MOVeToDiam — MOSFET DE PUISSANCE VERTICAL TOUT DIAMANT

L'évolution des besoins énergétiques, dus à l'augmentation des applications électriques et de la consommation électrique, ainsi qu’à la diversification des technologies liées au développement des énergies renouvelables, nécessite de modifier les méthodes de transport, de distribution et de gestion de l'énergie (smart-grid, HVDC, ...). Dans ce contexte, l'émergence de dispositifs de puissance fonctionnant en environnement sévères (haute tension, haute fréquence, haute température, radaitions, ...) devrait répondre au besoin pour faire évoluer le réseau électrique actuel vers le réseau de distribution énergétique du futur. Par exemple, il est indispensable d’adapter les technologies de convertisseur de puissance et de modifier les interrupteurs à base de semiconducteurs pour qu’ils supportent des tensions bien supérieures à 10 kV. Les propriétés électroniques et électrothermiques des semiconducteurs à large bande interdite (WBG) permettent de fabriquer des composants de puissance qui fonctionnent à haute tension, haute fréquence et haute température. Ces dernières années, plusieurs composants de puissance innovants à base de WBG ont été proposés et commercialisés. Les plus connus sont le MOSFET SiC (Wolfspeed) et le HEMT GaN (EPC, GaN System). L'intérêt des matériaux WBG est dedépasser la limite du compromis "résistance spécifique à l’état passant / tension de claquage" des dispositifs de puissance conventionnels silicium. Dans un tel contexte, le Diamant est le candidat idéal pour répondre à plusieurs des problèmes susmentionnés. Ses propriétés électriques (largeur de bande interdite, conductivité thermique, mobilité des porteurs, champ électrique critique) sont sans aucun doute les plus élevées des WBG. Cependant, le diamant est, pour le moment, un matériau technologiquement moins mature. Le but ambitieux du projet MOVeToDiam est de créer une percée technologique majeure en développant des étapes technologiques cruciales dans la filière « Diamant » pour concevoir et fabriquer la prochaine génération de composants de puissance fonctionnant à 300 ° C : un MOSFET vertical à canal p et à grille en U (Diam-UpMOSFET), ainsi qu’une diode très haute tension TMBS (Trench MOS Barrier Schottky). La démonstration de la faisabilité de ces dispositifs « Diamant » nécessite une recherche fondamentale avec un fort potentiel de rupture technologique telles que l'empilement de couches de diamant de types n et p, les contacts ohmiques faiblement résistifs sur les deux types de diamant, le contrôle de l'interface diamant/diélectrique et la gravure de tranchée parfaitement verticale. De tels défis peuvent être relevés grâce à l'expertise internationale et à la complémentarité de 4 laboratoires universitaires, à savoir LSPM, GEMaC, AMPERE, et LAAS, ainsi que de la société IBS, dans le développement de briques technologiques spécifiques au matériau Diamant. Le MOSFET de puissance vertical à canal p et la diode TMBS à base de diamant monocristallin permettront d'obtenir des modules de puissance de faibles poids, intégrés et à haut rendement, fonctionnant à haute fréquence. Ces systèmes seront utilisés dans les transports électriques et les réseaux énergétiques intelligents, principaux domaines d'intérêt du développement durable. Ces recherches permettraient à la France d'être le leader dans le domaine des composants de puissance Diamant pour les applications très haute tension