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Composants passifs sur silicium pour la conversion d’énergie

Composants passifs sur silicium pour la conversion d’énergie. composants actifs (pertes, temps de commutation). f. L, C. Intégration. Micro-convertisseurs DC-DC. Quels sont les verrous limitatifs à l’intégration ?. Problématique d’ intégration sur silicium d’éléments passifs.

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Composants passifs sur silicium pour la conversion d’énergie

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Presentation Transcript

  1. Composants passifs sur silicium pour la conversion d’énergie

  2. composants actifs (pertes, temps de commutation) f L, C Intégration Micro-convertisseurs DC-DC Quels sont les verrous limitatifs à l’intégration ?

  3. Problématique d’ intégration sur silicium d’éléments passifs Microbobines Condensateurs Conception Matériaux Matériaux diélectriques (Collaboration TMN) Matériaux magnétiques Filières technologiques

  4. Eléments capacitifs MIM à forte densité intégrés sur silicium pour la conversion de l’énergie

  5. Contexte du projet • Electronique portable et alimentation microsystèmes • Miniaturisation - Puissances à gérer de plus en plus importantes • Problématique des passifs: • 50 – 60% de la place sur les cartes • Pour les convertisseurs DC-DC: stockage, filtrage ou découplage • Intégration des passifs sur silicium grâce à montée en fréquence Composants CMS • Convertisseur PWM DC-DC • On Semiconductor • step-down [NCP1508] • 3mm x 3mm

  6. Objectifs • Intégration de condensateurs haute densité sur silicium • Technologie: • Surface minimale sur substrat Si • Compatibilité process • Capacité surfacique: • Electrodes: structuration du Silicium • Matériau high–k - Dépôt par MOCVD • Faibles pertes: • Matériau électrodes (σ) • Matériau diélectrique (tanδ)

  7. h w Etudes préliminaires – 2005/2006A – Etude de gravure DRIE • Etude de la vitesse de gravure en fonction des motifs du masque (carrés, rectangles) et de leurs tailles Carrés Rectangles

  8. Etudes préliminaires – 2005/2006A – Etude de gravure DRIE • Conclusions: • Améliorer le facteur de forme • Aller vers des tailles de structures plus petites (< 2µm)

  9. poly poly Si3N4 Si w h Si3N4 SiO2 Écart Etudes préliminaires –2005/2006B – Dépôt diélectrique en tranchées Condensateurs SiO2 / Si3N4 AFM - SCM TEM (CEMES) MEB

  10. Au Si- n+ Etudes préliminaires – 2005/2006C – Fabrication des composants • Diélectrique : SiO2 / Si3N4 Tranchées remplies avec du polysilicium dopé bore

  11. 1 k C 4 6 1 0 0 C 6 6 C 6 4 ) W ( 1 0 Z 1 1 0 0 m 1 k 1 0 k 1 0 0 k 1 M 1 0 M 1 0 0 M F R E Q U E N C E ( H z ) Etudes préliminaires – 2005/2006D – Caractérisation électrique des composants • Mesures d’impédance:

  12. Etudes en cours • Dépôt de diélectrique high-k par MOCVD dans tranchées: • Projet ANR « CAMINO »: début octobre 2006 • Partenaire universitaire (Laboratoire d’Etudes des Matériaux Hors Equilibre - Orsay)

  13. Micro-bobines à noyau magnétique feuilleté Structure spirale en cuivre Noyau magnétique NiFe feuilleté L ~ 1 µH Courant pic ~ 1 A Fréquence ~ 1MHz

  14. Micro-bobines à noyau magnétique feuilleté Noyau magnétique CoNiFe feuilleté Vue de dessus de la partie inférieure circuit magnétique Vue de dessus du circuit magnétique + Cu

  15. Micro-bobines à noyau magnétique feuilleté

  16. Micro bobines multi brins • Nano imprint • 5 conducteursrs en parallèle : • diminution de R de 85% • diminution de L de 60%

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