Piezoelectric materials utilisation for hybrid and monolithic integration of transformers
Apports des matériaux piézoélectriques pour l'intégration hybride et monolithique des transformateurs
Résumé
Works presented in this report concerns the problems of electric devices integration in general and passive components integration in particular aiming to carry out the realization of integrated conversion systems. In a first part, the study and the characterization of piezoelectric transformers exhibiting millimetre-length is tackled for supply of fractions of Watts to few Watts applications. This transformer is well adopted to MOSFET & IGBT gate drive circuits integrated on a PCB substrate. This application is fully detailed in the report. In a second part, we have been interested in the problem of integration of piezoelectric micro-transformers in a silicon substrate for supplying micro-systems. We have been proposed new micro-transformer structure realized with AlN and PZT thin layers deposed by sputtering. These manufacturing process are compatible with silicon technologies and with the constraints of micro-machining. An original prototype has been realized and characterized.
Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre des problèmes d'intégration des dispositifs électriques en général et des composants passifs en particulier permettant de réaliser des systèmes de conversion intégrés. Le travail débute avec l'étude et la caractérisation de transformateurs piézoélectriques de taille " méso " de quelques fractions de watts à quelques watts destinées à la mise en œuvre d'une commande rapprochée de transistors de puissance MOSFET & IGBT intégrée sur un substrat en PCB. Il se place ensuite dans la problématique de l'intégration sur silicium de micro-transformateur piézoélectriques pour des systèmes d'alimentation électrique de quelques micro-watts. L'objectif est d'établir de nouvelles structures de micro-transformateur, exploitant des couches minces d'AlN et de PZT déposées par pulvérisation cathodique, dont les étapes de fabrication sont compatibles avec les technologies et les contraintes de la microélectronique.