Physique des semi-conducteurs de puissance

INTRODUCTION

1 - PROPRIÉTÉS ÉLECTRONIQUES DU SILICIUM

• 1.1 - Notions élémentaires
  Figure 1 - Représentation schématique d’un cristal de silicium Figure 2 - Diagramme d’énergie simplifié Figure 3 - Variation de la concentration intrinsèque du silicium avec la température
• 1.2 - Transport de charges
  Figure 4 - Variations des vitesses moyennes de dérive des porteurs en fonction du champ électrique, dans le cas du silicium Figure 5 - Variations des mobilités des électrons (µn) et des trous (µp) en fonction de la concentration d’impuretés dopantes (N ) et de la température (T ), dans le cas du silicium Figure 6 - Réduction de mobilité par interactions porteurs-porteurs dans l’hypothèse de concentrations de trous et d’électrons égales (p » n), dans le cas du silicium
• 1.3 - Génération, recombinaison de porteurs
  Figure 7 - Transitions élémentaires de génération-recombinaison Shockley-Hall-Read
• 1.4 - Mécanismes de génération excédentaire
  Figure 8 - Coefficients d’ionisation en fonction du champ électrique, pour le silicium
• 1.5 - Équations de continuité
• 1.6 - Contacts et conditions aux limites
  Figure 9 - Chemin d’intégration et répartitions de potentiel à l’équilibre thermodynamique et hors équilibre, entre contacts
• 1.7 - Principales simplifications

2 - STRUCTURES ÉLÉMENTAIRES. EFFETS FONDAMENTAUX

• 2.1 - Jonction PN
  Figure 10 - Répartitions de potentiel et de concentrations de porteurs dans une jonction abrupte, à l’équilibre thermodynamique et sous polarisations directe et inverse Figure 11 - Représentation asymptotique de la caractéristique statique directe d’une jonction P+N « courte » Figure 12 - Schéma de principe d’une structure PIN Figure 13 - Répartitions de porteurs (p » n) et de densités de courant dans la base d’une structure PIN Figure 14 - Répartitions approximatives de la densité de charge, du champ électrique et du potentiel électrostatique dans la zone de transition d’une jonction abrupte Figure 15 - Évolutions des répartitions de densité de charge et de champ électrique pour un accroissement dVR de la tension supportée en inverse
• 2.2 - Contact redresseur Schottky
  Figure 16 - Contact redresseur Schottky sur matériau de type N : structure de principe et allure de la répartition de potentiel Figure 17 - Répartitions des porteurs (échelles semi-logarithmiques) : exemple
• 2.3 - Effet transistor bipolaire
  Figure 18 - Effet transistor bipolaire : illustration pour une structure PNP en régime de fonctionnement « normal » indiquant les notations et sens de référence pour les densités de courant et tensions et sché-matisant les flux de porteurs, électrons et trous Figure 19 - Schéma de principe d’une structure MOS Figure 20 - Exemple de caractéristiques densité de courant collecteur/tension collecteur-base JC (VCB) à densité de courant émetteur JE constant (base commune et densité de courant collecteur/tension collecteur-émetteur JC (VCE) à densité de courant base JB constant (émetteur commun)
• 2.4 - Effet transistor MOS
  Figure 21 - Schéma de principe d’une structure MOS Figure 22 - Illustration du régime de fonctionnement non pincé (canal conducteur entre source et substrat) Figure 23 - Illustration du régime de fonctionnement saturé Figure 24 - Caractéristiques idéalisées de l’effet de champ MOS
• 2.5 - Effet de champ de jonction
  Figure 25 - Effet de champ de jonction : illustration du principe de fonctionnement Figure 26 - Caractéristiques idéalisées d’un dispositif à effet de champ de jonction (canal « long ») Figure 27 - Dispositif MOS à canal préformé