Measurement techniques to characterize SiC, GaN, and Si power MOSFETs for transportation applications

Résumé

Les semiconducteurs à large bande (WBG) ont le potentiel de franchir les barrières qui limitent l’adoption à grande échelle des véhicules électriques (VE). Les WBG améliorent la densité de puissance et permettent aux circuits électroniques de puissance (PE) d’atteindre des points de fonctionnement et une efficacité au-delà de ce que le Silicium (Si) standard peut offrir. Actuellement, les semiconducteurs WBG à base de Carbure de Silicium (SiC) et Nitrure de Gallium (GaN) sont les candidats les plus viables pour remplacer les semiconducteurs Si. Pour l’instant, la littérature apporte encore de la confusion lorsqu’il s’agit de choisir entre les SiCs et les GaNs pour tirer le meilleur parti des applications des convertisseurs d’énergie. Afin de faire pencher la balance face à ce débat, cette thèse présente une analyse comparative par simulation et expérimentation entre les MOSFETs Si, SiC et GaN dans les applications de conversion d’énergie. Une revue des équations de simulation basées sur les paramètres intrinsèques du modèle mathématique équivalent du MOSFET expose les hypothèses, limites et possibilités d’améliorations du modèle de calcul. Ensuite, la simulation de multiples conditions expérimentales révèle des résultats de commutations favorables envers les SiCs tout en mettant en évidence les avantages marqués de cette technologie à haute température. Bien que les résultats de simulation soient prometteurs, la validation expérimentale reste nécessaire pour tirer des conclusions finales sur les observations. Dans cette optique, la conformité des hypothèses théoriques est satisfaite à des fins de comparaison entre les résultats de simulation et d’expérimentation. L’analyse des méthodologies d’extraction de données expérimentales met en évidence l’importance des perturbations des inductances parasites, capacités parasites, du couplage mutuel et des interférences électromagnétiques (EMI) sur le processus de commutation et de prise de mesures. De cela, une méthodologie d’extraction de tension et de courant est proposée pour minimiser les perturbations sur les mesures expérimentales et processus de commutation. Enfin, la comparaison relative des résultats expérimentaux montre les grandes tendances de chaque technologie par le biais de l’analyse statistique. Leur interprétation fait le pont avec les paramètres intrinsèques des MOSFETs.

Date	15 sept. 2021
langue originale	Anglais américain
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Handy Fortin Blanchette (Directeur(-trice)) & Amin Ghazanfari (Codirecteur(-trice))