Your SlideShare is downloading. ×
Carctéristique i v des  jonction en si c
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×

Thanks for flagging this SlideShare!

Oops! An error has occurred.

×

Introducing the official SlideShare app

Stunning, full-screen experience for iPhone and Android

Text the download link to your phone

Standard text messaging rates apply

Carctéristique i v des jonction en si c

574
views

Published on

Published in: Sports

0 Comments
1 Like
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

No Downloads
Views
Total Views
574
On Slideshare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
0
Actions
Shares
0
Downloads
2
Comments
0
Likes
1
Embeds 0
No embeds

Report content
Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
No notes for slide

Transcript

  • 1. ANALYSE DES CARACTERISQUES I-V DES JONCTIONS PN à base de SiC S.Rachedi, K. Ghaffour Unité de Recherches Matériaux et Energies Renouvelables Département de Physique Université Abou-Bekr Belkaïd BP 119 Tlemcen.13000 - Algérie : samiarachedi @yahoo.fr - Mobilité des porteurs importantes.Résumé : Aujourd’hui, nous vivons l’ère de la rapidité - Bonne résistance mécanique.des applications technologiques dans différents - Bonne résistance aux rayonnements.domaines. Cette rapidité de développement est liée à Le SiC peut résister à des champs électriquesl’efficacité et à la performance des composants importants or le taux de dopage maximum, pourélaborés. Les semi-conducteurs à large gap sont les une tension de claquage donnée, est proportionnel auplus adaptés aux applications de puissance et de haute carré du champ de claquage donc les dopages vont pouvoir être multiplié par 100 par rapport au Sitempérature. classique et les MOSFET (R canal faible) pourrontC’est le cas du carbure de Silicium SiC qui possède conduire de forts courants avec une faible perte deplusieurs caractéristiques physiques très supérieures à puissance car R canal est inversement proportionnel aucelles du Silicium[5], caractéristiques qui lui ouvrent cube du champ électrique de claquage. De plus, grâcedes champs d’applications inaccessibles à ce dernier. à sa large bande interdite, le SiC peut travailler à deLe développement des technologies SiC est hautes températures(>600°C) alors que les composantsaujourd’hui limité par un certain nombre de verrous en Si sont limités à 150°C.technologiques difficiles à dépasser ou à contourner. Ainsi, ce matériau, grâce à ses propriétés, peut doncDans cette article, on a présenté une méthode travailler efficacement au sein d’environnementsanalytique pour étudier le comportement électrique I-V hostiles.d’une diode à base de carbure de Silicium (SiC). Remarque : Pour les composants en SiC, uneL’examen de ses caractéristiques électriques I-V température minimum est requise pour optimiserpermet d’extraire les principales paramètres qui la les performances si un faible courant de fuite estcaractérise, notamment, le courant de saturation, la demandé.résistance série et le coefficient d’idéalité. L’analyse ducomportement thermique de la diode à basses et hautes 2.1 La cristallographie du matériautempératures a été présentée. Ce qui permet en effet, de Le SiC n’existe pas sous la forme d’un cristal simpledéduire l’énergie d’activation des impuretés ionisées mais sous la forme d’une famille de cristaux. Cesdopantes dans le diode SiC. cristaux ne