TP Caractérisation Électrique. - 4PMNTCEL

Objectif(s)

Ces travaux pratiques vous permettront de mettre en oeuvre les principes de fonctionnement et les techniques de fabrication des dispositifs semi-conducteurs vus précédemment dans votre formation, d'un point de vue expérimental, grâce à la caractérisation électrique.

Les travaux pratiques de caractérisation électrique ont quatre objectifs :
1. Évaluer les différentes étapes de votre fabrication en salle blanche à l'aide de mesures directes sur des composants (résistance 4 pointes, jonction PN et capacité MOS).
2. Consolider vos connaissances sur les semi-conducteurs et approfondir la compréhension des composants mentionnés précédemment (diode et capacité MOS).
3. Évaluer les performances des MOSFETs et des cellules solaires (composants déjà fabriqués).
4. Apprendre à utiliser des setups de mesure électrique avancés.

Contenu(s)

Mesures quatre pointes :
À l’aide d’architectures dédiées, la résistivité des matériaux sera déterminée (matériaux constituant la jonction PN et le capacité MOS, comme le silicium dopé et le métal).

Jonction PN :
Des mesures I(V) quasi-statiques typiques seront réalisées sur des diodes fabriquées en salle blanche par les étudiants. Les objectifs de cette formation sont multiples :

• se familiariser avec les différents setups utilisés pour effectuer les mesures (analyseur, stations de sous pointes)
• réaliser des observations qualitatives du comportement de la diode en conditions expérimentales et les confronter au comportement théorique idéal de la diode.
• sélectionner différentes plages de tension pour identifier les différents régimes de la diode
• extraire les principaux paramètres DC (seuil, courant de saturation, tension de claquage, etc.)
• observer l’effet de la lumière sur le comportement de la diode

Capacité MOS :
Des mesures C(V) quasi-statiques typiques seront réalisées sur des capacités MOS fabriquées en salle blanche par les étudiants. Les objectifs de cette formation sont multiples :

• Se familiariser avec un impédancemètre (LCR-mètre)
• Effectuer des mesures en fréquence en fonction de la polarisation de la grille
• Identifier les différents régimes
• Mesurer les courbes C-V dans différentes conditions d'éclairement

MOSFET :
Cette partie de la formation vise à extraire les principaux paramètres électriques et physiques des MOSFETs. La méthodologie proposée permettra (1) de relier les caractéristiques électriques aux modèles analytiques, et (2) de clarifier les phénomènes physiques impliqués dans le fonctionnement du transistor MOS.

Cellule solaire :
Cette partie de la formation vise à caractériser électriquement les cellules solaires dans des conditions d'éclairement proches de celles du spectre solaire. Les performances liées à la géométrie des cellules seront également étudiées :

• Caractéristiques IV dans l'obscurité => démonstration du comportement de la cellule solaire comme une jonction pn
• Mesurer les résistances série Rs/de fuite Rshunt et les relier aux modèles de base.
• Effet de la lumière sur les carac I(V) : quadrant d'alimentation
• Décalage vertical de la courbe I-V (important pour introduire la méthode Sun-Voc)
• Détermination des paramètres typiques Voc, Isc, Rs, rendement, facteur de remplissage FF

Des connaissances de base en physique du solide et en physique des dispositifs semi-conducteurs (jonction PN, capacité MOS, transistor MOS) sont requises. Notions de cristal et de cristallographie, compréhension de l'origine et de la nature de la structure de bande d'un semi-conducteur.
Connaissances de base en électronique et en mesures électriques
Exemple : introduction à l'électronique, Phelma S5