Compréhension et optimisation de la robustesse électrothermique des dispositifs de puissance avançés en SiC // Increasing the electrothermal robustness of new SiC devices

Le carbure de silicium (SiC) est un semi-conducteur aux propriétés intrinsèques supérieures à celles du silicium pour les applications électroniques à haute température et à forte puissance. Il est anticipé que les dispositifs en SiC soient largement utilisés dans la transition vers l'électrification et les nouvelles applications de gestion de l'énergie. Pour exploiter pleinement les propriétés supérieures du SiC, les futurs dispositifs semi-conducteurs seront utilisés dans des conditions de polarisation et de températures extrêmes. Ces dispositifs doivent fonctionner en toute sécurité à des densités de courant, des dV/dt et des températures de jonction plus élevées que les dispositifs en Si.
L'objectif de cette thèse est d'étudier les dispositifs SiC fabriqués au LETI dans ces conditions de fonctionnement extrêmes, et d'optimiser leur conception pour utiliser pleinement le potentiel théorique du SiC. Le travail de thèse comprendra plusieurs phases qui seront fortement couplées :
Un volet caractérisation electro-thermique avancée (50%), en proposant de nouvelles approches de tests sur composants en boitier ou sur support adapté, en utilisant des outils d’intelligence artificielle (IA) pour l’extraction et le traitement des données. La travail inclura une adaptation des méthodologies de mesures standard aux spécificités de commutation du SiC.
Une évaluation (15%) des paramètres de conception et technologiques responsables des limites de fonctionnement des composants
Un volet caractérisation physico-chimique (15%) pour l'analyse des défaillances sous ces conditions extrêmes
Un volet d'inclusion de modèles prédictifs (20%) de sensibilité des architectures aux conditions extrêmes et aux défauts basée sur la modélisation.

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Silicon Carbide (SiC) is a semiconductor with superior intrinsic properties than Silicon for high temperature and high power electronics applications. SiC devices are expected to be extensively used in the electrification transition and novel energy management applications. To fully exploit the SiC superior properties, the future semiconductor devices will be used under extreme biasing and temperature conditions. These devices must operate safely at higher current densities, higher dV/dt and higher junction temperatures than Si devices does.
The objective of this thesis is to study the SiC devices fabricated at LETI under these extreme operating conditions, and to optimize their design to fully use the theoretical potential of SiC. The thesis work will include several phases that will be strongly coupled:
- Advanced electro-thermal characterisation (50%), by proposing new approaches to testing components in a box or on a suitable support, using artificial intelligence (AI) tools for data extraction and processing. The work will include adapting standard measurement methodologies to the specific switching characteristics of SiC.
- An assessment (15%) of the design and technological parameters responsible for the operating limits of the components.
- A physico-chemical characterisation component (15%) to analyse failures under these extreme conditions.
- The inclusion of predictive models (20%) for the sensitivity of architectures to extreme conditions and faults, based on modelling.

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Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire : Laboratoire des composants de Puissance à Semiconducteur
Date de début souhaitée : 01-04-2025
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS)
Directeur de thèse : GODIGNON Philippe
Organisme : CEA
Laboratoire : DRT/DCOS/SITEC/LAPS

Financement public/privé

Pôle fr : Direction de la Recherche Technologique
Pôle en : Technological Research
Département : Département Composants Silicium (LETI)
Service : Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies

BAC + 5 électronique