JL Sanchez, Frédéric Morancho Patrick Austin, Marie Breil

État de l’art et évolution des dispositifs semiconducteurs de
puissance pour une meilleure gestion de l’énergie électrique
J-L Sanchez, Frédéric Morancho
LAAS-CNRS
Patrick Austin, Marie Breil,Abdelhakim Bourennane, Magali Brunet,
Karine Isoird,Henri Schneider

2
`Plan
•Introduction
•Composants de puissance unipolaires: MOSFETs
–Dispositifs conventionnels « limite du silicium »
–Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants
–Limites des performances de ces nouveaux composants
•Compoants MOS/bipolaires: IGBTs
–Nouvelles architectures
–IGBT « faibles pertes »
–Intégration IGBT-diode
–IGBT Bidirectionnels
–Limites des performances des IGBT
•Composants de puissance grand gap
–Propriétés des semiconducteurs grand gap
–Comparaison des limites des performances
–SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur
•Conclusion

3
•Introduction
•Composants de puissance unipolaires: MOSFETs
–Dispositifs conventionnels « limite du silicium »
–Nouveaux concepts : Superjonction et ilôts flottants
–Limites des performances de ces nouveaux composants
• Compoants MOS/bipolaires: IGBTs
–Nouvelles architectures
–IGBT « faibles pertes »
–Intégration IGBT-diode
–IGBT Bidirectionnels
–Limites des performances des IGBT
•Composants de puissance grand gap
–Propriétés des semiconducteurs grand gap
–Comparaison des limites des performances
–SiC, GaN, Diamant: tendances pour le futur
•Conclusion
Plan

4
Contexte
• Forte croissance de la demande d’énergie électrique.
• Aujourdhui l’énergie électrique représente 25% de la demande d’énergie finale et sa
croissance sera de 60% jusqu’à 2040.
•L’énergie électrique sera présente dans de nombreuses applications.
• Le marché des Semiconducteurs de puissance est estimé à 50 billions de dollars en 2010.
0
10
20
30
40
50
60
70
1980 2000 2020 2040
Power electrical consumption (Trillion kWh)
Population (Billion)

5
Electronique portable…automobile ..…transport ferroviaire
10
50
100 600 3500
HPM
IPMet ASIPM
Integration fonctionelle
applications industrielles
Applications industrielles
Traction ferroviare
Applications domestiques
et automobile)
Smart Power
(automobile
2
Micro
convertisseur
Equipement portables)
100
2500
I (A)
V (V)
1200
system integration
Domaines applicatifs