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No d’ordre : II2/13/04
2012 / 2013
Projet préparé au “Laboratoire de Physique Electronique”, Faculté des Sciences, Université
Libanaise, Hadath.
PROJET DE FIN D’ETUDES
Présenté pour obtenir le titre de
INGENIEUR DE L’UNIVERSITE LIBANAISE – BRANCHE II
Spécialité : Génie Electrique
Option : Informatique Industrielle
Par :
Hiba RIZK
________________________________________________
Titre
Simulation bidimensionnelle des composants MOS de puissance
Sous la direction de :
Prof. Bilal BEYDOUN
Soutenue le 18 juillet 2013 devant le jury composé de :
M. Gilles BALLOUZ
M. Joseph BOU HARB
M. Bilal BEYDOUN
Président
Superviseur
Superviseur
Mme. Rita MOBAYED
Membre

i
REMERCIEMENTS
Ce stage de master s’est déroulé au sein du «Laboratoire de Physique Electronique» à
la faculté des Sciences de l’Université Libanaise, Hadath.
Je remercie profondément mon encadrant de stage, Prof. Bilal Beydoun pour tous ses
efforts, son temps et ses directives conduisant à un travail fructueux.
Je remercie tous ceux qui m’ont supporté au cours de cette période par leurs
informations et connaissances ainsi que par leurs encouragements et leurs conseils.

ii
RÉSUMÉ
Le but de ce stage est de simuler bidimensionnellement le transistor MOS de
puissance. Dans ce cadre, on va introduire la structure du VDMOS et traiter ses régimes
de fonctionnement, statique et dynamique. De même on va présenter le logiciel de
simulation bidimensionnelle SILVACO et sa procédure d’utilisation dans la simulation
des composants électroniques, en particulier le VDMOS. Ensuite, les résultats de
simulation obtenus seront discutés pour étudier l’effet de plusieurs paramètres physiques,
géométriques et technologiques sur le comportement du transistor.
Mots clés : électronique de puissance, VDMOS, simulation bidimensionnelle.
The purpose of this training is to simulate in two dimensions the power MOS
transistor. In this context, we will introduce the structure of VDMOS and treat its
operating modes, static and dynamic. Also we will present the two-dimensional simulator
software SILVACO and how to use it in the simulation of electronic components,
particularly the VDMOS. Then the simulation results are discussed to study the effect of
several physical, geometrical and technological parameters on the behavior of the
transistor.
Keywords: power electronics, VDMOS, two dimensional simulation.

iii
TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE .................................................................................................. 1
CHAPITRE I : LE VDMOS DE PUISSANCE ........................................................................... 5
I.1-Structure du transistor VDMOS ................................................................................................ 5
I.2-Fonctionnement du transistor VDMOS de puissance ................................................................ 6
I.2.1-Fonctionnement à l’état passant .......................................................................................... 7
I.2.1.1-La tension de seuil Vth ................................................................................................. 8
I.2.1.2-Le courant de drain ...................................................................................................... 8
I.2.1.3-Etude des différentes résistances à l’état passant du transistor VDMOS ................... 10
I.2.2-Etude des performances du Transistor VDMOS en régime bloqué .................................. 15
I.2.2.1- Les différentes zones de claquage ............................................................................. 15
I.2.2.2-La tension de claquage ............................................................................................... 16
I.3-Régime dynamique .................................................................................................................. 19
I.4-Conclusion ............................................................................................................................... 23
CHAPITRE II : SIMULATION BIDIMENSIONNELLE DU VDMOS ................................ 24
II.1-Présentation du logiciel de simulation 2D .............................................................................. 24
II.2-Définition de la structure ........................................................................................................ 25
II.3-Définition des modèles et caractéristiques de matériau .......................................................... 27
II.4-Principe de fonctionnement du transistor VDMOS dans le simulateur physique .................. 28
II.4.1-L’équation de poisson : ................................................................................................... 28
II.4.2-Les équations de continuité des porteurs ......................................................................... 28
II.4.3-Les équations de continuité du courant (Le modèle de dérive-diffusion): ..................... 29
II.5-Méthode numérique ................................................................................................................ 29
II.6-Maillage .................................................................................................................................. 29
II.7- Modèle de mobilité ................................................................................................................ 30
II.8-Obtension des solutions .......................................................................................................... 33
II.9-Exploitation des résultats ........................................................................................................ 34
II.9.1-Affichage des résultats sur TonyPlot : ............................................................................. 34
II.9.2-Extraction des paramètres: .............................................................................................. 36

iv
II.10-Conclusion ............................................................................................................................ 36
CHAPITRE III : RESULTATS DE LA SIMULATION ET DISCUSSION ................................ 37
III.1-Analyse de la tension de seuil ............................................................................................... 37
III.1.1- Effet de l’épaisseur de l’oxyde ...................................................................................... 37
III.1.2-Effet de la charge d’interface ......................................................................................... 39
III.1.3-Effet de la concentration du dopage en P ....................................................................... 39
III.1.4-Effet de la concentration du dopage en N+ ..................................................................... 40
III.2-Effet de la mobilité des électrons dans le canal sur les caractéristiques de sortie du VDMOS
....................................................................................................................................................... 41
III.2.1-Effet de charges d’interface ...............................................................................................
III.2.2-Effet de la vitesse de saturation ..........................................................................................
III.3-La tension de claquage .......................................................................................................... 43
III.4-Le temps de commutation ..................................................................................................... 46
III.4.1-L’effet de l’épaisseur de la couche d’oxyde de grille .................................................... 47
III.4.2-L’effet de la résistance Ron ............................................................................................. 49
III.5-Conclusion ............................................................................................................................ 53