de traitement numérique a été conçu et validé en mode de détection de plusieurs scénarii de court-circuit mais aussi potentiellement pour la détection de la dégradation de la grille du composant de puissance. D’autres travaux plus exploratoires ont aussi été menés en partenariat avec l’Université de Nottingham afin d’étudier l’impact de régimes de court-circuit impulsionnels répétés sur le vieillissement de puces en parallèle présentant des dispersions. La propagation d’un premier mode de défaillance issu d’un composant "faible" a aussi été étudiée. Ce travail ouvre la voie à la conception de convertisseurs intrinsèquement sûrs et disponibles en tirant parti des propriétés atypiques et originales des semi-conducteurs en SiC et du MOSFET en particulier.