27 Septembre – Soutenance de thèse - Omar Chihani

10 h Amphi Jean-Paul Dom - Laboratoire IMS (bâtiment A31 / campus de Talence)

Évaluation de la robustesse des technologies GaN en conversion de puissance.

L’industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l’électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques. Or, pour une même fonction, la solution électrique induit une augmentation de masse notamment due aux câblages qui pénalisent au final l’efficacité de la solution retenue. L’industrie des transports fait donc face à une forte contrainte de masse qui impose une forte augmentation de la densité de puissance. Par ailleurs, ces industries comme l’industrie spatiale sont confrontées à une forte compétition économique mondiale qui fixe des contraintes économiques sur le coût des fonctions. Un des enjeux pour ces industries est lié à l’utilisation de composants COTS (composants pris sur étagère) à la différence de composants sur mesure ASICs (Application Specific Integrated Circuits) dont les coûts de développement sont difficilement amortissables sur de faibles volumes de production. Il est donc nécessaire pour les industriels du spatial, de l’aéronautique et de l’automobile de développer des briques électroniques génériques qui soient à la fois performantes, abordables économiquement et fiables. D’un autre côté, dans le cadre de l’électronique de puissance, la densité de puissance des convertisseurs doit être augmentée afin de répondre aux besoins grandissants en termes d’intégration de puissance dans le domaine de l’aéronautique et l’automobile. Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d’émerger afin de succéder au silicium. Les premiers composants basés sur l’utilisation de semi-conducteurs à large bande interdite commencent à faire leur place dans le marché. Ces composants présentent des performances très encourageantes dans l’optique d’un remplacement des composants silicium. Cependant, leur fiabilité n’est pas encore démontrée. Cette étude a pour objectif d’évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L’étude consiste en l’application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L’objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d’isoler l’effet de chaque facteur de stress sur l’état des composants, et dans un second temps, d’identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement. Ce travail a permis d’identifier l’existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d’utilisation de ce genre de composants.

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