Cyclage à Faible Énergie

Les résultats de la mesure 4 ls sont représentés gure III.21.

Figure III.21  Mesure 4 ls, représentation de la tension de la métallisation en fonction du courant la traversant pour diérents nombres de cycles

On observe tout d'abord une bonne reproductivité de la mesure (même origine pour l'ensemble des courbes). La résistance augmente au cours des cyclages.

L'évolution de la résistance de la métallisation est plus facilement observable si l'on trace l'évo-lution de la résistance réduite (rapport ^R

R0

) en fonction de l'énergie cumulée du court circuit (gure III.22.a) et du nombre de cycles (gure III.22.b), R0est la valeur initiale de la résistance de la couche de métallisation, égale à 2 mΩ pour les 3 modules testés.

La représentation en fonction de l'énergie de court-circuit nous permettra de comparer les résultats aux autres types de cyclage et la représentation en fonction du nombre de cycles nous permettra de corréler ultérieurement l'évolution de la résistance à l'évolution de la microstruc-ture par image MEB.

On ne remarque aucune évolution signicative durant les premiers 5000 cycles environ puis une évolution assez faible et non-linéaire de la résistance jusqu'à 18000 cycles environ.

Après 18000 cycles nous observons une "cassure" puis une évolution brutale et linéaire de la résistance de la couche de métallisation.

La variation de la résistance réduite dans la zone linéaire est faible 1, 25.10−5J−1 (respectivement 5, 98.10−6/cycle) pour le transistor COOLMOS1, 1, 37.10−5J−1(respectivement 6, 58.10−6/cycle) pour le transistor COOLMOS2 et 1, 94.10−5J−1 (respectivement 9, 14.10−6/cycle) pour le tran-sistor COOLMOS3. Nous pouvons remarquer que le début de la zone linéaire dière pour les diérents transistors testés dans les mêmes conditions. Cependant l'évolution de la résistance réduite dans la zone linéaire est sensiblement la même pour les trois transistors testés.

(a) (b) Figure III.22  Représentation de la résistance réduite de la métallisation ^R

R0

en fonction de l'énergie E (a) et du nombres de cycles (b) pour chaque module testés

II.2.1.2 Résistance à l'état passant RDSon

Les caractéristiques montrant l'estimation de la résistance à l'état passant sont représentées gure III.23 :

Figure III.23  Représentation du courant de drain en fonction de la tension drain-source dans la zone ohmique de fonctionnement du transistor COOLMOS

La résistance à l'état passant du transistor COOLMOS ne varie pas avec le nombre de cycles. A priori les pertes à l'état passant au cours du vieillissement ne devraient pas évoluer non plus. Dans la zone linéaire, la résistance RDS_on est estimée égale à 300 mΩ à 25°C. L'eet observé sur la couche de métallisation ne se retrouve donc pas ici sur la résistance à l'état passant.

II.2.1.3 Courant de saturation

La gure III.24 montre les courbes de courant de drain en fonction de la tension drain-source pour une tension entre grille et drain-source xée légèrement superieure à la tension de seuil :

(a) (b)

Figure III.24  Représentation du courant de drain en fonction de la tension drain-source pour VGS = 4, 5V (a) et VGS = 5, 5V (b)

L'évolution du courant de saturation en fonction du nombre de cycles est dicile à évaluer sur ces courbes mais elles ont l'avantage de représenter les diérentes zones de fonctionnement du transistor (ohmique, saturé...). Le courant de saturation varie de la même manière pour diérentes valeurs de la tension grille-source. On peut remarquer une légère augmentation de celui-ci pendant les premiers cycles, puis une stabilisation.

Pour mieux visualiser l'évolution du courant de saturation avec les cycles, nous avons tracé le courant de saturation réduit (rapport entre le courant de saturation au cycle N et le courant de saturation au cycle 0) en fonction du nombre de cycles (gure III.25).

L'évolution du courant de saturation est intéressante. En eet durant les 11000 premiers cycles il augmente légèrement (approximativement de 7%). Après le 11000eme` cycle le courant de sa-turation semble diminuer faiblement puis n'évolue plus.

Cette observation vériée sur tous les composants testés montre malgré les faibles variations ob-servées et les erreurs de mesures un eet du vieillissement imposé par les cycles de court-circuit sur le courant de saturation : légère augmentation, puis stabilisation après éventuellement une faible diminution.

Le courant de saturation à faible VGS est principalement dépendant des caractéristiques du canal. L'augmentation observée lors des premiers milliers de cycle pourrait donc être expliquée par une modication des caractéristiques du canal. Nous reviendrons sur ce point par la suite.

II.2.1.4 Courant de court-circuit

Les courants de court-circuit sous 300 V, relevés à diérents cycles, sont représentés gure III.26 : Le courant de court-circuit est relevé dans des conditions expérimentales totalement diérentes de celles permettant la mesure du courant de saturation.

Figure III.25  Évolution de la valeur réduite du courant de saturation en fonction du nombre de cycles

Figure III.26  Représentation du courant de court-circuit traversant le COOLMOS pendant la phase de fermeture (Tcase = 25°C, VGS = 15 V et VDS = 300 V).

Dans ce cas, en eet, la tension appliquée entre drain et source est élevée (300 V), et le cou-rant traversant le composant beaucoup plus important (≈ 80A). Contrairement à ce qui a été observé lors des caractérisations précédentes sous faible tension de grille, on n'observe pas ici de variation du courant de court-circuit. Sous forte tension et courant, le courant dans le transistor n'est plus seulement limité par le canal, mais aussi par la saturation de la vitesse de déplacement des porteurs dans la zone de drift verticale.

II.2.2 Cyclage à Énergie Intermédiaire