différent pas dans le nombre d’atomes de SiMots clés : SiC, caractéristiques I-V, facteur d’idéalité, et de C mais dans l’arrangement des couchesénergie d’activation. atomiques. Par exemple, le 6H-SiC signifie que ce cristal est sous la forme hexagonale avec 6 couches Si- 1 INTRODUCTION C avant que la maille élémentaire se répète. Il existe plus de 200 cristaux différents de SiC. De plus, lesLes caractérisations sont rarement effectuées sur le propriétés physiques du cristal dépendent de sadispositif fabriqué lui même à l’exception des contrôles structure cristallographique.finaux de qualité mais le plus souvent sur les tranches Les deux formes cristallographiques les plustémoins ou sur des dispositifs de test[6]. La communes sont les suivantes :caractéristique I-V de la structure d’étude qui permet - Cubique.de déterminer les valeurs de la résistance série et du -Hexagonal.courant de fuite , ainsi que la nature du courant mis enjeu dans la zone de charge d’espace [2]. 2.2 Fabrication de dispositifs Jusquà présent, le SiC était utiliser uniquement pour la 2 CARACTERISTIQUES DU SIC fabrication de LED car sa large bande interdite lui permet d’émettre dans le bleu.Les caractéristiques du SiC sont les suivantes : a. Les diodes Schottky- Large bande interdite. Des diodes de types Schottky et pn ont été- Bonne conductivité et stabilité thermique. développées. Les tensions de claquage les plus 1
  • 2. importantes actuellement sont de 4.5 kV pour les diodes PN et de 1kV pour les diodes Schottky. Diode SiC-6H Les caractéristiques des diodes Schottky sur SiC sont -12 1xe les suivantes : -Métaux utilisés : Ti, Ni, Au, Pt, Pd -16 1xe -Tension de seuil : 1 V à 1.5 V -Courants de fuite : 10-10 A à 10-6 A -20 1xe Ln(I) -Température maximale d’utilisation : 700 °C -Tension de claquage : > 1400 V -24 1xe -Densité de courant (jonction polarisée en directe) : jusquà 800 A/cm2 -28 1xe Les caractéristiques des diodes PN sur SiC sont les suivantes : 0 1 2 3 4 5 -Tension de seuil : 2.5 V à 2.6 V pour 6H-SiC et 2.8 V pour le 4H-SiC Tension(V) -Courants de fuite : 10-10 A à 10-4 A Température maximale d’utilisation : 400 °C Fig 1 : Caractéristiques courant-tension des Tension de claquage : qq kV jonctions pn à base de SiC La différence entre les deux types de caractéristiques (Si et SiC) réside au niveau de la tension de seuil qui est plus élevée pour les diodes en SiC[7], voisine de 2,3 V. L’échelle logarithmique présente Trois régions, pour chaque région on calcule les paramètres n , Is , Rs. Les résultats obtenus sont résumés dans le tableau ci-dessus ( Tab . 1): Paramètres Valeurs des Diode des en SiC paramètres n (0<V<1) 14,53 (1<V<2.5) 5,02 (2.5<V<3.5) 26,86 2.3 Caractéristique IV des jonctions PN à base de SiC 3,37×10-10 Pour les diodes à base de SiC, les caractéristiques I-V Is(A) 1,86×10-13 sont illustrées dans les figures suivantes [4] : 5,53×10-8 -5 Diode SiC-6H Rs(Ω) 1,73 3,0x10 -5 2,5x10 -5 2,0x10 Tab. 1 : Paramètres des jonctions PN à base de SiCcourant(A) -5 1,5x10 3 INFLUENCE DE LA TEMPERATURE -5 1,0x10 -6 La température est un paramètre important dans la 5,0x10 détermination du fonctionnement des dispositifs à 0,0 semi-conducteur. Dans le cas de la jonction PN le courant de saturation est essentiellement dû aux 0 1 2 3 4 5 porteurs minoritaires générés par agitation thermique. tension(V) Ce courant de saturation sera donc particulièrement sensible à la température. 2
