Intégration monolithique de GaN sur Si pour des fonctions d’électronique de puissance
- Date :
- Lundi 5 octobre 2026
- Heure :
- À 14 h
- Type :
- Soutenance de thèse
- Lieu :
- Amphi AE1, Bâtiment Gustave Ferrié de l’INSA-Lyon Campus de la Doua à Villeurbanne en France et par Teams
Description :
Doctorant: Salim Dahmani
Directeur de recherche: Hassan Maher
Directeur de recherche (France) : Cyril Buttay
Codirecteur de recherche : Ali Soltani
Résumé : Ce travail de thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'intégration de transistors de puissance GaN HEMT dans une technologie GaN-sur-Si, en vue d'applications en électronique de puissance à haute fréquence. Dans un premier temps, une étude des transistors GaN HEMT met en évidence leur fort potentiel pour les convertisseurs de puissance, tout en soulignant les verrous associés à leur modélisation, notamment liés aux phénomènes physiques spécifiques tels que le piégeage de charges, la dépendance en température et l'influence des éléments parasites. Une méthodologie de caractérisation expérimentale et d'ajustement de modèles analytiques est alors développée, avec pour objectif de construire des modèles à la fois compacts et suffisamment précis pour une utilisation dans des simulations de circuits. Cette approche est étendue à des composants en cours de développement, pour lesquels des protocoles spécifiques de stabilisation sont mis en place afin de garantir la reproductibilité des mesures. Des lois de dépendance en température et en géométrie sont intégrées aux modèles, permettant de mieux représenter le comportement des dispositifs dans des conditions réalistes. Les modèles développés sont ensuite validés en régime dynamique à l'aide d'un banc de test double pulse conçu spécifiquement. La comparaison entre simulations LTspice et mesures expérimentales montre un bon accord pour les régimes de commutation rapides visés, avec des écarts inférieurs à 15 %. Les limites des modèles sont identifiées pour des conditions de commutation fortement ralenties, sans remettre en cause leur pertinence pour les applications ciblées. Enfin, les modèles validés sont utilisés dans une démarche de conception visant l'intégration monolithique de fonctions de puissance et de commande. Une méthodologie de dimensionnement est proposée pour un transistor de puissance associé à un étage de commande de grille de type totem-pôle. L'étude met en évidence l'intérêt de l'intégration monolithique pour la réduction des inductances parasites et l'amélioration des performances dynamiques. Elle permet également d'identifier plusieurs leviers technologiques, notamment liés à la géométrie des transistors et aux paramètres parasites, susceptibles d'être optimisés afin d'améliorer la compacité de l'architecture. Ce travail fournit ainsi une chaîne complète allant de la caractérisation à la conception, et constitue une contribution méthodologique pour le développement de circuits intégrés de puissance à base de GaN.
Doctorant: Salim Dahmani
Directeur de recherche: Hassan Maher
Directeur de recherche (France) : Cyril Buttay
Codirecteur de recherche : Ali Soltani
Résumé : Ce travail de thèse porte sur la caractérisation, la modélisation et l'intégration de transistors de puissance GaN HEMT dans une technologie GaN-sur-Si, en vue d'applications en électronique de puissance à haute fréquence. Dans un premier temps, une étude des transistors GaN HEMT met en évidence leur fort potentiel pour les convertisseurs de puissance, tout en soulignant les verrous associés à leur modélisation, notamment liés aux phénomènes physiques spécifiques tels que le piégeage de charges, la dépendance en température et l'influence des éléments parasites. Une méthodologie de caractérisation expérimentale et d'ajustement de modèles analytiques est alors développée, avec pour objectif de construire des modèles à la fois compacts et suffisamment précis pour une utilisation dans des simulations de circuits. Cette approche est étendue à des composants en cours de développement, pour lesquels des protocoles spécifiques de stabilisation sont mis en place afin de garantir la reproductibilité des mesures. Des lois de dépendance en température et en géométrie sont intégrées aux modèles, permettant de mieux représenter le comportement des dispositifs dans des conditions réalistes. Les modèles développés sont ensuite validés en régime dynamique à l'aide d'un banc de test double pulse conçu spécifiquement. La comparaison entre simulations LTspice et mesures expérimentales montre un bon accord pour les régimes de commutation rapides visés, avec des écarts inférieurs à 15 %. Les limites des modèles sont identifiées pour des conditions de commutation fortement ralenties, sans remettre en cause leur pertinence pour les applications ciblées. Enfin, les modèles validés sont utilisés dans une démarche de conception visant l'intégration monolithique de fonctions de puissance et de commande. Une méthodologie de dimensionnement est proposée pour un transistor de puissance associé à un étage de commande de grille de type totem-pôle. L'étude met en évidence l'intérêt de l'intégration monolithique pour la réduction des inductances parasites et l'amélioration des performances dynamiques. Elle permet également d'identifier plusieurs leviers technologiques, notamment liés à la géométrie des transistors et aux paramètres parasites, susceptibles d'être optimisés afin d'améliorer la compacité de l'architecture. Ce travail fournit ainsi une chaîne complète allant de la caractérisation à la conception, et constitue une contribution méthodologique pour le développement de circuits intégrés de puissance à base de GaN.