A Step Toward High Temperature Intelligent Power Modules Using 1.5kV SiC-BJT

International audienceLooking back to the development of inverters using SiC switches, it appears that SiC devices do not behave like their silicon counterparts. Their ability to operate at high temperature makes them attractive. Developing drivers suitable for 200˚C operation is not straightforward. In a perspective of high integration and large power density, it is wise to consider a monolithic integration of the driver parts for the sake of reliability. Silicon is not suitable for high ambient temperature; silicon-on-insulator offers better performances and presents industrial perspectives. The paper focuses on a SiC BJT driver: it processes logical orders from outside, drives adequately the BJT to turn it either on or off, monitors the turn-off and turn-on state of the device, and acts accordingly to prevent failure. SiC BJT imposes specific performances different from the well known ones of SiC JFET or MOSFET. The paper addresses a preliminary analysis of a SOI driver, anticipating the behavior of SiC-BJT and the change in behavior at high temperature. A discret driver as been design and fabricated. Elementary functionnal blocks have been validated, and a BJT conveter successfully operated at high temperature with high efficiency (η = 88%)

Influence of the Masking Material and Geometry on the 4H-SiC RIE Etched Surface State

International audienceThe roughness of etched SiC surfaces must be minimized to obtain surfaces with a smooth aspect, avoiding micromasking artifacts originating from re-deposited particles during the etching process. Four varieties of masks, Al, Ni, Si and C, were deposited on the SiC surface by photolithographic process. The C structures were formed by annealing conversion of patterned thick photoresist. On these surfaces, dry etching was performed with an SF6/O2 plasma produced in a Reactive-Ion-Etching (RIE) reactor. Although a better aspect of the surface is obtained with Ni in comparison with Al mask, micromasking could also occur even with Ni if the mask design was not enough spaced out. With C and Si masks, which produce fluorides species with negative boiling temperature, smooth etched surface was obtained without micromasking, even for tight masks covering up to 90% of the SiC surface

Conception, réalisation et caractérisation d\u27interrupteurs haute tension en carbure de silicium

Les composants à semi-conducteur en silicium connaissent des limites en terme de rapidité, température de travail et d\u27encombrement. Elles sont dues aux propriétés intrinsèques du matériau. Pour pallier ces limites, CEGELY conçoit, réalise et caractérise des composants de puissance en carbure de silicium depuis une dizaine d\u27années. Le travail effectué au cours de cette thèse repose sur la réalisation de démonstrateurs en SiC de type thyristor et JFET possédant une tenue en tension de 5kV. Une structure innovante d\u27un transistor JFET a été conçue et réalisée. Après caractérisation et afin de diminuer les difficultés rencontrées en technologie, une nouvelle conception de JFET est proposée. Des thyristors à électrodes non co-planaires ont été caractérisés. Ils ont montré une tenue en tension de 4 kV et une courant de 1,3 A sous 13 V. Parallèlement, une structure novatrice de thyristor à électrodes co-planaires a été développée et est en cours de fabrication

Etude sur les transistors MOSFETs en Carbure de Silicium - Potentiel d'utilisation dans les Applications Hautes Températures

National audienceCe papier présente les performances des MOSFETs en carbure de silicium pour des applications haute température. Les caractérisations statiques et dynamiques ont été réalisées avec un packaging adéquat pour des températures variant de 25°C à 250°C. Un banc de test de vieillissement a été conçu pour évaluer la durée de vie des composants en commutation sur une charge résistive avec T>250°C

STRUCTURE SEMI-CONDUCTRICE POUR INTERRUPTEUR ELECTRONIQUE DE PUISSANCE

WO 2012013888Cette structure comporte un substrat (1) de type n, présentant une face inférieure (10) et une face supérieure (11), un drain (D) en contact avec la face inférieure (10) du substrat (1), une première région semi-conductrice (2), de type n, présentant une surface supérieure (21) munie d'une zone de contact (210), une source (S) en contact avec la zone de contact (210), une deuxième région semi-conductrice (3), de type p, agencée à l'intérieur de la première région semi-conductrice (2) et délimitant un premier et un second canal de conduction (C1, C2) entre le drain et la source, et est remarquable en ce qu'elle comporte une première et une seconde grille (G1, G2) métalliques présentant chacune une portion (40, 71) en contact avec la première région semi-conductrice (2) de manière à former une jonction de type Schottky

Cryogenic to High Temperature Exploration of 4H-SiC W-SBD

International audienceW-SBD show exceptional reliability from 200 to 500K, however, its barrier analysis has never been performed thoroughly down 81K. This paper shows our study of Schottky barrier and Richardson coefficient was extracted for different temperature ranges. We observed fluctuation in function of the temperature. We analyse this phenomenon and compare it to literature for other barriers. Measurements of reverse characteristics up 1200V have been performed from 81 to 450K. It confirms that partial ionization influence on the drift doping impacts on the barrier height

Conception d'un JFET haute tension à canal latéral et vertical en carbure de silicium

International audienceCet article a pour but de présenter les avancées des travaux dans le domaine des interrupteurs électroniques de puissance, en particulier à base de transistors à effet de champ. Après un bref état de l'art dans ce domaine, on trouvera décrit en détail un JFET à canal vertical et latéral, qui présente de très nombreux avantages, en particulier pour les tensions très élevées. Cette structure a été retenue après comparaison avec un JFET à canal vertical seulement, non présenté ici, plus simple à fabriquer d'un point de vue technologique, mais moins adapté aux applications de haute tension visées

Towards Very High Voltage SiC Power Devices

International audienceThe development of high voltage devices is a great challenge. At least, railway and high voltage distribution network are example of applications requiring high voltage devices. SiC power devices and technology seems to be mature enough to give a short term solution. Indeed, silicon carbide devices appear to be the semiconductor of choice for high voltage (> 6.5 kV) applications compared to Gallium Nitride and Diamond. For high voltage devices, periphery protection is mandatory in order to reduce the well-known electric field crowding taking place at the junction edge. Some details are given about the different periphery technics (JTE, guard rings, MESA) applied to SiC devices, before combining some of them to reach higher and higher breakdown voltages. Some works remaining to be done are given as a conclusion of this paper

High temperature capability of high voltage 4H-SiC JBS

International audienceThis paper presents the high blocking capability of the 4H-SiC tungsten Schottky and junction barrier Schottky (JBS) diodes at room temperature as well as at high operating temperature. First, we present the design of the proposed devices and the process employed for their fabrication. In a second part, their forward and reverse characteristics at room temperature will be presented. Our rectifiers exhibit blocking capability up to 9kV at room temperature. Then, we investigate the reverse current behaviour at 5kV from room temperature to 250°C under vacuum. JBS and Schottky devices that are capable to block 8kV at room temperature, show leakage current inferior to 100μA at 250°C when reverse biased at 5kV. It confirms the capability of Silicon Carbide to produce devices capable of operation at temperatures and voltages above the Silicon limits. © (2012) Trans Tech Publications