Le transistor MOS de puissance à tranchées : modélisation et limites de performances
Résumé
This thesis deals with the modelling and evaluation of performance of a new power device, referred to as the trench MOS transistor. More precisely, the development, as from the seventies onward, of the low voltage power MOS structures is first presented up to the advent of the trench MOSFET whose main properties are listed. Then, a study of mechanisms involved in the different zones of the device - i.e., static analysis under ON-state and OFF-state, dynamic analysis - is carried out. Based on this study, a model of this transistor is established for the electric circuit simulation software SPICE. Parameter acquisition procedures for this model are detailed. The model thus obtained is then validated on two families of various industrial power MOSFET's. Finally, the static and dynamice performance limits of VDMOS and trench MOS structures are surveyed and compared. It is primarly shown that in the field of low voltages, the trench MOSFET exhibits higher performance standards than the VDMOS structure in terms of specific on-resistance and cell integration density. Analytical studies along with the 2D simulations of these types of devices equally show that this superiority is bound to increase in the yeards to come.
Ce mémoire traite de la modélisation et de l'évaluation des performances d'un nouveau composant de puissance, le transistor MOS à tranchées. Plus précisément, on présente tout d'abord l'évolution des structures MOS de puissance basse tension depuis les années 70 jusqu'au transistor MOS à tranchées dont les principales propriétés sont énumérées. On réalise ensuite une étude des mécanismes - analyse statique à l'état passant et à l'état bloqué, analyse dynamique - intervenant dans les diverses zones du composant. Sur la base de cette étude, on établit un modèle de ce transistor pour le logiciel de simulation des circuits SPICE. Les procédures d'acquisition des paramètres de ce modèle sont précisées. Ce modèle ainsi obtenu est ensuite validé sur deux familles de divers composants MOS de puissance industriels. Enfin, les limites de performances statiques et dynamiques des transistors VDMOS et MOS à tranchées sont étudiées et comparées. Il est principalement montré que, dans le domaine des basses tensions, le transistor MOS à tranchées affiche des performances supérieures au transistor VDMOS en termes de résistance passante spécifique et de densité d'intégration. Les études analytiques et les simulations bidimensionnelles des deux types de composants montrent également que cette supériorité est appelée à s'accroître dans les années à venir.