Développement de filières technologiques Mos-Thyristors adaptées à l'intégration fonctionnelle de nouveaux dispositifs de puissance

Abstract

Nous présentons dans ce mémoire les travaux relatifs au développement de filières technologiques pour l'intégration de la fonction interrupteur pour des applications, haute tension forts courants, sur le réseau de distribution industriel. Nous avons montré que le concept d'intégration fonctionnelle d'éléments MOS et bipolaires est une approche intéressante permettant d'intégrer ce type de fonction. Nous avons dégagé les principales stratégies d'intégration et les solutions permettant de profiter au mieux des avantages des deux familles MOS et bipolaires en fonction des domaines d'application envisagés. Le domaine d'application visé imposant de sévères contraintes d'isolement galvanique entre les éléments de puissance et les circuits de traitement du signal, nous avons choisi de réaliser un Thyristor MOS commandé par voie optique. Ce dispositif consiste en une association monolithique d'un Thyristor MOS, constituant l'élément de puissance d'une photodiode destinée à détecter la commande optique, les fonctions de protection et validation étant associées respectivement par une diode Zener et un transistor M.O.S à déplétion. Pour arriver à cette intégration, un modèle analytique a été proposé, et une filière technologie planar haute tension à grille aluminium a été développée et optimisée. Dans la perspective de réaliser des fonctions interrupteurs auto-protégées adaptées aux applications sur le réseau industriel, nous avons proposé et étudié l'intégration d'une fonction de protection en température sur le Thyristor commandé par voie optique. Nous présentons dans ce mémoire les travaux relatifs au développement de filières technologiques pour l’intégration de la fonction interrupteur pour des applications, haute tension forts courants, sur le réseau de distribution industriel. Nous avons montré que le concept d’intégration fonctionnelle d’éléments MOS et bipolaires et une approche intéressante permettant d’intégrer ce type de fonction. Nous avons dégagé, les principales stratégies d’intégration et les solutions permettant de profiter au mieux des avantages des deux familles MOS et bipolaires en fonction des domaines d’application envisagés. Le domaine d’application visé imposant de sévères contraintes d’isolement galvanique entre les éléments de puissance et les circuits de traitement du signal, nous avons choisi de réaliser un Thyristor Mos commandé par voie optique. Ce dispositif consiste en une association monolithique d’un Thyristor Mos, constituant l’élément de puissance, d’une photodiode destinée à détecter la commande optique, les fonctions de protection et validation étant associées respectivement par une diode zener et un transistor M.O.S à déplétion. Pour arriver à cette intégration, un modèle analytique a été proposée, et une filière technologique planar haute tension à grille aluminium a été développé et optimisée. Dans la perspective de réaliser des fonctions interrupteurs auto-protégées adaptées aux applications sur le Thyristor commandé par voie optique. Nous nous sommes intéressé ensuite à l’intégration de la fonction Thyristor Dual beaucoup plus intéressante dans des applications de puissance que la simple fonction Thyristor. Nous nous sommes intéressés au cœur de cette fonction qui correspond à un dispositif auto-amorçable et blocable. Nous avons étudié, modélisé et comparé les structures susceptibles de réaliser cette fonction. Pour la réalisation de ces structures, nous avons présenté les premiers développements d’une filière technologique MOS-Thyristor avec les grilles en silicium polycristallin. Des premiers développements d’une filière technologique MOS-Thyristor avec les grilles en silicium polycristallin. Des éléments de prospectives en vue de l’intégration de la fonction Thyristor Dual complète ont été également proposés.