  • 3. Son expression est donnée par : -12 e-13 Eg Is =kTme− e-14 kT (1) e-15 e-16 avec m = 2 pour le germanium. e-17 e-18 m=1,5 pour le silicium. e-19 e-20 m=1,5 pour l’arsenic de gallium. e-21 e-22 Ln(I) T=113K e-23 e-24 T=143K l’influence de la température sur les caractéristiques e-25 e-26 T=173K T=203K courant-tension des jonctions PN à base de SiC est e-27 e-28 T=243K montrés par les résultats expérimentaux faites sur ces e-29 e-30 T=273K jonctions. e-31 e Les caractéristiques I-V, pour différentes valeurs de 0 1 2 3 4 5 températures sont présentées par les figures suivantes : tension(V) Fig 2 : caractéristiques courant tension des jonctions 1,2x10 -3 PN à base de SiC en fonction de T. a) hautes T=303K températures, b) basses températures. -3 1,0x10 T=333K T=363K 8,0x10 -4 T=393K On observe que les caractéristiques I-V en fonction de T=423K la température ont une variation linéaire dans courant(A) -4 T=455K 6,0x10 l’intervalle 0<V<2V. Par contre pour V>2V cette T=553K -4 T=583K dernière à une variation exponentielle. Tel que pour les 4,0x10 faibles températures l’allure des I-V reste très faible 2,0x10 -4 puis, elle augmente avec la température, et le courant de saturation augmente aussi avec la température. On 0,0 conclu de la courbe lnI(V) les paramètres suivants 0 1 2 3 4 5 illustrées dans le tab. 2 Tension(V) -7 n e-8 Diodes à (0<V<1) e-9 e -10 e-11 e-12 différents (1<V<2) IS(A) RS(Ω) e-13 e-14 températures (2.5<V<3.5) e-15 e-16 e-17 T=303K 6,1 1,44×10-14 e-18 e-19 T=333K 113K 6,83 2,47×10-14 3,33 e-20 14,98 Ln(I) e-21 e-22 T=363K 1,86×10-12 T=393K e-23 e-24 T=423K 14,55 8,44×10-13 e-25 e-26 T=455K 143 K 5,84 3,7×10-15 2,63 e-27 T=553K e-28 e-29 T=583K 50,79 9,16×10-10 e-30 e-31 e-32 18,5 5,47×10-12 e 173 K 5,56 3,57 0 1 2 3 4 5 8,83×10-15 Tension(V) 30,32 9,3×10-10 19,6 1,87×10-11 1,4x10 -5 203 K 5,08 1,05×1014 1,88 -5 T=113K 24,53 1,9×10-9 1,2x10 T=143K 18,88 4,89×10-11 -5 T=173K 1,0x10 T=203K 243 K 6,01 2,5×10-13 1,89 -6 T=243K 36,36 3,67×10-8courant(A) 8,0x10 T=273K 6,0x10 -6 19,8 1,005×10-10 -6 273 K 5,47 2,18×10-13 1,23 4,0x10 25,8 1,95×10-8 -6 2,0x10 14,59 3,37×10-10 0,0 303 K 5,02 1,86×10-13 1,73 0 1 2 3 4 5 26,86 5,53×10-8 tension(V) 13,88 5,03×10-9 333K 4,56 1,54×10-13 2,37 25,97 1,01×10-7 14,78 1,01×10-19 363 K 15,24 1,71×10-12 1,68 3
  • 4. 31,49 2,45×10-7 17,24 3,58×10-9393 K 7,14 5,62×10-11 2,26 29,85 1,83×10-7 -14 18,34 8,44×10-9 Ea=0.9eV423 K 8,26 3,2×10-10 1,8 -16 31,74 3,28×10-7 -18 18,06 8,9×10-9 -20453 K 9,73 1,9×10-9 2,99 Ln(Is) -22 22,98 1,93×10-7 -24 28,66 2,25×10-7 -26555 K 8,7 1,16×10-18 0,89 32,52 2,9×10-6 -28 0,22 1,8×10-11 -30583 K 15,68 3,77×10-7 1,53 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 41,23 9,44×10-6 1000/T(K ) -1 a) Tab. 2 : Paramètres des jonctions PN à base de SiC -28 en fonction de T, à hautes et basses températures . Ea=0.11eV -30Ces paramètres calculés à partir des caractéristiques I- -32V des diodes à jonctions PN rendent compte desmécanismes de passage de courant à travers ces -34 ln(Is)jonctions.A partir des caractéristiques courant-tension en -36polarisation directe en fonction de la température noustraçons la caractéristique Ln(I) = f(V) et on observe -38trois régions. -40Chaque région peut être modélisée par : 2 4 6 8 10 12 14 -1 1000/T(K ) I = I s exp( A × V ) (2)le courant de saturation peut être modélisée par : -22 Ea=0.14eV  E  -24 I s = I 0 exp − a  (3)  kT  -26 Ln(Is)Nous avons tracé la courbe Ln(Is) en fonction de -281000/T dans chaque régions présentée par ces figuressuivantes : -30 -32 2 4 6 8 10 12 14 -14 -1 Ea=0.37eV 1000/T(K ) -16 b) -18 Fig 3 :Variation du courant de saturation I enln(Is) -20 fonction de la température. -22 a) hautes températures, b)basses températures. -24 -26 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 2,6 2,8 3,0 3,2 3,4 -1 1000/T(K ) 4
