Добірка наукової літератури з теми "Carbure de silcium - SiC"

Les applications de puissance dans lesquelles la température ambiante est élevée, provoquent l’augmentation de la température dans les dispositifs électroniques. De ce fait, il est important de développer les dispositifs électroniques pour pouvoir supporter des densités de courant et de puissance plus élevées. Dans cette thèse, nous avons pour objectif de jeter les bases d’une technologie en totale rupture avec celles existantes pour la fabrication d’une nouvelle génération de contacts électriques à base de Ti3SiC2, stables, fiables et reproductibles sur le Carbure de Silicium pour les applications à très hautes températures (300 – 600ºC). Deux méthodes d’élaborations seront étudiées, dans cette thèse, pour synthétiser le Ti3SiC2. La première est par voie réactionnelle, et la deuxième approche consistera à utiliser la technique Pulsed Laser Deposition (PLD), en utilisant une cible de Ti3SiC2. Le but est de développer des contacts ohmiques de bonne qualité. Des caractérisations physico-chimiques, électriques (TLM) et mécaniques (W-H et RSM) ont été effectuées sur les contacts de Ti3SiC2. Ces échantillons ont subi un vieillissement, à 600ºc pendant 1500h sous Argon, dans le but d’étudier la stabilité et la fiabilité des contacts électriques aux hautes températures. Les résultats des caractérisations ont montré que la fiabilité et la stabilité chimique entre Ti3SiC2 et SiC ont permis aux contacts de garder le comportement ohmique avec une faible résistivité électrique et un bon comportement mécanique, même après 1500h de vieillissement. De plus, les simulations réalisées ont servi à déterminer l’effet des ITR sur la dissipation de la chaleur et sur les contraintes mécaniques exercées sur une diode PN haute puissance. Dans cette thèse, nous avons montré qu’un contact ohmique, à base de Ti3SiC2, peut rester stable et fiable sur un substrat 4H-SiC, dans des températures allant jusqu’à 600ºC
Power applications in which the ambient temperature is high, cause the increase of temperature in electronic components. Therefore, it is important to develop electronic devices that are able to withstand high current and high-power densities. In this thesis, our objective is to lay the foundations of a new technology for the manufacture of a new generation of Ti3SiC2 MAX phase-based electrical contacts, stable, reliable and reproducible on Silicon Carbide for very high temperature applications (300 - 600ºC). To synthesize Ti3SiC2 on SiC, two elaboration methods were studied in this thesis. The first approach is a reaction method, and the second approach consists on using a Ti3SiC2 target via the Pulsed Laser Deposition (PLD) technique. Our goal is to develop a good quality ohmic contacts. Physico-chemical, electrical (TLM) and mechanical (W-H and RSM) characterizations were performed on the Ti3SiC2 contacts. These samples underwent a thermal aging test at 600°C for 1500 hours under Argon, in order to study the stability and reliability of the electrical contacts at high temperatures. The obtained results showed that the reliability and the chemical stability between Ti3SiC2 and SiC allowed the contacts to keep an ohmic behavior with low electrical resistivity, in addition to a good mechanical behavior, even after 1500 hours of aging at 600ºC. Furthermore, the thermomechanical simulations performed were used to determine the effects of Interfacial Thermal Resistances on the heat dissipation and the mechanical stresses exerted on a high power PN diode. In this thesis, we have shown that an ohmic contact, based on Ti3SiC2, can remain stable and reliable on a 4H-SiC substrate, in temperatures up to 600ºC

Une étude sur la réduction/suppression de l'inductance de limitation di/dt pour IGCTs et du clamp RCD en utilisant des diodes rapides en silicium (Si) et des diodes en carbure de silicium (SiC) dans les convertisseurs multiniveaux modulaires (MMC). Cette thèse contient :- Analyse des sous-modules de MMC HVDC existants.- Évaluation de l'intérêt des IGCTs dans les sous-modules MMC HVDC et comparaison des pertes avec les IGBT, en utilisant des facteurs de mérite spécifiques aux MMC créés dans cette thèse.- Test de double pulse avec diode à récupération rapide dans un module plastique pour tenter de réduire et supprimer l'inductance limitant le di/dt.- Packaging de puces de diodes SiC PiN à haute tension et courant élevé, test avec IGCT dans le même montage, pour tenter de réduire et supprimer l'inductance limite di/dt, et analyser les spécificités de la diode SiC dans ce montage
A study on Integrated gate-commutated thyristors (IGCT) di/dt limiting inductance and RCD-clamp reduction/suppression using plastic module silicon (Si) fast recovery diodes and silicon carbide (SiC) diodes, in Modular Multilevel Converters (MMC). This PhD contains:- Analysis of existing HVDC MMC Submodules.- Assessment of the interest of the IGCT in HVDC MMC Submodules and losses comparison with IGBTs, using MMC-specific figures-of-merit created in this thesis.- Double pulse test with fast recovery diode in plastic module to attempt to reduce and suppress the limiting di/dt inductor.- Packaging of High-Voltage High-Current SiC PiN diode dies, test with IGCT in the same setup to attempt to reduce and suppress the limiting di/dt inductor and analyze the specificities of the SiC diode in this setup

