J-L Sanchez, Frédéric Morancho. Patrick Austin, Marie Breil,Abdelhakim Bourennane, Magali Brunet, Karine Isoird,Henri Schneider

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1 État de l art et évolution des dispositifs semiconducteurs de puissance pour une meilleure gestion de l énergie électrique J-L Sanchez, Frédéric Morancho LAAS-CNRS Patrick Austin, Marie Breil,Abdelhakim Bourennane, Magali Brunet, Karine Isoird,Henri Schneider

2 `Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 2

3 Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 3

4 Contexte Forte croissance de la demande d énergie électrique. Aujourdhui l énergie électrique représente 25% de la demande d énergie finale et sa croissance sera de 60% jusqu à Power electrical consumption (Trillion kwh) Population (Billion) L énergie électrique sera présente dans de nombreuses applications. Le marché des Semiconducteurs de puissance est estimé à 50 billions de dollars en

5 Domaines applicatifs I (A) Electronique portable automobile.. transport ferroviaire 2500 HPM Applications industrielles Traction ferroviare system integration Micro convertisseur Equipement portables) Smart Power (automobile IPMet ASIPM Integration fonctionelle applications industrielles Applications domestiques et automobile) V (V) 5

6 Besoins composants pour le véhicule électrique Composants Basse tension (<100V) Forts courants Haute tension (600V- 1200V) Forts courants 6

7 Exemple du véhicule électrique Motor V V I Travaux 7

8 Véhicule électrique Les éléments passifs L, C, Transformateur Structure d une cellule IGBT Semiconducteurs et refroidisseur 8

9 Exemple de l habitat Centralised Control RF MEMS Sensors (T, motion, occupancy ) Energy micro-source RF MEMs Smart Power Galvanic insulation Gate 2control signal D1 R1 D3 R4 Vcc Vcc M1 Cathode Gate driver power supply D2 R2 To gate 2 Th2 Gate 2 Th3 Q1 R3 To Cathode Control Th1 Protections Th4 D4 R5 To gate 1 Gate 1 Q2 R6 Anode Proposed bidirectional device equivalent circuit To Anode Gate 1control signal M2 9

10 Les fonctions interrupteurs pour la conversion d énergie V V I I t t V I Am Bl I I t I Am Bl V V I Am Bl t I Am I V Bl I Bl V I Am V V I Am Bl V V I Am Bl Am I V Bl Am V Bl V Les dispositifs semiconducteursde puissance jouent le rôle d interrupteur dans les convertisseurs d énergie électrique. 10

11 L interrupteur de puissance Ouvert Passant Tension de claquage(bv dss ) Résistance à état passant (R ON.S) Amélioration des performances: BV dss : tension de claquage R ON.S (or V ON ): résistance à l état passant (pertes en conduction) Fréquence de fontionnement: pertes en commutation Température de fonctionnement Tenue en court-circuit Tenue en énergie CEM Amélioration des fonctionnalités: Bidirectionnalité en courant et/ou en tension Isolation galvanique 11

12 L interrupteur de puissance E P Etat bloqué N- P+ x P+ N- Non limitation de charge d espace E N- N+ P+ Tenue en tension V>0 x Région large et peu dopée Limitation de charge d espace 12

13 L interrupteur de puissance Etat passant Concentration de porteurs Thyristor P+ ou N+ IGBT P+ ou N+ VDMOS Composants unipolaires N- x TMOS: pas d injection de porteurs minoritaires Chute de tension directe fixée par les porteurs majoritaires Composants bipolaires IGBT: 1 jonction injecte des porteurs minoritaires Modulation de la conductivité Réduction de la chute de tension Thyristor: 2 jonctions injectent des porteurs minoritaires Très faible chute de tension + concentration de porteurs minoritaires + Chute de tension 13

14 L interrupteur de puissance Commutation Concentration de porteurs Concentration de porteurs Composants unipolaires Thyristor TMOS: uniquement porteurs majoritaires Temps de commutation à l ouverture faible Composants bipolaires IGBT, thyristors: injection de porteurs minoritaires Temps de commutation à l ouverture plus élevé x IGBT x + concentration de porteurs minoritaires + temps de commutation à l ouverture 14

