Contribution à l'étude des mécanismes de vieillissement et au développement d'indicateurs de défauts pour les semi-conducteurs d'électroniques de puissances à large bande interdite (Ref N°16)

IFP Energies nouvelles (IFPEN) est un acteur majeur de la recherche et de la formation dans les domaines de l’énergie, du transport et de l’environnement. De la recherche à l’industrie, l’innovation technologique est au cœur de son action, articulée autour de quatre priorités stratégiques : CLIMAT, ENVIRONNEMENT ET ÉCONOMIE CIRCULAIRE, ÉNERGIES RENOUVELABLES, MOBILITÉ DURABLE et HYDROCARBURES RESPONSABLES.

L’engagement d’IFPEN en faveur d’un mix énergétique durable se traduit par des actions visant :

• à gagner en efficacité énergétique ;
• à réduire les émissions de CO2 et de polluants ;
• à améliorer l’empreinte environnementale de l’industrie et des transports ;

tout en répondant à la demande mondiale en mobilité, en énergie et en produits pour la chimie.

Dans cet objectif, IFPEN développe des solutions permettant, d’une part, d’utiliser des sources d’énergie alternatives et, d’autre part, d’améliorer les technologies existantes liées à l’exploitation des énergies fossiles.

Contribution à l’étude des mécanismes de vieillissement et au développement d’indicateurs de défauts pour les semi-conducteurs d’électroniques de puissances à large bande interdite

La transition vers une mobilité électrique durable est cruciale pour relever les défis environnementaux mondiaux tels que le changement climatique, l'épuisement des ressources et l'augmentation de la demande énergétique. Les convertisseurs de puissance sont indéniablement parmi les technologies les plus cruciales nécessaires à cette transition dans les applications automobiles, aéronautiques et d'autres secteurs industriels.

La technologie émergente des semi-conducteurs à large bande interdite (WBG) ouvre la voie à des entraînements moteurs hautement intégrés pour les systèmes de transport électrifiés, tels que les véhicules électriques. Les temps de commutation courts et la faible résistance des WBG permettent des réductions significatives des pertes de commutation et de conduction, entraînant des améliorations de la densité de puissance (kW/L) et de la puissance spécifique (kW/kg).

Dans le domaine de l'électronique de puissance, les semi-conducteurs à large bande interdite (WBG), en particulier le carbure de silicium (SiC) et le nitrure de gallium (GaN), apparaissent comme des alternatives prometteuses aux composants traditionnels à base de silicium en raison de leur stabilité thermique supérieure, leur haute efficacité et leurs capacités de commutation rapide. Cependant, malgré ces avantages, les composants SiC et GaN font encore face à des défis liés à leur faible maturité en termes de fiabilité à long terme et d'évolutivité de fabrication.

Cette proposition de stage aborde ces défis en se concentrant sur les mécanismes de vieillissement de ces composants, dans le but d'améliorer leur fiabilité et leur durée de vie pour des applications dans la mobilité électrique durable et les systèmes énergétiques.

Objectif du stage :

La mission principale de ce stage est de contribuer à l’étude du vieillissement et à la surveillance de l’état de santé des convertisseurs de puissance utilisant des semi-conducteurs à large bande interdite pour une mobilité électrique durable. Elle comprend trois objectifs principaux :

1. Réaliser une étude bibliographique sur les facteurs responsables du vieillissement et de leur conséquence sur les composants WBG
2. Développer des modèles permettant de simuler le phénomène de vieillissement en ce concentrant sur des modèles innovants basés sur la théorie, l’expérimentation ou une combinaison des deux, et qui peuvent être améliorer par l’apprentissage par IA

3. Identifier des indicateurs pertinents et fiables permettant de détecter la présence de défauts naissants.

Profil recherché :

Étudiant(e) en école d’ingénieurs ou en Master 2 avec des connaissances solides en génie électrique, électronique de puissance et traitements de signal.

• Compétences techniques souhaitées :
  • Connaissances en électronique de puissance et composants semi-conducteurs (SiC, GaN),
  • Maîtrise des outils de simulation (Matlab/Simulink, LTSpice, etc.).

Mots-clefs : Électronique de puissance, SiC, GaN, détection de défaut, indicateur de défaut, suivi état de santé.