Contribution à la modélisation électro

C ONCLUSION GENERALE
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THESE - Hatem Garrab
Contribution à la modélisation électro-thermique
de la cellule de commutation MOS-Diode
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES
Le travail décrit dans ce mémoire a permis d’atteindre nos objectifs fixés. En effet, un
algorithme intelligent d’extraction des paramètres technologiques de la diode PIN a été établi
et un très bon accord a été obtenu entre les résultats expérimentaux et de simulation avec
une grande précision temporelle pour des couples de paramètres (IF, VR) et en fonction de la
température de fonctionnement. Les domaines de validité des modèles établis des diodes
PIN testées sont ensuite étudiés. Pour estimer les paramètres technologiques de la diode
PIN, l’analyse nous a conduit à une modélisation précise du câblage.
Nous avons dû remettre en cause dans la modélisation de la cellule de commutation, les
hypothèses souvent utilisées: le remplacement du transistor MOSFET par une impulsion de
tension à court temps de montée où l’utilisation d’un modèle SPICE pour cet interrupteur
commandé. La simple modélisation des éléments parasites de câblage de la cellule de
commutation par une inductance de maille équivalente est insuffisante.
Nous avons démontré que l’utilisation d’un modèle avancé MOS2KP au lieu d’un modèle
SPICE niveau 3 pour le transistor MOSFET et la prise en compte des inductances mutuelles
représentant le comportement du circuit imprimé du circuit de test lors de la commutation
sont nécessaires pour prédire correctement la pente de décroissance du courant, dIF/dt en
fonction de IF et VR, les pertes dissipées par la diode PIN lors de son ouverture ainsi que ces
principaux paramètres de commutation.
Cela a été vérifié à nouveau pour différents types de diodes PIN de puissances puisque le
modèle de câblage de la cellule de commutation reste identique. Cela n’est pas non plus un
hasard car cela se vérifie aussi si l’on augmente artificiellement l’inductance de maille en
éloignant la diode sous test.
La modélisation électrothermique de la diode PIN basée sur la méthode d’éléments finis
montre une distribution non-uniforme de la température dans la structure du dispositif,
spécialement lors de son autoéchauffement. Nous avons aussi vérifié que la simulation

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THESE - Hatem Garrab
Contribution à la modélisation électro-thermique
de la cellule de commutation MOS-Diode
électrothermique permet de retrouver les phénomènes observés expérimentalement dans
des conditions d’auto-échauffement ou d’échauffement interne.
L’effet de la distribution de température non-uniforme sur le comportement électrique de la
diode a été analysé dans ce mémoire. Par conséquent l’hypothèse classique pour les
modèles analytiques de la diode PIN que la distribution de température est uniforme n’est
pas respectée. C’est pour cela que nous avons développé un modèle électrothermique
tenant compte des effets d’autoéchauffement.
En revanche il reste des améliorations à accomplir dans le futur.
L’effet du profil de dopage de la jonction NN+ sur l’ouverture de la diode spécialement pour
les hautes tensions appliquées en inverse est analysé dans ce mémoire. Par conséquent, Le
profil de dopage de la jonction NN+ de la diode doit être pris en considération dans la
modélisation numérique du composant. Malheureusement cet aspect ne sera pas simple à
prendre en compte car il est très sensible aux valeurs mesurées.
PERSPECTIVES
Comme poursuite à notre travail de thèse, nous envisageons :
• d’automatiser l’algorithme intelligent d’extraction des paramètres technologiques de la
diode PIN. Cela permettra de réduire considérablement le temps nécessaire à l’extraction
des paramètres
• développer un modèle analytique électrothermique de la diode PIN valable dans les
conditions de forte injection. Cela demande probablement un investissement lourd et la
remise en question de nombreuses hypothèses dans le traitement de la zone en forte
injection.
• Tenir compte du profil de dopage de la jonction NN+ de la diode PIN dans sa
modélisation. Nous avons vu que seul cet aspect permettra d’améliorer encore la
précision de la modélisation de la cellule de commutation qui est actuellement limité à
10-15% sur toute la carte de (IF, VR).
La modélisation de la diode PIN de puissance est loin d’être terminé.