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Khalil EL FALAHI soutient sa thèse le 25 juin 2012 à 10h00 - amphi E. du Châtelet - Médiathèque - INSA de Lyon

Titre :

Contribution à la conception de driver en technologie CMOS SOI pour la commande de transistors JFET SiC pour un environnement de haute température.

Jury :

• Directeur de thèse : ALLARD Bruno
• Rapporteurs : ALONSO Corinne ; CREBIER Jean-Christophe
• Examinateurs : AYEL François ; BAFLEUR Marise ; MEURET Régis

Résumé :

Dans le domaine aéronautique, les systèmes électriques remplacement progressivement les systèmes de contrôle mécaniques ou hydrauliques. Les bénéfices immédiats sont la réduction de la masse embarquée et des performances accrues à condition que l’électronique supporte l’absence de système de refroidissement. Si la haute température de fonctionnement n’empêche pas d’atteindre une fiabilité suffisante, il y aura réduction des coûts opérationnels. Des étapes clefs ont été franchies en introduisant des systèmes à commande électriques dans les aéronefs en lieu et place de systèmes conventionnels : freins électriques, inverseur de poussée … Toutes ces avancées se sont accélérées ces dernières années grâce à l’utilisation de nouveaux matériaux semiconducteurs, dit à grand gap (SiC, GaN…), opérant à haute température et palliant ainsi une faiblesse des dispositifs classiques en silicium (Si). Des modules de puissances à base de transistor JFET SiC ont été validés à haute température. Finalement la partie « commande » de ces modules de puissance reste à concevoir pour les environnements sévères pour permettre leur intégration. C’est dans ce contexte de faiblesse concernant l’étage de commande rapprochée qu’a été construit le projet FNRAE COTECH, et où s’inscrivent les travaux de cette thèse.
Un état de l’art sur les drivers nous a permis de souligner le lien complexe entre électronique et température ainsi que le potentiel de la technologie CMOS sur Silicium sur Isolant (SOI) pour des applications hautes températures. La caractérisation de drivers SOI disponibles dans le commerce nous a fourni des données d’entrée sur le comportement de tels dispositifs. Ces mesures mettent aussi en avant les limites pratiques des technologies employées. La partie principale de cette thèse concerne la conception et la caractérisation de blocs pour le cœur d’un driver haute température de JFET SiC. Elle est articulée autour de deux runs SOI (TFSmart1). Les blocs développés incluent entre autres des étages de sortie et leurs buffers associés et des fonctions de protection. Les drivers ainsi constitués ont été testés sur un intervalle de température allant de -50°C à plus de 250°C sans défaillance constatée. Une fonction originale de protection des JFETs contre les courts-circuits a été démontrée. Cette fonction permet de surmonter la principale limitation de ces transistors normalement passant (Normaly-ON). Finalement, un module de bras d’onduleur a été conçu pour tester ces driver in-situ.