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Dominique TOURNIER - 12 juillet 2013

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Dominique TOURNIER soutient son HDR le 12 juillet 2013 à 10h00 - Amphi Lespinasse - INSA Lyon

Devant le jury suivant :

  • Daniel ALQUIER, Professeur, directeur adjoint du GREMAN (UMR-CNRS 7347), Tours / rapporteur
  • Christian BRYLINSKI, Professeur, directeur du LMI (UMR-CNRS 5615), Lyon-1 / rapporteur
  • Philippe GODIGNON, Professeur, CNM-IMB, Barcelone
  • Stéphane LEFEBVRE, Professeur, Groupe EPI du pôle CSEE-SATIE, Paris / rapporteur
  • Frédéric MORANCHO, Professeur, Responsable du groupe ISGE, LAAS/CNRS, Toulouse
  • Dominique PLANSON, Professeur, Responsable du groupe EPI, Ampère, Lyon

Titre :
Des composants de puissance aux systèmes intégrés haute température en technologie Grand-Gap

Résumé :

Les enjeux sociétaux (maîtrise des dépenses énergétiques et “domotisation ”des espaces et moyens de vie) conduisent au développement de filières semi-conducteur alternatives à la filière classique silicium, ceci afin de répondre aux exigences croissantes au niveau des applications, tant dans les domaines de la haute tension que des hautes températures. En effet, les performances des composants en silicium ont atteint leurs limites. Malgré de fortes innovations (trench-MOS-IGBT vers la fin des années 90), ces nouveaux composants ne permettent pas de fournir des solutions pour des applications à forts potentiels (transports, domotique, télécommunication, gestion d’énergie). Les matériaux semiconducteurs, dits à large bande d’énergie interdite ou “Grand Gap, WBGs (Wide Band Gap seminconductor) ”, tels que le SiC ou le GaN, offrent des perspectives pour ces applications contraignantes, tant au niveau des composants de puissance, que de leur mise en oeuvre (commande). De nouvelles topologies de composants (HEMT par exemple) sont également à considérer et de nouvelles associations d’hétérojonctions et techniques de fabrication restent à concevoir. Les signes récents démontrant l’émergence des filières Grand-Gap (SiC, GaN) confirment l’importance de lever le verrou technologique des circuits intégrés haute température. Le développement de ces nouvelles filières semi-conduteur implique la maîtrise de la conception (simulation de type éléments finis et modélisation), de la technologie de fabrication, de la caractérisation et de la mise en oeuvre système de ces nouveaux interrupteurs et fonctions intégrées.
Ce document s’articule, dans la deuxième partie, en trois chapitres. Dans un premier temps sont présentés les enjeux et les attentes des technologies grand-gap, puis sont abordés synthétiquement les travaux de recherche auxquels j’ai participé. Enfin une analyse prospective positionnera les travaux engagés dans le contexte de l’intégration systèmes de puissance pour des applications hautes température et tension.

Abstract.

The society evolutions (mastery of energy expenditure and domotisation) lead to development of alternatives to silicon semicondutor technology, and this to answer the increasing requirements at the level applications, both in the domains of the high voltage and the high temperatures. Indeed, the performances of silicon devices reached their limits. In spite of strong innovations (trench-MOS-IGBT in the late 90’s) these new components do not allow to provide a solution to high temperature and high voltages applications. Wide Band Gap semiconductor, SiC, GaN, offer perspectives for these binding applications. New architectures of components (HEMT for example) have to be consider and of new associations of heterojunctions and techniques of manufacturing remain to conceived. The recent signs demonstrating the emergence of the WBG technology (SiC, GaN) confirm the importance sending the technological hightemperature bolt of integrated circuits. The development of these new semi-condutor implies the mastering of the conception (finite element simulation and modeling), of the technology of manufacturing, the characterization and the implementation system of these new switches and integrated functions.
This document thus articulates in three parts.We shall find at first a presentation of the stakes and the expectations of the WBG technology, then a synthetic presentation of the made research works, then a forward-looking analysis will position the works committed in the context of high temperature and high voltage integration systems.