Ces travaux de thèse sont consacrés à l’étude de l’activation des dopants implantés dans le carbure de silicium. L’objectif est de proposer des conditions d’implantation optimisées pour réaliser le dopage de type n dans le 3C-SiC et de type p dans le 4H-SiC.Nous avons tout d’abord étudié les implantations de type n dans le 3C-SiC. Pour cela, des implantations de N, de P et une co-implantation N&P avec les recuits d’activation associés ont été étudiés. L’implantation d’azote suivie d’un recuit à 1400°C-30min a permis une activation proche de 100% tout en conservant une bonne qualité cristalline. Une étude sur les propriétés électriques des défauts étendus dans le 3C-SiC a également été réalisée. A l’aide de mesures SSRM, nous avons mis en évidence l’activité électrique de ces défauts, ce qui rend difficile la réalisation de composants électroniques sur le 3C-SiC.Nous avons ensuite réalisé une étude du dopage de type p par implantation d’Al dans le 4H-SiC, en fonction de la température d’implantation et du recuit d’activation. Nous avons pu montrer qu’une implantation à 200°C suivie d’un recuit à 1850°C-30min donne les meilleures résultats en termes de propriétés physiques et électriques
This work was dedicated to the activation of implanted dopants in 3C-SiC and 4H-SiC. The goal is to propose optimized process conditions for n-type implantation in 3C-SiC and for p-type in 4H-SiC.We have first studied the n-type implantation in 3C-SiC. To do so, N, P implantations, N&P co-implantation and the associated annealings were performed. The nitrogen implanted sample, annealed at 1400°C-30 min evidences a dopant activation rate close to 100% while maintaining a good crystal quality. Furthermore, the electrical properties of extended defects in 3C-SiC have been studied. Using the SSRM measurements, we have evidenced for the first time that these defects have a very high electrical activity and as a consequence on future devices.Then, we have realized a study on p-type doping by Al implantation in 4H-SiC with different implantation and annealing temperatures. Al implantation at 200°C followed by an annealing at 1850°C-30min lead to the best results in terms of physical and electrical properties

Dans un contexte de développement du trafic aérien, et en vue de répondre aux nouvelles normes environnementales, il est désormais impératif de diminuer la consommation de carburant et les émissions de gaz des moteurs, ainsi que d’en améliorer le rendement. Pour ce faire, la conception des dispositifs, mais aussi leur fabrication et les matériaux employés sont repensés.Plus légers, inertes chimiquement et capables de conserver leurs propriétés mécaniques même à haute température, les matériaux composites à matrice céramique SiC/SiC sont des matériaux prometteurs pour remplacer certaines pièces métalliques des moteurs aéronautiques et atteindre cet objectif. Une des voies prometteuses d’élaboration de ces composites est l’imprégnation de silicium liquide (Melt Infiltration, dite MI) dans une préforme de fibres de carbure de silicium, revêtues de SiC (SiCCVI), préalablement imprégnée de poudre de SiC (SiCp).Le silicium doit remplir les pores de la préforme sans dégrader ses constituants. Néanmoins, des interactions locales entre le silicium liquide (SiL) et le revêtement en carbure de silicium (SiCCVI) des fibres de SiC ont été mises en évidence. Elles se traduisent par une dégradation du revêtement pouvant aller jusqu’à la destruction des fibres. Le premier objectif de cette thèse est donc de comprendre ces interactions SiL- SiCCVI et d’identifier les principaux facteurs. Par la suite, la modulation des interactions SiL- SiCCVI peut être envisagée par l’ajout de poudre de SiCp ainsi que par l’utilisation de l’alliage Si-B. L’objectif de ce second volet de la thèse sera de comprendre comment la (les) poudre(s) et l’alliage Si-B influent sur les interactions (paramètres et mécanismes)
Increase of the air traffic and recent environmental standards require the reduction of the energy consumption and gas emission of the new aircraft engines. For this purpose, new materials have been developed.Lighter, chemically inert and suitable for high temperature applications, the Ceramic Matrix Composites SiC/SiC are promising materials for replacing some of the metallic turbine engine pieces and improving energy efficiency.From now on, CMC matrix was mainly elaborated by Ceramic Chemical Vapor Infiltration (CVI). However, this process is slow and costly, and the residual porosity is high. Then, the infiltration of liquid silicon (Melt Infiltration) in a SiC fibrous preform, coated with SiC (SiCCVI), and densified by SiC powders (SiCp) is an alternative route to full CVI.Even if liquid silicon (SiL) should fill the pores of the preform without reacting with SiC, local interactions have been noticed between the liquid silicon and the Sic deposit, which is deleterious to the final material mechanical properties. Therefore, this thesis aims at understanding the interactions SiL- SiCCVI and identifying the main parameters. This requires beforehand to characterize deeply and precisely the microstructure of the SiCCVI. Thereafter, research will focus on the control of the SiL- SiCCVI interactions

