Caractérisation et modélisation du transistor JFET en SiC à haute température PDF Download
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Book Description
Dans le domaine de l'électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d'applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l'interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d'onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation.
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Dans le domaine de l'électronique de puissance, les dispositifs en carbure de silicium (SiC) sont bien adaptés pour fonctionner dans des environnements à haute température, haute puissance, haute tension et haute radiation. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite. Ce matériau possède des caractéristiques en température et une tenue aux champs électriques bien supérieure à celles de silicium. Ces caractéristiques permettent des améliorations significatives dans une grande variété d'applications et de systèmes. Parmi les interrupteurs existants, le JFET en SiC est l'interrupteur le plus avancé dans son développement technologique, et il est au stade de la pré-commercialisation. Le travail réalisé au cours de cette thèse consiste à caractériser électriquement des JFET- SiC de SiCED en fonction de la température (25°C-300°C). Des mesures ont été réalisé en statique (courant-tension), en dynamique (capacité-tension) et en commutation sur charge R-L (résistive-inductives) et dans un bras d'onduleur. Un modèle multi-physique du transistor VJFET de SiCED à un canal latéral a été présenté. Le modèle a été développé en langage MAST et validé aussi bien en mode de fonctionnement statique que dynamique en utilisant le simulateur SABER. Ce modèle inclut une représentation asymétrique du canal latéral et les capacités de jonction de la structure. La validation du modèle montre une bonne concordance entre les mesures et la simulation.
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Les systèmes d’électroniques de puissance ont grandement bénéficié du progrès révolutionnaire des composants de puissance en silicium (Si). Actuellement la quasi-totalité des applications d’électronique de puissance utilise des composants en Si. Les applications d’électroniques de puissance à haute température, haute tension et forte puissance sont de plus en plus croissantes et le silicium atteint ses limites. Le carbure de silicium (SiC) est un matériau semi-conducteur à large bande d’énergie interdite. Les propriétés électriques de ce matériau devancent celles du silicium, ce qui signifie qu’un composant en SiC présente de meilleures performances par rapport à son équivalent en silicium (Si). Les différents travaux à travers le monde démontrent un avenir prometteur pour le SiC dans la prochaine génération des composants de puissance. Le transistor JFET-SiC est l’interrupteur le plus avancé dans son développement technologique car il est au stade de la pré-commercialisation. Un modèle de type circuit pour les composants en SiC présente une extrême importance pour l’analyse et la conception de circuits de convertisseurs, en particulier, si une comparaison avec les composants en Si est établie. Le travail réalisé au cours de cette thèse, consiste à caractériser électriquement plusieurs versions de JFET-SiC pour des températures comprises entre 25°C et 225°C. Les caractérisations sont basées sur des mesures DC (Courant - Tension) en utilisant un traceur de caractéristiques, des mesures AC (Capacité - Tension) en utilisant un analyseur d’impédance et des mesures en commutation sur charge R-L (Résistive-Inductive). L’objectif est d’établir un modèle analytique du transistor JFET-SiCED. Ce modèle est basé sur l’analyse physique et comportementale du JFET en tenant compte de l’influence de la température et de la présence des deux canaux intrinsèques. Le modèle a été développé en langage VHDL-AMS et validé en régime statique ainsi qu’en dynamique en utilisant le simulateur SIMPLORER 7.0. La validation du modèle montre une excellente concordance entre les mesures et la simulation.