15 Composants unipolaires et bipolaires Composants unipolaires (MOSFET, Schottky diode, ) Composants bipolaires (PN diode, bipolar transistor, IGBT, ) Source Gate Cathode Gate - Augmentation de la résistance à l état passant avec la tenue en tension - Augmentation des pertes en conduction avec la tenue en tension - P + N P N epitaxial -- - layer N + substrate Drain VDMOSFET - Faibles pertes en commutation - Fréquence de commutation élevée - - -N + P P + Modulation de la conductivité - P + N P N - epitaxial - - layer P + substrate Anode - La résistance à l état passant ne dépend pas( ou peu) de la tenue en tension (modulation de conductivité) - Faibles pertes en conduction IGBT - Pertes en commutation élevées - Fréquence de commutation faible - - N + P P + 15

16 Gammes d utilisation des composants de puissance Domaines d utilisation en 1997 Domaines d utilisation en, 2005 Les composants à grille MOS sont utilisés dans de nombreux champs applicatifs - LDMOSFETs dans les circuits intégrés de puissance - Vertical MOSFETs, pour les applications faibles et moyennes puissance - IGBTs pour les applications forte puissance De Silicon Limit Electrical Characteristics of Power Devices and Ics, A. Nakagawa, Y. Kawaguchi, K. Nakamura, ISPS 08, Invited paper 16

17 Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 17

18 Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Transistors VDMOS de puissance conventionnels VDMOSFET LDMOSFET I d Source Gate I d I d Source Gate Drain P + N + P R ch R a N + P P + P + P N + R ch R acc R d N + H R d H N - epitaxial layer (N D ) N - epitaxial layer (N D ) N + substrate R sub N buried layer P + substrate Drain Etat OFF: La tension de claquage (BV dss ) dépend de N D et H Etat ON: La résistance spécifique à l état passant (R on.s) dépends aussi de N D et H R on.s / BV DSS compromis < limite du silicium Limite conventionnelle du silicium: R ON.S = x(bv dss ) 2.4 (Ω.cm 2 ) 18

19 Nouveaux concepts Anode P N - Répartition 3D du champ électrique N + Cathode Anode Anode P Anode P P z P P N P N P N H W P W N y N - Dielectric N - P N + N + N + Cathode Superjunction Cathode U-diode Cathode FLI-diode 19

20 Concept de «Superjunction» PRINCIPE : balance des charges entre les régions P et et N: N A.W P = N D.W N ) (par exemple : N A = N D et W N = W P = W << H) - dépeuplement latéral: E ymax < E C - Après le dépeuplement latéral: V ds = E z.h Anode P BV dss = E C.H Première application: COOLMOS d Infineon I d Source Gate I d z P + N + N + P + P N P N P N H N + Cathode W P W N y P N P W/2 W W/2 N + substrate Drain 20

21 MOSFETs à Superjonction Nouvelles limites pour les MOSFETs verticaux: R ON. S ( Ω.cm 2 ) = W 5 4 BV dss Multiple epitaxies (Infineon, STMicroelectronics) Deep trench etching and filling with epitaxial layers (Fuji Electric) Deep trench etching, implantation / diffusion then filling with a dielectric (NXP, LAAS) 21

22 MOSFET superjonction à tranchée profonde Base cell Edge cell (termination) R ON.S (mω.cm 2 ) VDMOSFET conventionnel 507 DT-SJMOSFET 51 Etapes technologique critiques: Gravure ionique réactive profonde(drie) Diffusion bore à travers l oxyde Remplisage des tranchées avec BCB (BenzoCycloButene) CMP de surface 22

23 MOSFET superjonction à tranchée 6.25 µm 70 µm 100 µm 100 µm 6.18 µm Si BCB Si 1. DRIE 2. Remplissage avec BCB (BenzoCycloButene) Si BCB Si 3. Tranchées centrale et terminaison après CMP du BCB Réalisation LAAS 23