Le carbure de silicium est en théorie un des meilleurs candidats pour les applications aussi stratégiques que sont l'électronique forte puissance, haute température, haute fréquence ou encore fonctionnant en environnement hostile. Cependant, les difficultés de cristallogenèse de ce matériau ralentissent le développement de cette filière. Par exemple, l'épitaxie en phase vapeur (EPV) de couches minces de SiC nécessite des températures élevées, supérieures à 1400°C, ce qui compliquent la mise en oeuvre et le contrôle du procédé de croissance. Faire
croître SiC en dessous de cette température tout en gardant une qualité de matériau (cristallinité et dopage) satisfaisante est un véritable défi dont les intérêts industriels sont évidents.
Cet objectif peut être atteint en utilisant des techniques en solution, sous gradient thermique
ou par mécanisme vapeur-liquide-solide (VLS). Différents bains et différentes configurations
de croissance ont été envisagés. Cette étude a permis de mieux cerner les difficultés de mise en oeuvre, de justifier les solutions techniques proposées et de sélectionner les alliages Al-Si comme meilleurs candidats. A partir de ces bains, l'homoépitaxie des polytypes hexagonaux (4H et 6H-SiC) a été démontrée pour des températures aussi basses que 1100°C. Les couches sont très fortement dopées p, par l'incorporation massive d'Al, de bonne qualité cristalline et assez rugueuses. Ce fort dopage p confère des propriétés électriques très intéressantes
notamment en terme d'abaissement de la résistivité de contact.
Le polytype cubique (ou 3C-SiC) ne disposant pas de substrats commerciaux de qualité suffisante, sa croissance a été réalisée par hétéroépitaxie sur substrat de Si(100) et a-SiC(0001) non désorientés, respectivement par EPV et VLS. L'EPV sur substrat de Si produit des couches de qualité cristalline médiocre en raison du fort désaccord de maille. La courbure
importante des plaques, résultant des contraintes thermiques, peut être diminuée en modifiant
l'étape de carburation. Un tel matériau pourra trouver des débouchés avec des composants peu
exigeants en qualité cristalline. Enfin, les alliages à base de Ge et Sn se sont montrés adaptés à
la germination du polytype 3C-SiC sur substrats hexagonaux. Des conditions de croissances
permettant d'éliminer les parois d'inversions dans les couches, ont été déterminées. Le matériau 3C ainsi épitaxié n'a pas d'équivalent ailleurs et est très prometteur pour développer un filière basée sur ce polytype.

L’utilisation de germes Si pour l’épitaxie du SiC-3C génère de nombreux défauts dans les couches en raison du désaccord de maille et de la dilatation thermique. Le SiC-3C peut aussi être déposé sur substrats SiC-α(0001) en s’affranchissant des problèmes rencontré sur substrat Si. La difficulté de contrôler la germination initiale génère cependant des macles qui sont difficiles à éviter ou éliminer ensuite. L'utilisation de l'épitaxie en phase vapeur comme technique de croissance n'a pas permis de s'affranchir de ces macles malgré l'optimisation de la préparation de surface des germes SiC- α. En revanche, des couches de SiC-3C exemptes de macle ont été obtenues en utilisant une technique de croissance originale, les mécanismes vapeur-liquid-solide, qui consiste à alimenter un bain Si-Ge avec du propane. La caractérisation des couches ainsi élaborées a montré une excellente qualité cristalline avec toutefois une incorporation non négligeable d'impuretés. Les éléments Al, Ge, B et Sn ont été dosés avec succès en utilisant des analyses par faisceaux d’ions accélérés, techniques peu conventionnelles pour SiC et présentant un challenge analytique
Using silicon as substrate for growing 3C-SiC monocrystalline material generates too many defects in the layers due to lattice and thermal expansion mismatch. Though these difficulties are avoided by using hexagonal SiC substrates, the random formation of 60° rotated domains in the 3C layers generate a high density of twins. The use of vapour phase epitaxy for the growth did not allow reducing significantly the twin density despite the optimization of the in situ surface preparation of the seeds. On the other hand, these defects were eliminated by using Vapor-Liquid-Solid mechanism which consists in feeding a Si-Ge melt with propane. The characterization of these twin-free layers showed excellent crystalline quality. Some of the impurities incorporated during growth (Ge, Al, B, Sn) were successfully analysed using accelerated ion beam techniques though the detection and quantification of these elements inside SiC thin films are challenging

