Extraction des caractéristiques électriques

5.1.1. Tension de seuil : VGSth

La tension de seuil représente la tension de grille qui fait la transition entre le comportement bloqué d’un transistor et son comportement conducteur. En effet, on appelle tension de seuil la tension à partir de laquelle le transistor passe de l’état bloqué à l’état passant.

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Lors de notre étude, la tension de seuil sera définie comme étant la tension pour laquelle le courant de drain est égal à 1,5 mA.

En prenant exemple sur la Fig. 52, la tension de seuil du transistor utilisé durant cette caractérisation vaut 1,4 V. Cette valeur correspond exactement à la caractéristique de la documentation technique fournie par le fabricant.

Fig. 52. Caractéristique de transfert d’un transistor EPC2019

Cette méthode de mesure est jugée plus adaptée à la définition de la tension de seuil par rapport à la méthode qui consiste à tracer la pente du courant ID. En effet, cette dernière peut être influencée par une modification de la transconductance.

5.1.2. Résistance à l’état passant : RDSon

La résistance à l’état passant est la résistance équivalente du composant en régime linéaire ou ohmique, à fort VGS.

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La RDSon représente donc l’inverse pente de la courbe en régime linéaire. Sa valeur est calculée à fort VGS, afin d’avoir la résistance la plus faible possible.

Dans notre cas, le calcul de la résistance sera effectué au point de polarisation correspondant à VGS = 5 V et ID = 7 A.

Par exemple, la résistance à l’état passant du transistor dont le réseau de caractéristiques de sortie est présenté sur la Fig. 53 se calcule comme suit :

𝑅_{𝐷𝑆𝑜𝑛} = ^𝑉𝐷𝑆

𝐼_𝐷 ^{@ 𝑉𝐺𝑆 = 5 𝑉 𝑒𝑡 𝐼𝐷 = 7 𝐴}

En sachant que la tension VDS prise en compte, est la tension drain-sourcecorrespondant à un courant de drain égal à 7 A, on retrouve donc :

𝑅_{𝐷𝑆𝑜𝑛} = ^0,24

7 ^{= 34,28 𝑚Ω}

La résistance à l’état passant du composant étudié est donc en adéquation avec la valeur typique présentée par le fabricant dans la documentation technique. En effet, le fabricant affiche une valeur typique de 36 mΩ dans les mêmes conditions.

5.1.3. Courant de fuite de drain : IDSS

Lorsque le transistor est en mode bloqué avec la condition particulière de VGS = 0 V, un courant de fuite de faible valeur circule à travers le transistor. Ce courant de fuite est mesuré en fonction de la tension drain-source comme on peut le constater sur la Fig. 54.

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Sur cette figure, on observe un courant de fuite assez faible de l’ordre de quelques micro-ampères. La valeur du courant IDSS sera par la suite calculée au point de polarisation correspondant à une tension drain-source égale à 160 V. En prenant exemple sur le composant dont la caractéristique est présentée sur la Fig. 54, on constate un courant de fuite de drain d’environ 8 µA. Cette valeur est bien inférieure aux données de la documentation technique du composant qui fait référence à un courant de fuite typique de 20 µA et une valeur maximale de 100 µA pour une tension VDS = 160 V.

Toutes les caractéristiques seront faites à des tensions bien inférieures à la tension de claquage des composants, qui sera mesurée à environ 400 V par la suite, afin d’éviter de les endommager durant l’avalanche.

5.1.4. Courant de fuite de grille : IGSS

Le courant de fuite de grille est mesuré au point de polarisation VDS = 0 V, ce courant est donc calculé en fonction de la tension VGS. Un tracé typique de ce courant pour les composants étudiés est présenté sur la Fig. 55.

Fig. 55 Caractéristique du courant de fuite de grille pour un transistor EPC2019

Sur cette figure, deux des trois régions évoquées dans la section 4.1.4 page 78 sont visibles. En effet, à des tensions de grille faibles, la région 1 est bien caractérisée par un courant très faible essentiellement bruité. À partir d’une tension de grille d’environ 3 V, le courant commence à croître exponentiellement en faisant apparaître la région 2. La caractéristique ne fait pas apparaître la région 3 afin d’éviter tout endommagement du composant.

Le courant IGSS sera calculé par la suite au point de polarisation correspondant à une tension grille-source de 6 V. Par exemple, le composant présenté sur la Fig. 55 a un courant IGSS d’environ

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3 µA. Cette valeur est très inférieure aux données de la documentation technique qui fait référence à une valeur typique de 0,8 mA et une valeur maximale de 2,5 mA pour une tension VGS = 5 V.

Méthode de caractérisation électrique des composants

La mise en place d’un protocole de caractérisation reproductible et fiable est primordiale pour notre étude. La technique de mesure KELVIN a été choisie pour mener la totalité des caractérisations.

Fig. 56. Schéma de principe d'une mesure quatre pointes

La Fig. 56 présente le schéma de principe d’une mesure KELVIN. Cette méthode consiste à utiliser quatre contacts à travers le composant à caractériser au lieu de n’en utiliser que deux. Cette configuration permet de séparer le chemin de puissance (courant) et celui de la mesure.

Dans notre cas, cette séparation permet de s’affranchir de l’effet des résistances parasites que peuvent induire le câblage (RCA), le contact par pression entre le VT et le connecteur (RCO) et les brasures présentes entre les câbles et le connecteur (RBC) ainsi que celle des pistes du VT (RP). En effet, dans le cas où ces deux chemins ne sont pas séparés, le passage d’un fort courant peut mener à une chute de tension à travers les résistances citées précédemment. Dans ce cas, la tension mesurée ou appliquée par l’appareil de mesure ne serait pas la même que celle aux bornes du VT. Le fait d’avoir deux chemins séparés, permet d’effectuer la mesure à travers le chemin où le courant ne circule pas. Cela est réalisé afin de pouvoir mesurer la valeur exacte de la tension existante entre les deux terminaux. Il est à noter que la seule résistance pas prise en compte par notre méthode est celle de la brasure du VT (RBVT).

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