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THÈSE - Contribution à la modélisation des dispositifs MOS haute tension pour les circuits intégrés de puissance ("Smart Power")

MOS haute tension
Hniki, Saâdia
Sous la direction du :  Morancho, FrédéricEcole doctorale: Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres : Modélisation - Transistor MOS de puissance - Structures de test - Auto-échauffement - RF - Modèle compact - HiSIM-HV - Amplificateur de puissance - Réseau thermique
Sujets : Electricite, électronique, automatique

Table des matières



1. Introduction générale
2. Objectif de la thèse
3. Organisation de la thèse  

CHAPITRE 1 LES TRANSISTORS MOS HAUTE TENSION 

1.1 Introduction
1.2 L’histoire du transistor  

1.3 Présentation du transistor MOS et de son comportement physique 

1.3.1 Structure du MOS
1.3.2 Principe de fonctionnement  

1.4 Dispositifs MOS haute tension pour des applications RF de puissance 

1.4.1 Spécifité des transistors haute tension
1.4.2 Transistor MOS haute tension à l’état passant
1.4.2.1 Résistance à l’état passant (Ron)
1.4.2.2 Tension de seuil Vth
1.4.2.3 Courant de saturation Ids
1.4.2.4 Courant de fuite Ioff
1.4.3 Transistor MOS haute tension à l’état bloqué:
1.4.3.1 Tension de claquage
1.4.4 Architecture du transistor MOS haute tension
1.4.4.1 DMOS
1.4.4.2 Drift-MOSFET
1.4.4.3 MOS à extension de drain
1.4.4.4 UMOS et VMOS  

1.5 Circuits intégrés de puissance et gestion d’énergie à STMicroelectronics 

1.5.1 NLDMOS sur bulk et sur SOI
1.5.2 MOS à extension de drain DEMOS
1.5.3 Applications et utilisations des transistors haute tension
1.5.3.1 Interrupteur haute tension
1.5.3.2 Smart power
1.6 Conclusion du chapitre 

CHAPITRE 2 MODELISATION DE L’AUTO ECHAUFFEMENT DANS LES TRANSISTORS MOS HAUTETENSION 

2.1 Introduction
2.2 Histoire de l’auto-échauffement  

2.3 Caractérisation et modélisation de l’auto-échauffement  

2.3.1 Extraction de Rth avec la méthode de la résistance de grille
2.3.2 Extraction de la résistance thermique et de la température
2.3.2.1 Définition de nouvelles structures
2.3.3 Impact de la connection Dispositif-Plot (routage) sur Rth
2.3.3.1 Impact du routage
2.3.3.2 Correction des mesures
2.3.4 Impact de la température sur la résistance thermique 

2.4 Etude du comportement thermique d’un NLDMOS basée sur la mesure  

2.4.1 Comportement thermique intrinsèque du NLDMOS
2.4.1.1 Mesures et résultats
2.4.1.2 Interprétation
2.4.1.3 Modélisation
2.4.2 Couplage thermique
2.4.2.1 Définition
2.4.2.2 Mesures et résultats
2.4.2.3 Interprétation
2.4.2.4 Définition et extraction des coefficients de couplage
2.4.2.5 Nouvelle méthode d’extraction des coefficients de couplage
2.4.2.6 Modélisation des coefficients de couplage
2.4.3 Reproduction du profil thermique
2.4.4 Macro-modélisation et implémentation dans le simulateur
2.4.4.1 Principe d’implémentation
2.4.4.2 Validation du modèle en régime linéaire saturé
2.4.4.3 Application du modèle pour les cellules de puissance
2.4.5 Conclusion  

2.5 Etude du comportement thermique d’un NLDMOS basée sur la simulation 

2.5.1 Principe du réseau thermique distribué
2.5.1.1 Génération et diffusion de la chaleur
2.5.1.2 Loi fondamentale de propagation de la chaleur
2.5.2 L’outil GenSHE
2.5.2.1 Présentation de l’outil
2.5.2.2 Amélioration de l’outil
2.5.3 Robustesse de la simulation vis-à-vis des paramètres de l’outil
2.5.3.1 Impact du maillage
2.5.3.2 Impact des paramètres géométriques et technologiques du NLDMOS
2.5.4 Etude des lois d’echelles de la résistance thermique
2.5.4.1 Comportement intrinsèque
2.5.4.2 Couplage thermique
2.5.4.3 Extraction de la résistance thermique totale
2.5.4.4 Comparaison des simulations GenSHE avec les mesures
2.6 Conclusion
2.7 Conclusion du chapitre 

CHAPITRE 3 CONTRIBUTION A LA MODELISATION DES PARASITES RF DANS LES TRANSISTORS MOS HAUTE TENSION 

3.1 Introduction 

3.2 Etude de la modélisation RF du MOSFET  

3.2.1 Importance de la modélisation des parasites RF
3.2.2 Modèle petit signal : Intrinsèque/Extrinsèque
3.2.2.1 Schéma équivalent intrinsèque
3.2.2.2 Eléments extrinsèques
3.2.3 Détermination des éléments parasites du modèle du transistor MOS
3.2.3.1 Mesure des paramètres S
3.2.3.2 Le ‘‘de’embedding’’ ou épluchage
3.2.3.3 Procédure d’extraction
3.2.3.4 Détermination des éléments parasites extrinsèques du modèle du transistor MOS
3.2.3.5 Modélisation des capacités dans le cas du MOS standard  

3.3 Modélisation RF dans le MOS HV  

3.3.1 Objectif de l’étude
3.3.2 Modélisation utilisée dans le macro-modèle de réference
3.3.2.1 Macro modèle du LDMOS utilisé
3.3.3 Méthodologie d’extraction
3.3.3.1 Correction
3.3.3.2 Extraction
3.3.3.3 Validation  

3.4 Application de la méthode d’extraction 

3.4.1 Validation en régime AC
3.4.2 Validation en régime grand signal
3.5 Conclusion du chapitre  

CHAPITRE 4 EVALUATION DU MODELE COMPACT STANDARD HISIM_HV EN REGIME STATIQUE .  

4.1 Introduction 

4.2 Méthodes de modélisation des transistors MOS de puissance 

4.2.1 Le macro-modèle : modèle de STMicroelectronics
4.2.2 Modèle compact du MOS haute tension : HiSIM-HV
4.2.2.1 Présentation du modèle compact HiSIM-HV 

4.3 Evaluation en régime DC des modèles HiSIM_HV et macro-modèle de STMicroelectronics 

4.3.1 Modèle de mobilité
4.3.1.1 Macro-modèle de STMicroelectronics
4.3.1.2 Dopage graduel dans le canal
4.3.1.3 L’auto-échauffement
4.3.1.4 La quasi-saturation
4.3.1.5 Les diodes de jonction
4.4 Conclusion du chapitre
CONCLUSIONS
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXES 163
Annexe I : Méthode d’épluchage
PUBLICATIONS  


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Ditulis oleh: younes younes - vendredi 2 novembre 2012

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