24 TM Concept des ilôts flottants Source Gate Source Gate FLYMOS VDMOS P + N + P N + P + P P + N + P Floating islands N + P + P P 0 E max1 E C P P N - N - epitaxial layer N - epitaxial layer N + substrate N + substrate N + W Drain VDMOS Drain FLYMOS X Amélioration de la tenue en tension (BV dss ) : N epi (VDMOS) = N epi (FLYMOS) R ON (VDMOS) R ON (FLYMOS) BV dss (VDMOS) < BV dss (FLYMOS) Ou bien Réduction resistance à l état passant (R ON ) : BV dss VDMOS = BV dss FLYMOS N epi (VDMOS) < N epi (FLYMOS) R ON (VDMOS) > R ON (FLYMOS) 24

25 TM MOSFETs à ilôts flottants Nouvelle limite: R ON. S ( Ω.cm 2 ) = BV dss ( ) 2.4 ( n +1) 1.4 (n = nombre d ilots) Première réalisation de FLYMOSFETs (BV dss = 80 V) Réalisation Freescale-LAAS source metallization 2 nd N - épitaxy 1 rst N - épitaxy gate polysilicon P-buried floating island N + substrate (drain) Amélioration de R ON.S de 33% par rapport à un 80 VDMOSFET conventionnel FLYMOSFETs 200 V avec deux niveaux d ilôts (première mondiale) Réalisation Freescale-LAAS Meilleure performance (en terme of R ON.Q gd ) pour BV dss = 200 V 25

26 Autres dispositifs «Ilots flottants» 300 V Floating Islands Schottky diode and its termination (Toshiba) 80 V Floating Islands Trench MOSFET - FITMOS - (Toyota) 500 V Floating Islands MOSFET and its termination (University of Chengdu, China) 26

27 Specific on-resistance R.S (mω.cm 2 ) ON Limite des performances statiques des Transistors MOS de puissance avec les nouveaux concepts n = Conventional silicon limit Conventional Floating Islands silicon device limit limits Superjunction devices limits Floating FLYMOSFET Islands (200 device V) limits FLYMOSFET (80V) DT-SJMOSFET Superjunction devices limits Other SJ Devices Breakdown voltage BV (V) dss W = 6 µm W = 4 µm W = 2 µm Limite conventionnelle du silicium: R ON.S = x(bv dss ) 2.4 (Ω.cm 2 ) Superjonctions : R ON.S = xw 5/4 x(bv dss ) (Ω.cm 2 ) Ilots flottants: R ON.S = 1.78x10-8 x(bv dss ) 2.4 x(n+1) -1.4 (Ω.cm 2 ) W = largeur des couches P and N des Superjonctions n = nombre d ilots des FLYMOSFETs Supériorité des superjonctions pour les hautes tension (> 600 V) compétition FLYMOSFET/Superjunction MOSFET dans la gamme moyenne tension (200 à 600 V) supériorité des FLYMOSFET dans la gamme basse tension(< 200 V) 27

28 Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 28

29 Contrôle de l injection et enrichissement Optimisation de l efficacité d injection de la jonction P+/N- face arrière. Objectif: atteindre un bon compromis E on, E off. J. Vobecky_, M. Rahimo, A. Kopta, S. Linder ABB Switzerland Ltd, Semiconductors, Fabrikstrasse 3, CH Lenzburg, Switzerland, ISPSD 08, Orlando Amélioration du profil de porteur du côté émetteur: Objectif : améliorer le V on sans pour autant augmenter le E off 29

30 Contrôle de l injection J. Vobecky_, M. Rahimo, A. Kopta, S. Linder ABB Switzerland Ltd, Semiconductors, Fabrikstrasse 3, CH Lenzburg, Switzerland, ISPSD 08, Orlando 30

31 IGBT faible perte Objectif: optimiser le compromis «pertes en conduction / pertes en commutation» avec une association parallèle de 2 IGBTs : -IGBT rapide: V ON élevé et faibles pertes en commutation -IGBT lent: faible V ON et pertes en commutation élevées V 5 Ohms Fast IGBT IGBT 50 A IGBT Slow IGBT 5 Ohms Pulse Pulse 60 V g V g IGBT lent V g IGBT rapide Courant Anode (Ampères) Anode current (A) IGBT rapide IGBT lent t 0 t 1 Commande de grille Temps (us) Time (µs) Répartition du courant d anode 31

