BJT application expansion by insertion of superjunction

International audienceIn this paper, some high voltage Bipolar Junction Transistors are presented and compared in order to suggest a switch for household appliances with fully turn-on, turn-off control. For the first time, a comparative theoretical study, using 2D simulations, shows that concepts like the "superjunction" improve the static behaviour of conventional BJT. These new structures are compared with a SJMOSFET and an IGBT. The new BJT exhibits lower static losses than SJMOSFET and gives up an interest in bipolar structure

Conception de transistor MOS haute tension (1200 volts) pour l'électronique de puissance

IGBTs are currently used in rail train 1200 Volts power converter. These are disabled by important switch losses and thermal surge. Substitute IGBTs by power MOSFETs would enable to overcome these drawbacks. However, in this voltage range, MOSFETs are penalized by the Breakdown voltage / On-state resistance trade-off. As part of this thesis works, we have studied many principles to invent a new powerful MOSFET structure. We have chosen a Superjunction structure, made by deep trench etching and boron diffusion. Theoretically, this structure exhibits 13 m.cm2 for 1200 V. The main part of the work was to optimize this structure. For this, we have studied many technological parameters influence on Breakdown voltage / On-state resistance the trade-off. We have developed a new innovated junction termination in order to sustain the desired breakdown voltage. It was necessary to identify the process critical steps. From this point, we have fabricated a 1200 V diode which enabled to validate some of these steps.Les composants actifs des convertisseurs de puissance empoyés pour la traction ferroviaire 1200 volts sont actuellement des IGBTs. Ceux-ci sont handicapés par leurs pertes en commutation et leur emballement thermique. L'utilisation de transistors MOS de puissance permettrait de pallier ces inconvénients. Néanmoins, à ces niveaux de tension, les transistors MOS sont pénalisés par leur compromis "tenue en tension/résistance passante spécifique". Dans le cadre de ces travaux de thèse, nous avons étudié différents principes pour concevoir une nouvelle structure MOS performante. Nous avons arrêté notre choix sur une structure se basant sur le concept de la superjonction, réalisé par gravure profonde et diffusion de bore. Théoriquement, cette structure atteint 13 mOcm2 pour 1200 V. Une grande partie des travaux de recherche a consisté à optimiser cette structure. Pour cela, nous avons étudié l'influence des paramètres technologiques et géométriques sur le compromis "tenue en tension/résistence passante spécifique". Nous avons également développé une terminaison innovante afin d'assurer la tenue en tension du composant. Il a ensuite fallu identifier les étapes critiques du procédé de fabrication. A partir de ces résultats, nous avons réalisé une diode 1200 V qui nous a permis de valider certaines briques technologiques

Improvement of a bidirectional switch for electric network

International audienceIn this paper, we suggest a new behaviour for a bipolar bidirectional switch for network application. We use two high current gain bipolar power transistors, based on TBSBT, one to control the forward current, and the second one to short-circuit the complementary diode, thus, for the first time, significantly decrease its power dissipation. For that, we must improve the power transistor's reverse current gain

Conception de transistors MOS haute tension (1 200 volts) pour l'électronique de puissance

International audienceDans le cadre de ces travaux, nous avons étudié différents principes pour concevoir une nouvelle structure MOS performante. Nous avons arrêté notre choix sur une structure se basant sur le concept de la superjonction, réalisée par gravure profonde et diffusion de bore. Une grande partie des travaux de recherche a consisté à optimiser cette structure. Pour cela, nous avons étudié l'influence des paramètres technologiques et géométriques sur le compromis " tenue en tension/résistance passante spécifique ". Nous avons également développé une terminaison innovante afin d'assurer la tenue en tension du composant. Il a ensuite fallu identifier les étapes critiques du procédé de fabrication. À partir de ces résultats, nous avons réalisé une diode 1 200 V qui nous a permis de valider certaines briques technologiques mais également la terminaison originale

A new junction termination technique: The Deep Trench Termination (DT²)

International audienceNumerous techniques have been used to improve the voltage handling capability of high voltage power devices with the aim to obtain the breakdown of a plane junction. In this work, a new concept of low cost, low surface and high efficiency junction termination for power devices is presented and experimentally validated. This termination is based on a large and deep trench filled by BCB (BenzoCycloButene) associated to a field plate. Simulation results show the important impact of trench design and field plate width on termination performances. The experimental breakdown voltage of this Deep Trench Termination (DT2) is close to 1300 Volts: this value validates not only the concept of the DT2 but also the choice of the BCB as a good dielectric material for this termination

Étude paramétrique des performances statiques du transistor DT-SJMOS 1200 V

National audienceDans cet article, nous présentons l'étude paramétrique des performances statiques du transistor DT-SJMOS. Nous rappelons, dans un premier temps, la structure du transistor ainsi que ses caractéristiques technologiques. La structure est ensuite simulée à l'aide du logiciel TCAD Sentaurus dans le but d'étudier la sensibilité de ses performances statiques en fonction de la variation de différents paramètres géométriques et technologiques. Il s'avère que les variations technologiques dans le volume de la structure sont néfastes à sa tenue en tension, alors que la géométrie de surface influence peu le comportement

Conception de transistors MOS haute tension (1200 Volts) à tranchées profondes

National audienceDans ce papier, une étude est proposée afin de trouver une alternative à la technologie IGBT 1200 Volts avec une technologie MOS innovante. Quatre technologies sont présentées et comparée : L'UMOSFET, l'OBUMOSFET, le SJVDMOSFET et le DTMOSFET. Une étude comparative, à l'aide de simulations 2D, des structures de même tenue en tension nous a permis d'écarter certaines technologies, incapable de concurrencer les performances statiques d'un IGBT 1200Volt

The DT-SJMOSFET : a new power MOSFET strucure for high-voltage applications

International audienceNew hybrid vehicles will probably use high voltage batteries (150 to 200 Volts). For these future automotive applications, the development of 600 Volts power MOSFET switches exhibiting low on-resistance is desired. The "Deep Trench SuperJunction" MOSFET (DT-SJMOSFET) is one of the new candidates. In this paper, a comparative theoretical study, using 2D simulations, shows that the DT-SJMOSFET should be a challenger to the conventional SJMOSFET in terms of "specific on-resistance / breakdown voltage" trade-off. Simulations of the DT-SJMOSFET breakdown voltage versus the technological parameters exhibit the difficulties to fabricate the device. Finally, an original edge cell is proposed that contains the peripheral potential

2D finite elements electro-thermal modeling for IGBT: uni and multicellular approach

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