  • 5. Dans la première zone, le courant varie linéairement 4 CONCLUSIONavec la tension. Elle peut donc être modélisée parl’équation (2). Les énergies d’activation thermique du Dans cet article, nous avons présenté lescourant de saturation sont 0,37eV et 0,14eV, caractéristiques courant-tension expérimentales descorrespondant respectivement aux énergies diodes à jonctions PN en SiC et traduisant lesd’activations du Bore et du Phosphore pour les hautes mécanismes de passage de courant à travers ceset basses températures. Cette valeur est inférieur à Eg/2, jonctions. Ainsi que nous avons traité lesce qui confirme la non dépendance du courant en ni. caractéristiques courant-tension en fonction de laDans la deuxième zone, le courant de saturation est température dans le but de tracer le diagrammeactivé par une énergie 0,9eV et 0,11eV, correspondant d’arréhunis pour déterminer les énergies d’activations.respectivement aux énergies d’activations de l’Azote et Nous avons trouvé les facteurs d’idéalité différents dedu phosphore pour les hautes et basses températures. 1 et 2. Ceci est dû à la présence de défauts cristallinsCette valeur est inférieur à Eg/2, ce qui confirme la non qui se trouvent dans les structures d’étude. Les facteursdépendance du courant en ni [4]. d’idéalité théoriques et expérimentaux sont très différents, ceci est dû probablement aux défauts cristallins dans ces structures. Pour identifier ces 6,0 défauts, il va falloir faire appel à d’autre méthodes de 5,5 caractérisations ( DLTS, DLOS, .etc...) 5,0 Coefficient didéalité n 4,5 4,0 BIBLIOGRAPHIE 3,5 3,0 [S. M. Sze.1981] « Physics of Semiconductor 2,5 Devices » Wiley and John & Sons , 2 nd édition. 831 p. 2,0 [H. Mathieu. 1984] « Physique des Semi-conducteurs 1,5 et des Composants Electroniques » masson 4ieme 1,0 édition. 0 100 200 300 400 500 600 [W Gerold.Neudeck] The PN junction diode. Modular T(K) series on solid state. Addison-Wesley publishing company. Fig 4 : Evolution du coefficient d’idéalité. [K. E. Ghaffour. 1999] “ Caractérisations électriques de diodes bipolaires de puissance en SiC(6H) à structure MESA. Thèse de doctorat, Université de Tlemcen.. [K.E.Ghaffour. 1998] et al « Electrical 4,0 Characterization of Silicon Carbide n+pp+ Diodes with 3,5 an N-implanted n+ Emitter » J. Appl. Phys., vol. 84, n°6, p. 3073-3077. 3,0 [M.Lyakas, 1995] et al. Analysis of non ideal schottky and pn junction diodes / extraction of parameters from Rs(Ω) 2,5 I-V plots. 5481-5489. 2,0 [K. E. Ghaffour.] « Caractérisation du Spectre d’Energie du α.SiC (6H) de Type n par la méthode de 1,5 l’Absorption Optique » Thèse de magister, Université 1,0 de Tlemcen. 100 150 200 250 300 350 400 T(K) Fig 5 : Variation de la résistance série en fonction de la température.La figure 5 représente la résistance série en fonction dela température. Elle augmente considérablement àmesure que la température diminue, ce qui est dû au geldes porteurs, en particulier au dessus de 200K. 5