32 IGBT faible perte 1 Pertes Energy en énergie losses (Joules) (J) 0,8 0,6 0,4 0,2 IGBT 1 IGBT 2 Configuration 1 Configuration 2 Configuration 3 Gate «slow» Cathode «slow» Frequency Fréquence (Hz) Cathode «fast» Gate «fast» IGBT 1: rapide IGBT 2: lent Configuration 1: s IGBT lent // IGBT lent Configuration 2: IGBT rapide // IGBT rapide Configuration 3: IGBT lent // IGBT rapide IGBT lent: P + Anode (C S = cm -3 ; X j = 7 µm) IGBT rapide: Semi-transparent anode (C S = cm -3 ; X j = 0,3 µm) 32

33 Nano IGBT? Akio Nakagawa Silicon limit electrical characteristics of power devices, ISPS 08 Du micro au nano Limites des IGBT 33

34 Intégration IGBT: diode IGBT à conduction inverse (RC-IGBT) Caractéristiques à l état ON RC-IGBT RC-IGBT courant inverse de recouvrement et contrôle de la commande grille from A High Current 3300V Module Employing Reverse Conducting IGBTs Setting a New Benchmark in Output Power Capability, M. Rahimo et al, ABB Switzerland Ltd Semiconductors ISPSD 08, pp

35 IGBT ou IGBT + diode? Première étape vers l interrupteur bidirectionnel (LAAS) V>0 V<0 D 1 D 1 I L T 1 D 2 V D 2 T 1 N + 2 N + 2 N + 2 N + 2 P + 2 P 2 P 2 P 2 P 2 P + 2 P + 2 N - T 2 T 2 Upper side V>0 a) V<0 P + N N + 1 L N+ L P+ (b) Anode N + diffusions in two basic IGBT cells I L V Lower side b) 35

36 IGBT Bidirectionnel ANR MOBIDIC V G2 Cathode Gate1 Cathode Intégration monolithique N + N + P + P+ P + N - P + N + N + P + Gate2 Anode Technique de wafer bonding technique ou lithographie double face 36

37 IGBT Bidirectionnel V G 1E V G 2E 0 0, , , , ,0001 Amélioration des pertes 110 I C (A) Bidirectionnelle ---- Unidirectionnelle 4,50E-05 4,70E-05 4,90E-05 5,10E-05 5,30E-05 5,50E-05 Temps (_s) Courant IC et tension VG1E à l ouverture V G1 E (V) 0,0065 0,0055 E off (J) 0,006 0,005 0,0045 0,004 0,0035 0, , t d (_s) 0,009 0,0085 0,008 0,0075 0,007 E on (J) I C (A) 1,10E+002 9,00E+001 7,00E+001 5,00E+001 3,00E+001 1,00E+001-1,00E+001 VG2E = 15 V ---- VG2E = 0 V 0, , , , , Temps (_s) V G1 E (V) Pertes en conduction et à l ouverture en fonction du délai de la fermeture de la grille2 Courant IC et tension VG1E à l ouverture 37

38 Limite des performances statiques des IGBTs Specific on-resistance R ON.S (mω.cm 2 ) n = W = 6 µm 100 W = 4 µm W = 2 µm Conventional silicon limit Floating Islands devices limits 0.01 Superjunction devices limits IGBT limit Breakdown voltage BV dss (V) Haute tension (> 1 kv): L IGBT est le meilleur dispositif, le SJMOSFET présente les mêmes performances statiques, mais l IGBT est moins cher Moyenne tension ( 600 V): performances identiques pour MOSFETs (FLYMOSFET, SJMOSFET) et IGBT. Le choix dépendra de la fréquence d utilisation. Faible tension (< 400 Volts): MOSFETs (FLYMOSFET ou SJMOSFET)sont les plu performants 38