Les structures à base de Carbure de Silicium sont très employées dans l’industrie spatiale, la conversion d’énergie et les réacteurs chimiques grâce aux propriétés mécaniques et thermiques de ce matériau et à sa stabilité chimique. L’assemblage par brasage semble le plus approprié pour réaliser de très grandes pièces. La technique appelée BraSiC®, réalisée à chaud, fait appel à du Silicium allié à un composant métallique, l’imprégnation est obtenue par capillarité. Dans le présent travail, les propriétés élastiques et la ténacité des différents constituants (substrats et brasure) ont été caractérisées à partir de méthodes ultrasonores et par micro et nano indentations. Une vaste campagne d’essais de flexion 4-points sur barreaux assemblés bout-à-bout a été menée pour mesurer la résistance à la rupture. Elle a conduit à analyser le rôle de différents paramètres : épaisseur de brasure (de 20 à 200µm), température (de -196 à 1000°C), atmosphère (air, Hélium). Quelques essais complémentaires ont été lancés pour comprendre l’effet d’une pré-entaille ou d’un manque de brasure. Ce travail expérimental a été accompagné d’une modélisation théorique qui repose sur l’utilisation d’un critère de rupture mixte. Cette approche a été employée dans un premier temps pour évaluer la faisabilité d’un essai de flexion axisymétrique sur disque et contre-plaque. Elle a ensuite été mise à profit pour mettre en évidence le rôle de l’épaisseur de brasure dans les essais à rupture sur barreaux, aboutissant à une formule d’une grande simplicité, en parfait accord avec les résultats expérimentaux : le paramètre prépondérant est l’inverse de la racine carrée de l’épaisseur de joint brasé

L'étude des mécanismes d'endommagement et du comportement à la rupture de deux nuances, d'un composite céramique-céramique (SiC/C/SiC 2D), est faite au moyen d'essais mécaniques. Ces derniers sont réalisés à température ambiante (T. A. ) ainsi qu'à chaud, et à T. A. Après vieillissement sous différents types d'environnements (vide, argon et air). Dans l'hypothèse d'un comportement linéaire élastique, les courbes R montrent une différence de comportement à la rupture entre les deux nuances à T. A. : propagation quasi statique de la zone endommagée (de grande taille) avec la fissure principale pour l'une et effet de bord prépondérant (zone pontée importante) dans l'autre. Les matériaux se dégradent à chaud, alors qu'après vieillissement à chaud aucun changement significatif n'est observé. Les chutes des propriétés mécaniques à chaud sont dues à la modification de( s) l'interface( s) ainsi que de l'interphase et dans une moindre mesure à la dégradation des fibres. L'étude des courbes R montre la difficulté d'obtention de paramètres intrinsèques dans le cas des composites fibreux (fissure pontée). C'est pourquoi une nouvelle approche basée sur l'évolution des contraintes de pontage en fonction de l'ouverture de la fissure (courbe μ-u) est proposée. Les résultats préliminaires effectués à T. A. Et à chaud semblent bien valider l'analyse théorique
The study of damage mechanisms and fracture behaviour of two ceramic-ceramic composite grades (2D SiC/C/SiC) is achieved by mechanical tests. These are conducted at room temperature (R. T. ), at high temperature (H. T. ) and at R. T. After ageing under different environments (vacuum, air and argon). The R curves are plotted under linear elastic behaviour assumption. At R. T. A fracture behaviour difference between two grades is exhibited : pro cess zone (large size) quasi static propagation with crack for the first one and edge effect (large bridging length) for the another one. At H. T. Degradation of the materials being observed and after ageing no significant variation is observed. The mechanical properties drops at H. T. Are due to the interface and interphase modifications and degradation fibres and to a lower extent to fibre degradation The study of R curves shows the difficulty to obtain intrinsic parameters m case of fibre composites (bridged crack). This is the reason for which a first approach based on bridging stresses crack opening dis placement relationship (μ-u curve) is proposed. The first results at R. T. And at H. T. Seem to confirm the theoretical analysis

Caractérisation physico-chimique des réfractaires à base d'alumine, de graphite et de carbure de silicium. Aspects cinétiques et morphologiques de leur oxydation par les gaz (O::(2),CO::(2),CO/CO::(2)). Étude cinétique de l'oxydation du silicium et du carbure de silicium