Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le cadre du<br />développement d'une filière technologique flexible pour la réalisation de nouvelles fonctions de<br />puissance intégrées, basées sur le mode d'intégration fonctionnelle. La fonctionnalité et les<br />caractéristiques électriques de ces dispositifs dépendent non seulement de la topologie et des<br />différentes connexions réalisées en surface mais également des caractéristiques internes de la structure<br />telles que le type et les paramètres physiques des couches. Dans ce contexte, deux dispositifs<br />présentant des fonctionnalités distinctes se différencient tant au niveau du procédé technologique<br />(température de recuit, dose et énergie d'implantation...) que de la géométrie des masques. Les filières<br />technologiques figées n'étant pas adaptées, nous avons développé une filière technologique composée<br />d'étapes technologiques de base et d'étapes spécifiques optimisées et compatibles entre elles. Après<br />avoir présenté cette filière basée sur un processus de fabrication permettant un autoalignement par<br />rapport à une grille en polysilicium, nous avons optimisé les différentes étapes technologiques. Nous<br />nous sommes basé sur des structures MOS (N et P, à enrichissement et à déplétion) pour optimiser les<br />étapes relatives aux caissons P et aux canaux préformés. Les caractérisations électriques effectuées sur<br />ces dispositifs ont permis de valider ces étapes d'optimisation. L'ensemble des étapes spécifiques a<br />ensuite été optimisé tout en préservant la compatibilité technologique de l'ensemble. La dernière partie<br />a été consacrée à la validation de cette filière en réalisant des structures tests procédant du mode<br />d'intégration fonctionnelle. Les différentes étapes de conception, réalisation technologique et<br />caractérisation électrique sont détaillées afin de mettre en évidence l'intérêt de cette nouvelle filière<br />technologique.

L'analyse et la conception des systèmes en électronique de puissance nécessitent la prise en compte de phénomènes complexes propres à chaque composant du système mais aussi en accord avec son environnement. La description précise du comportement d'un système passe par la simulation utilisant des modèles suffisamment précis de tous ces composants. Dans notre étude, les modèles basés sur la physique des semiconducteurs permettent de décrire le comportement de la charge stockée dans la base large et peu dopée des composants bipolaires. Cette description fine est indispensable à la bonne précision de nos modèles car l'évolution des porteurs dans la base est indissociable du comportement en statique et en dynamique du composant. Ainsi, les modèles physiques analytiques de diode PiN mais surtout d'IGBT NPT ou PT, ayant une technologie de grille 'planar' ou à tranchées sont présentés puis validés. La modélisation de systèmes complexes en électronique de puissance est abordée au travers de deux études. La première concerne l'association des modèles de semiconducteurs avec des modèles de la connectique dans un module de puissance du commerce (3300V /1200A). Une analyse sur les déséquilibres en courant entre les différentes puces en parallèle est donnée. La seconde présente une architecture innovante issue de l'intégration fonctionnelle. Cette architecture faibles pertes permet d'améliorer le compromis chute de tension à l'état passant/ énergie de commutation à l'ouverture inhérent aux composants IGBT. Sa réalisation technologique est présentée au travers de mesure.

Lorsqu'on applique une réduction d'échelle aux systèmes mécatroniques habituellement rencontr és dans le macromonde, la miniaturisation n'est possible que si elle est accompagnée d'une intégration fonctionnelle de ces systèmes. Cette tendance générale pousse les microsystèmes à posséder une densité fonctionnelle de plus en plus importante, qui les fait converger progressivement vers le concept d'adaptronique. L'objectif de cette thèse est de développer une nouvelle méthode de synthèse optimale de structures flexibles monolithiques, pour permettre la conception d'actionneurs intégrés. Notre méthode de synthèse est basée sur l'agencement optimal de blocs flexibles élémentaires grâce à un algorithme génétique multi-critères. Ces blocs flexibles sont de type treillis de poutres et décrits par une méthode aux éléments finis. Ils peuvent être passifs ou rendus actifs par effet piézoélectrique inverse, permettant ainsi l'intégration de la fonction d'actionnement au sein même de la structure du mécanisme. En outre, une représentation dynamique du comportement entrée(s)-sortie(s) de ces mécanismes flexibles permet la prise en compte dans la méthode d'optimisation, dès la phase amont de conception, de nouvelles spécifications permettant de garantir certaines performances lors de la commande ultérieure des systèmes ainsi synthétisés. Enfin, un prototype de micropince piézoélectrique monolithique est conçu de manière optimale grâce à l'outil logiciel développé : les tests expérimentaux effectués permettent de valider la démarche de conception mécatronique dans son ensemble, depuis l'étape amont de l'étude complète de sa topologie, jusqu'à l'étape finale de sa commande robuste en boucle fermée.