39 Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 39

40 Propriétés des semiconducteurs grand gap Propriétés Si SiC GaN Diamant (C) Bande interdite (ev) 1,1 3,3 3,6 5,47 Champ de rupture (MV/cm) 0, Mobilité (cm_/v.s) des électrons des trous Conductivité thermique (W/cm.K) 1,5 5 1,5 20 Température d'utilisation ( C) SFM 1011 (W.f) 3, ratio / silicium 1 12,8 26, Figure de mérite SFM = µ eq Ec.. K. T max 40

41 Si, SiC, GaN: comparaison des limites des performances statiques Specific on-resistance R ON.S (mω.cm 2 ) n = Conventional silicon limit Floating Islands devices limits W = 6 µm Superjunction devices limits W = 4 µm W = 2 µm SiC limit GaN limit Breakdown voltage BV dss (V) Diamond limit En comparaison avec les limites conventionnelles du l amélioration des performances statiques est notable: R ON. S: 3 décades pour SiC et 4 décades pour GaN! BV dss : plus d une décade En comparaison avec les limites des composants à superjunction : Les composants à superjunction sont théoriquement performants à BV dss = 10 kv mais la technologie serait coûteuse (ou impossible) pour cette gamme de tension. Possibilité de réaliser des composants unipolaires haute tension (faible R ON et haute fréquence) 41

42 Diodes de puissance sur SiC Diode Schottky 300 V, 130 A, R. Singh et al, IEEE Transaction on Electron Devices, 2002 Bipolar diode 4.5 kv, 150 A Brett A. Hull et al, ISPSD 06 42

43 Transistors de puissance sur SiC JFET (BV dss = 11 kv, R ON.S = 130 mω.cm 2 ) J.H. Zhao et al, IEEE Electron Device Letters, 2004 MOSFET (BV dss = 10 kv, R ON.S = 123 m_.cm 2 ) S.H. Ryu et al, IEEE Electron Device Letters, 2004 Bipolar transistor 1200 V / 15 A (@V CE =2V) H.S. Lee et al, ICSCRM 07 - N-type IGBT 13 kv / 4 A (@V F <5 V) M.K. Das et al, ICSCRM 07 43

44 Etat de l art NMOS SiC 10 kv CREE Research ISPSD

45 Dispositifs de puissance sur GaN AlGaN/GaN HEMT (BV dss = 1050 V, R ON.S = 6 mω.cm 2 ) [Ueda et al, ISPSD 2005] Schottky Diode (BV dss = 1050 V, R ON.S = 6 mω.cm 2 ) [Yoshida et al, ISPSD 2006] 45

46 MOSFETs de puissance sur GaN Lateral MOSFET (BV dss = 940 V) [Huang et al, ISPSD 2006] Trench Gate MOSFET [Otake et al. JJAP 2007] RESURF LDMOSFET (BV dss = 1570 V, R ON.S = 30 mω.cm 2 ) [Huang et al, ISPSD 2008] 46

47 Etat de l art NMOS GaN 1.5 kv 1570 V 30 m_-cm2 T.P Chow ISPSD 2008 Center for Integrated Electronics, Rensselaer Polytechnic Institut 47

48 Perspectives GaN Projet ANR MOreGaN (Power MOSFETs realization on Gallium Nitride) Étude de faisabilité de transistors MOS de puissance en GaN : - croissance épitaxiale de type N et P (CRHEA) - dépôt d oxyde (SiO 2, Si 3 N 4, ) de bonne qualité et interface de qualité (IMN, LAAS) - implantations de type N (Si) et P (Mg, Be) (LAAS) - métallisation (LAAS) - passivation (LAPLACE) - calibration du logiciel de simulation physique SENTAURUS (LAAS) Objectif final : Conception de transistors LDMOS de puissance normally-off en GaN Source 48

49 Les défis technologiques des composants sur GaN Matériau - difficulté de mise en œuvre (pb de croissance car désaccord de maille substrat / GaN ) - Coût de wafer élevé (12 fois celui du Si) - Technologie - dopage P (implantation de Mg, Be) difficile - qualité des contacts ohmiques - état de surface et qualité de l interface oxyde / semiconducteur - Composants - unipolaires essentiellement(hemt / HFET, diodes Schottky, MOSFETs) mais interrupteurs normally-on essentiellement. - bipolaires (HBT) 49

