Dispositius i Sistemes de Potència

Tamaño: px

Comenzar la demostración a partir de la página:

Download "Dispositius i Sistemes de Potència"

Benito Ramírez Lozano
hace 5 años
Vistas:

Dispositius i Sistemes de Potència La microelectrònica aplicada a

(IMB) Centre Nacional de Microelectrònica (CNM) Consejo Superior de

Cerdanyola del Vallès (Barcelona Spain) Tel. +34 93 594 77 00 www.

1 Dispositius i Sistemes de Potència La microelectrònica aplicada a la gestió de l energia Institut de Microelectrònica de Barcelona (IMB) Centre Nacional de Microelectrònica (CNM) Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) Campus UAB Bellaterra Cerdanyola del Vallès (Barcelona Spain) Tel Persona de contacte: Xavier Jordà xavier.jorda@imb-cnm.csic.es

Introducció Sistemes electrònics de potència: processen l energia elèctrica,

Els convertidors formen part de sistemes més complexos junt amb electrònica de

2 Introducció Sistemes electrònics de potència: processen l energia elèctrica, canviant-ne les seves variables (freqüència, tensió, corrent, etc.) entre una font i una càrrega. Els circuits de potència s anomenen convertidors. Els convertidors formen part de sistemes més complexos junt amb electrònica de processat, sensors, etc. Exemples d aplicació de l electrònica de potència i de convertidors: AC/DC Pocs watts DC/AC Desenes de kw AC/AC Centenes de kw AC-DC/AC Alguns MW

3 Introducció

4 Introducció Els dispositius de potència presenten pérdues de potència (calor) en funcionament que limiten l eficiència de tots els convertidors Objectiu: Disseny, fabricació, caracterització i integració de dispositius semiconductors de potència per possibilitar convertidors més eficients El Grup de Dispositius i Sistemes de Potència va iniciar l activitat el 1985 Actualment l integren: 8 investigadors de plantilla del CSIC 2 post-doc (1 Ramón y Cajal) 5 becaris realitzant la tesi doctoral 6 enginyers de suport a la recerca Les activitats de recerca s enmarquen en tres línies: Dispositius de Potència en Silici (david.flores@imb-cnm.csic.es) Semiconductors Wide Bandgap (philippe.godignon@imb-cnm.csic.es) Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat (xavier.jorda@imb-cnm.csic.es)

5 Dispositius de Potència en Silici D ifusión-n + Difusión-N + Difusión-N+ Difusión-P+ Dispositius de potència en Silici Research lines: 0 N + P + 4 P-Body 8 N - -Epitaxia Difusión-P + Difusión-P + Difusión-P N - -Substrato Difusión-P + Difusión-P + Difusión-P + Difusión-P Design of new power structures. Current and voltage controlled devices (MOSFET, Thyristor, IGBT, Super-Junction MOSFET, Protection devices, Power Diodes, etc). Process technology set-up in the IMB Clean Room for the fabrication of vertical and lateral Silicon power devices on Bulk Silicon and Sliconon-Insulator (SOI) substrates. Device fabrication with active area up to 1 cm² (50 A) and voltage capability from 3-5 V (TVS) to 6500 V (IGBT). Radiation effects on power devices.

6 Dispositius de Potència en Silici 3300 V IGBTs with Anode Voltage Sensor Anode current Sensor V sensor = 10 V V anode = 100 V Anode Voltage Sensor Current Capability

7 Semiconductors Wide Bandgap V( V) Semiconductors Wide Bandgap Power devices Switches High Temperature Sensors Hall sensor Gas Sensors ppm CO ppm NO Power Rectifiers 530 µm 530 µm SiC t(s) Biomedical Sensors Impedance Needles Micro-Nanoresonators HT Digital ICs UV detectors

Semiconductors Wide Bandgap High temperature protection diodes for Solar Cell

2017 on a journey to Mercury lasting approximately 6 years.

devices for solar cells arrays Working temperature range -170C to +300C High

8 Semiconductors Wide Bandgap High temperature protection diodes for Solar Cell Panel D+T/CNM, Alter, Ampère, Semelab Space mission BepiColombo will set off in 2017 on a journey to Mercury lasting approximately 6 years. High temperature SiC blocking diodes for solar panel arrays: series protection devices for solar cells arrays Working temperature range -170C to +300C High reliability, Radiation hard Stable with thermal cycling Production of 25 wafers (budget of 500k Euros approx.)

9 Semiconductors Wide Bandgap Graphene technology development Growth Epitaxial growth on SiC (since 2007) and CVD growth on Cu (2012) Processing Standard processing EBL + RIE + E-gun Best cases: n=10 11 cm -2 µ= cm K Devices Bottom-gated epitaxial graphene suitable for Half-Integer Quantum metrology: G graphene ribbon D S SiC N implantation

10 Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat y pixel Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Research domain between the power device and the application METODE 2 IMATGES REF OS x pixel

Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Main activities of the Power Systems Integration and Reliability research line: Thermal management: Design of new packages and modules with improved

11 Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Main activities of the Power Systems Integration and Reliability research line: Thermal management: Design of new packages and modules with improved thermal response, based on 3D thermal simulation. Thermal characterization of the developed systems and thermal parameters identification. Power packaging technologies: Design and development of power modules with higher levels of integration and improved high-power, hightemperature capabilities. Electro-thermal characterization: Advanced measurement set-ups based on optical methods, IR and liquid crystal thermography for the precise electro-thermal characterization at chip or system level. Reliability: New methodologies for the analysis of the reliability limits of advanced power systems and devices (high temperature, wide band gap).

non-invasive measurements Experimental set-up

12 Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Lock-in thermography Detection of heat sources modulated in frequency Application: non-destructive evaluation of defects and non-invasive measurements Experimental set-up based on IR-camera Wire-less pad-free IC for sensing purposes designed at IMB-CNM

tests Amplitude Phase lag Failure location

power cycling test system SEM inspections

13 Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Studies on ruggedness & failure mechanisms in power devices SiC diodes (Bepi-Colombo) submitted to surge current tests Amplitude Phase lag Failure location due to surge current tests Surge current / power cycling test system SEM inspections reveal W electromigration, loosing blocking capability

14 Integració de Sistemes de Potència i Fiabilitat Development and study of specific technologies for power systems integration High temperature: ATHIS, ESA-PTS, ESA-Bepi Colombo, SpaceSiC, THERMOS Analysis of HT die-attach solutions: nano-ag sintering, AuGe, Test Samples Harsh Thermal Cycling Die-shear tests Scanning Acoustic Microscopy Plasma cleaning Reflow Ovens -100ºC 400ºC LT Sintering N = 0 N = 1000

15 Ofertes de treball Ofertes de treball Projecte GREEN-DIAMOND Tipus de contracte: BECA Perfil: Llicenciat en Física o similar Tasques a desenvolupar: Desenvolupament tecnologia de Diamant (implantacions, oxidacions, dielèctrics, gravats ) Caracterització estructural i elèctrica Projecte FUSES Tipus de contracte: BECA Perfil: Enginyer electrònic o similar Tasques a desenvolupar: Mesures elèctriques de dispositius de potencia (JFETs) Desenvolupament nous dispositius (simulació, disseny) Persona de contacte: Prof. Philippe Godignon (philippe.godignon@imb-cnm.csic.es)

Documentos relacionados

Silicon Carbide Devices

Seminario de Semiconductores de Potencia Silicon Carbide Devices Diamond Devices Agenda Silicon Carbide Si vs SiC Aplicaciones Fabricantes Diamante Agenda Silicon Carbide Si vs SiC Aplicaciones Fabricantes