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Advanced techniques for high temperature system-on-chip

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Évaluation des transistors à effet de champ à haute température

La sécurité et l'efficacité des systèmes électroniques utilisés dans de nombreux domaines industriels doivent pouvoir fonctionner dans un contexte de haute température. Le projet ATHIS a étudié le comportement de transistors à effet de champ à de telles températures.

Technologies industrielles

Le transistor à effet de champ métal-oxyde-semiconducteur (MOSFET pour metal-oxide-semiconductor field-effect transistor) est principalement utilisé pour amplifier les signaux électroniques. Il constitue l'élément principal de tous les circuits intégrés et peut être utilisé dans les circuits analogues. Un métal-oxyde-semiconducteur (MOS) à double diffusion est un MOSFET de puissance que l'on trouve le plus fréquemment dans un amplificateur audiofréquence. L'élément «métal» dans le nom de ces dispositifs a été conservé pour des raisons historiques. En réalité, cette composante métal a depuis bien longtemps été remplacée par du silicium polycristallin (ou polysilicium). Les données concernant le fonctionnement de paramètres caractéristiques tels que la résistance spécifique, la tension de seuil et le courant de fuite de tels semiconducteurs ne sont généralement disponibles qu'à des températures inférieures à 150oC. À l'heure actuelle cependant, dans un certain nombre de domaines industriels haute technologie, les circuits fonctionnent dans des environnements «chauds», où les températures sont souvent supérieures à 200oC. Les industries de l'aérospatial, navale et d'extraction du pétrole en sont des exemples. Le projet ATHIS a mené des recherches approfondies sur le comportement des transistors DMOS verticaux (VDMOS) à des températures supérieures à 150oC. Le transistor VDMOS est une forme spécifique de transistor DMOS composé de deux types d'éléments de dopage, en général le phosphore et l'arsenic, lesquels sont implantés dans la région de drain. Les VDMOS ont l'avantage de présenter une résistance de fonctionnement plus faible et une plus petite taille latérale en comparaison des transistors DMOS latéraux. En raison de la haute tension de rupture, ce type de transistor est communément utilisé pour les dispositifs de puissance, par exemple dans l'électronique automobile. Au cours de leur recherche, les partenaires du projet ont découvert de nombreux dispositifs MOSFET basse tension et à faible résistance de fonctionnement, dont la température d'exploitation allait jusqu'à 175oC. Pour obtenir une température d'exploitation de 200oC, une simulation numérique pour la cellule de base d'un MOSFET indiquait les modifications requises. Une modification de la distance séparant les cellules, une réduction de la zone de jonction corps-épitaxie, une implantation à haute dose dans la région du canal et un paquet plus efficace ont résulté en un fonctionnement réussi à la température souhaitée.

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