Dans cette section, nous allons pr´esenter seulement une petite partie du travail de cette th`ese, notamment: les resulta de simulation par ´el´ements finis des courants DC des l’´emetteur, base et collecteur en fonction de la longueur d’onde optique, et les carac-t´eristiques statiques et dynamiques de IPD.
S’il vous plaˆıt se r´ef´erer au chapitre 2 de la th`ese (en anglais) o`u des r´esultats de mod-´elisation et de simulation par ´el´ements finis pour les structures IPD possible r´ev´elent les m´ecanismes de fonctionnement de l’IPD et ses performances statiques et dynamiques en fonction de la longueur d’onde optique d’entr´ee , la puissance optique, la position du rayon optique, petite fr´equence du signal et de de polarisation de IPD. En outre, les restrictions impos´ees par la structure du dispositif d’alimentation vertical et le dispositif d’alimentation flottant potentiel de substrat, sur la performance IPD et le mode de fonctionnement sont analys´es par la mod´elisation et la simulation. Reportez-vous ´egalement au chapitre 3 pour plus de d´etails sur les conceptions de masque, proc´ed´e de fabrication, la conception des banc de caract´erisation, et l’analyse de mesure diff´erente.
FigureV.11(a) repr´esente la r´eponse spectrale optique des diff´erents courants circulant `
a travers la structure qui ont ´et´e obtenus de simulations par ´el´ements finis dans l’Atlas. Le photocourant ´emetteur est maximis´ee pour des longueurs d’onde optiques autour de 500 nm, en attendant le photocourant Collector est maximis´ee pour des longueurs d’onde optiques autour de 850 nm. Figure V.11 (b), montre les QEs de l’IPD correspondant aux courants de la figure V.11(a). Dans ces simulations, une largeur de faisceau optique ´egale `a la surface photo-sensible expos´ee de la r´egion d’´emetteur est utilis´e dans le but de montrer l’efficacit´e maximale obtenue sans perte de contact d’ombre.
Figure V.11 (c) montre les r´esponsivit´es pour le cas de 100% QE en rouge et apr`es pertes de r´eflexion en vert ainsi que les r´esponsivit´es internes et externes de l’IPD (´ emet-teur) en bleu et noir respectivement. Comme on peut le voir, la r´esponsivit´e IPD s’´ecarte sensiblement du cas id´eal. Les r´esponsivit´es ext´erieures des diff´erentes r´egions de la struc-ture sont pr´esent´es sur la figureV.11 (d).
Les IPDs ont ´et´e fabriqu´es avec un processus qui est 100% compatible compatible avec le processus de fabrication de l’interrupteur d’puissance vertical et donc il n’ya pas de
Figure V.11: R´esultats de la r´esponsivit´e spectrale de VE = VC = 1 V, τn = τp = 1 µs, Popt = 1 µW pour un IPD avec un diametre de Emetteur `a 50 µm. (A) courants spectrales et leurs (b) QEs correspondant de les r´egions de l’´emetteur, collecteur et la base de l’IPD. (c) dans le cas de 100% QE des pertes en rouges et apr`es r´eflexion en vert. Les r´esponsivit´es internes et externes de l’IPD (´emetteur) sont en bleu et noir respectivement. (d) Les composantes de la r´eponse spectrale avec un faisceau optique uniform´ement r´epartie correspondant `a les r´egions d’´emetteur, collecteur et la base de l’IPD. Le rayon du faisceau est de 37 µm, qui est ´egale `a la surface expos´ee de la r´egion d’´emetteur. Ainsi, il n’y a pas de pertes d’ombrage.
frais suppl´ementaires ou des p´enalit´es de complexit´e de traitement. Quelques ´echantillons fabriqu´es sont repr´esent´es sur la figureV.12.
Figure V.12: Images au microscope de quelque d´etecteurs fabriqu´es.
sensi-Figure V.13: (a) Simulation (traits pleins) et caract´erisation de la sensibilit´e spectrale statique. (b) Mesure de la r´eponse indicielle d’un d´etecteur optique.
V.3 Conclusions
Une solution de transfert isol´e d’ordres de commutation pour composants de puissance a ´et´e con¸cue, fabriqu´ee et caract´eris´ee, afin de r´ealiser une isolation galvanique performante et int´egr´ee. Une solution optique et haute fr´equence a ´et´e pr´esent´e et mises dans son contexte qui d´emontre une sensibilit´e au-del`a de 0.2 A/W et d’une bande passante au-del`a de 10 MHz. Ces valeurs sont `a ce jour les plus ´elev´ees mesur´ees dans des applications d’int´egration fonctionnelle monolithique puissance commande et tout `a fait compatibles avec l’utilisation dans le contexte des convertisseurs d’´electronique de puissance. Afin de valider notre solution optique propos´ee, cette approche doit maintenant ˆetre transf´er´ee pour le pilotage de plusieurs semiconducteurs de puissance `a potentiels de r´ef´erence flot-tants.
Abstract The work presented in this PhD manuscript deals with the monolithic inte-gration of an optical galvanic isolation unit within the vertical FET structure of a 600V power transistor. The optical galvanic isolation unit is a photodetector that is responsible for transferring the gating information signal from an external control unit to the power switch. The necessary energy to switch the power device is provided by means of a TIA followed by a gate driver. This document has four chapters: introduction and motivation: Integrated glavanic isolation for power devices, Compatible integrated phootdiodes (IPDs) for power switches: Modeling and design, IPD fabrication and characterization, and con-clusions and future work. The results of this research work are interesting for a wide range of applications specially as the power electronic community strives for a fully integrated power function with lower implementation costs and reliable, high level galvanic isolation solutions that are compact and cost effective.
Keywords photodetector modelling and design, low cost monolithic integration, optical insulation, galvanic isolation, optical signal transmission, vertical FET technology.