Author: Srihari Rajgopal Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages :
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This dissertation demonstrates 4H-SiC integrated circuits (ICs) operating to 500 deg.C (932 deg.F), using 10 μm, n-channel depletion mode junction field-effect transistors (JFETs). Key challenges in this development included: (i) large variations in the doping level and thickness of the SiC epitaxial layers of the starting wafers; (ii) low hole mobility of n-type 4H-SiC; (iii) limited circuit design space due to the use of only n-type devices and resistors; (iv) large variations in device parameters from room temperature to 500 deg.C; and (v) fabrication processes limitations.A number of analog IC building blocks for sensor interfacing and signal conditioning were included in the development effort, including a voltage reference, an instrumentation amplifer (INA) with a buffer amplifier to (i) regulate power supply voltage, and (ii) amplify and buffer the output of a low frequency voltage-based bridge-type pressure sensor.An outline of the contributions of this work is as follows:1. 4H-SiC, JFET-based sensor interface ICs were fabricated and could operate from room temperature to 500 deg.C.2. A voltage reference building block was demonstrated, with line regulation of ±2.5% between 25V to 50V input voltage from 100 deg.C to 500 deg.C using a 5.95 kO external resistor load. Load regulation was within ±3.5% between 25V to 50V input voltage from 100 deg.C to 500 deg.C with load resistances of 4.99 kO to 7 kO.3. An INA was implemented as a cascaded connection of front- and back-end units. The back-end amplifier demonstrated a differential gain of 17 dB, dropping to 14.2 dB from 25 deg.C to 500 deg.C. The frequency response of the buffer amplifier was stable between 25 deg.C to 500 deg.C--with a 3 km-long cable load representative of down-hole drilling applications.4. Material and fabrication issues that resulted in the deviation of the resistor values and transistor threshold voltages from intended design values were identified using a combination of materials analysis, transistor parametric modeling, circuit simulation and test bench measurements.5. An investigation into alternative high-temperature dielectric materials was also initiated. Both aluminum oxide and hafnium oxide appear promising for future designs, though further tests are needed.In high temperature sensor interface applications, JFET 4H-SiC IC technology is shown to be viable.
Author: Muhammad H. Rashid Publisher: Butterworth-Heinemann ISBN: 0128114088 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 1510
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Power Electronics Handbook, Fourth Edition, brings together over 100 years of combined experience in the specialist areas of power engineering to offer a fully revised and updated expert guide to total power solutions. Designed to provide the best technical and most commercially viable solutions available, this handbook undertakes any or all aspects of a project requiring specialist design, installation, commissioning and maintenance services. Comprising a complete revision throughout and enhanced chapters on semiconductor diodes and transistors and thyristors, this volume includes renewable resource content useful for the new generation of engineering professionals. This market leading reference has new chapters covering electric traction theory and motors and wide band gap (WBG) materials and devices. With this book in hand, engineers will be able to execute design, analysis and evaluation of assigned projects using sound engineering principles and adhering to the business policies and product/program requirements. - Includes a list of leading international academic and professional contributors - Offers practical concepts and developments for laboratory test plans - Includes new technical chapters on electric vehicle charging and traction theory and motors - Includes renewable resource content useful for the new generation of engineering professionals
Author: Muthu Wijesundara Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 1441971211 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 247
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Silicon Carbide Microsystems for Harsh Environments reviews state-of-the-art Silicon Carbide (SiC) technologies that, when combined, create microsystems capable of surviving in harsh environments, technological readiness of the system components, key issues when integrating these components into systems, and other hurdles in harsh environment operation. The authors use the SiC technology platform suite the model platform for developing harsh environment microsystems and then detail the current status of the specific individual technologies (electronics, MEMS, packaging). Additionally, methods towards system level integration of components and key challenges are evaluated and discussed based on the current state of SiC materials processing and device technology. Issues such as temperature mismatch, process compatibility and temperature stability of individual components and how these issues manifest when building the system receive thorough investigation. The material covered not only reviews the state-of-the-art MEMS devices, provides a framework for the joining of electronics and MEMS along with packaging into usable harsh-environment-ready sensor modules.
Author: Publisher: ISBN: Category : Aeronautics Languages : en Pages : 1460
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Lists citations with abstracts for aerospace related reports obtained from world wide sources and announces documents that have recently been entered into the NASA Scientific and Technical Information Database.
Author: Gennady Gildenblat Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9048186145 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 531
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Most of the recent texts on compact modeling are limited to a particular class of semiconductor devices and do not provide comprehensive coverage of the field. Having a single comprehensive reference for the compact models of most commonly used semiconductor devices (both active and passive) represents a significant advantage for the reader. Indeed, several kinds of semiconductor devices are routinely encountered in a single IC design or in a single modeling support group. Compact Modeling includes mostly the material that after several years of IC design applications has been found both theoretically sound and practically significant. Assigning the individual chapters to the groups responsible for the definitive work on the subject assures the highest possible degree of expertise on each of the covered models.
Author: Youness Hamieh
Author: Youness Hamieh
Author: Rami Mousa
Author: Srihari Rajgopal
Author: Muhammad H. Rashid
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Author: Muthu Wijesundara
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Author: Gennady Gildenblat