Étude de la robustesse de transistors GaN en régime de court-circuit

Cette thèse vise à évaluer la robustesse en court-circuit de transistors GaN 600 V normally-off du commerce. Une revue de la littérature décrit les différentes structures des transistors GaN, leurs applications possibles, et balaie les essais de court-circuit réalisés de 2013 à 2021. La robustesse des transistors est évaluée par la mesure de la durée avant défaillance (Time Leading to Failure ou TLF). Pour les transistors 600/650 V, lorsque la tension du bus continu est réglée à 400 V, il en ressort une faible robustesse (TLF<10 µs). Pour de plus faibles tensions de bus (en dessous de 300/350 V), des défaillances rapides sont aussi enregistrées (TLF<500 ns), mais on constate parfois une très grande robustesse chez certains transistors (TLF>100 µs).Trois bancs de court-circuit ont été réalisés, en cherchant à minimiser leur inductance parasite pour éviter des oscillations auto-entretenues.Quatre structures de HEMTs ont été testées : deux HEMTs P-GaN (des fondeurs GaN Systems et Panasonic) ; un composant cascode (du fondeur Transphorm) ; enfin, un MIS-HEMT, prototype du CEA-LETI. Entre 2016 et 2019, plus de 200 essais de courts-circuits destructifs ont été réalisés. La robustesse est en moyenne faible, et très dispersée. La tension de bus impacte fortement le TLF. La robustesse s’est améliorée au fil des lots testés pour le HEMT P-GaN du fabricant GaN Systems. En revanche, le transistor cascode (Transphorm) et le HEMT GIT (Panasonic) restent fragiles sous 400 V. Enfin, une quinzaine de HEMTs à grille P-GaN ont été caractérisés en statique avant de les soumettre à un essai de court-circuit destructif, et aucune corrélation n’a été trouvée entre la durée avant défaillance constatée et l’un des paramètres mesurés lors de ces caractérisations.