50 Diode Schottky diamant 1400 current density (A/cm 2 ) Bias voltage (V) 0 Diode Schottky Contacts Gravure Polissage 50

51 Les défis technologiques des composants sur diamant - Matériau - difficulté de mise en œuvre (MWCVD) - substrats monocristallins de petite taille (12mm x 12mm) - impuretés (10 14 A/cm 3 ) (10 9 A/cm 3 pour le Si) - Coût de wafer élevé (1000 fois celui du Si) - Technologie - dopage P (Bore) in situ, implantation (?), pas de diffusion - pas de dopage N - contact ohmique (10-4 Ω.cm 2 ) - état de surface (polissage : qqes nm) - Composants - unipolaires uniquement (diodes Schottky, autres??) 51

52 Tendances Si SiC GaN Diamond Material Substrate cost (depends on the substrate) Technology (silicon compatible) Type of devices All All (MOS gated devices only at very high voltage) Essentially unipolar, lateral and normally-on devices Unipolar (Schottky, JFET) Voltage range Low and medium voltage Medium and high voltage Medium voltage Very high voltage SiC: Schottky et JBS sont disponibles jusqu à 1.2 kv. Diodes PiN bientôt disponibles. JFET (normally - ON) bien avancé. Composants à grille MOS en développement GaN Développement en cours pour des dispositifs de puissance. Forte potentialité Diamant:Travaux amont, première phase de développement 52

53 Plan Introduction Composants de puissance unipolaires: MOSFETs Dispositifs conventionnels «limite du silicium» Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants Limites des performances de ces nouveaux composants Compoants MOS/bipolaires: IGBTs Nouvelles architectures IGBT «faibles pertes» Intégration IGBT-diode IGBT Bidirectionnels Limites des performances des IGBT Composants de puissance grand gap Propriétés des semiconducteurs grand gap Comparaison des limites des performances SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur Conclusion 53

54 Composants de puissance au LAAS DT-SJMOSFET First MOSFET VMOSFET (First power device) RESURF LDMOSFET VDMOSFET «Floating Islands» concept LUDMOSFET «Low losses» IGBT GaN LDMOSFET Time (year) LDMOSFET MOS Thyristor Optical MOS Thyristor Dual Thyristor FLYMOSFET with 1 FI FLYMOSFET with 2 FI Bidirectional IGBT 54

55 Moyens technologiques From Mask fabrication Optical photolithography Infrastructure and support Electronic lithography Thin film deposition Electrochemical deposition Metallization 1500 m 2 clean room From class to class M equipment Flexibility Manual / Semiautomatic /Automatic equipments Si and III-V technologies 4 Si wafers (upgradeable to 6 ) Developments in substitution technologies M.B.E. Wet Etching Plasma Etching Chemistry Ion implantation Packaging To Characterization 55

56 Tendances du futur Wide band-gap semiconductor devices New silicon architectures Nouvelles architectures à grille MOS (MOSFETs, IGBTs) Schottky and JBS diodes: dispositifs grand gap remplaceront les dispositifs dans la gamme 300 à 600 Volts. Les composants sur silicium existeront encore dans le futur mais il y aura un développement de composants «grand gap» pour des marchés de niche dans un premier temps puis une pénétration progressive de marchés de masse qui exploiteront leur performances 56

57 Perspectives System Integration (architecture) 2009 to 2015 Integrated power switch Thermal management Galvanic insulation Cooling Passive (L, C) IPS Galvanic insulation Control Protections Power Switch Passive (L, C) Si, SiC or GaN switch (mono and bidirectional switch) Switch (mono or bidi) + driver control, protections Technology integration Flexible process: - Dry deep silicon etching - Trench MOS - Thin wafer techno - Wafer bonding - Vias - Backside lithography Materials: - GaN, SiC,Diamant Magnetic - High K - Low K - Piezo 3D integration: - Planarisation process - Interconnect metallization - Stacking (3D integration) - Diamant, CNT 57

58 Merci pour votre attention! 58