CIFRE - Multiscale Electro-Thermal Modeling of Silicon Power Devices

STMicroelectronics France; Rousset-Serre-Ponçon; On-site; EUR 23,000 - 28,000; Full time

Job summary

STMicroelectronics France propose un doctorat axé sur le développement et la validation d’un workflow de simulation electro-thermique couplé capable de prédire l’auto-chauffe locale et les limites SOA dans les MOSFETs en silicium. Le candidat travaillera avec des outils TCAD et évaluera des conditions thermiques réelles en 2D et 3D.

Le projet implique aussi l’étude de l’intégration d’un environnement multiphysique comme COMSOL pour relier les simulations device et chip, en collaboration étroite

Qualifications

• Master en physique des semiconducteurs, électronique ou domaine lié.
• Intérêt prononcé pour la simulation numérique.
• Anglais scientifique courant.
• Première expérience avec Sentaurus ou COMSOL appréciée.

Responsibilities

• Réaliser des simulations électro-thermiques couplées sur des MOSFET.
• Valider les workflows TCAD et les conditions limites thermiques.
• Explorer des réseaux thermiques simples et modèles 2D/3D.
• Intégrer COMSOL pour coupler les simulations au niveau device et chip.
• Collaborer avec le laboratoire IM2MP à Marseille.

Skills

Numérique simulation

Anglais scientifique

Education

Master en physique des semiconducteurs, électronique

Tools

Sentaurus

COMSOL

Job description

Chez STMicroelectronics, nous sommes convaincus que la technologie est un moteur d’innovation et a un impact positif pour les entreprises, les personnes et la société.

En tant qu’acteur mondial des semiconducteurs, nos technologies de pointe et nos composants électroniques sont invisibles mais au cœur du monde d’aujourd’hui.

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In the context of silicon power devices for automotive applications, improving current conduction and reducing on-state resistance inevitably increase power density, leading to greater self-heating. The Safe Operating Area (SOA) of a power MOSFET, which defines the safe operating limits of the device, is typically constrained by thermally driven mechanisms. In this framework, a detailed understanding of the electro-thermal behavior of the device is essential to identify weak points across the power die and ensure reliable operation under both static and dynamic conditions.

This PhD will focus on developing and validating a coupled electro-thermal simulation workflow capable of predicting local self-heating, current crowding, and SOA limits in silicon power MOSFETs. In particular, the candidate will investigate electro-thermal models and methodologies available in TCAD and will evaluate realistic thermal boundary conditions by combining 2D and 3D simulations. The work will also explore simplified thermal network representations, based on thermal resistances and capacitances, to reproduce the thermal behavior of power MOSFETs.

In addition, the study will also consider operation at gate voltages only slightly above threshold, where power MOSFETs may become thermally unstable and exhibit current crowding, generating localized hot spots. In this context, the candidate will explore the feasibility, advantages, and implementation of integrating a multiphysics environment such as COMSOL to couple device-level and chip-level simulations, with the aim of predicting hot-spot formation and thermal runaway conditions.

The candidate will work in close collaboration with the IM2MP laboratory in Marseille.

About Your Missions

• Conduct an in-depth literature review on electro-thermal phenomena in silicon power MOSFETs and on the associated simulation approaches.
• Develop and validate a coupled electro-thermal simulation workflow.
• Study the models and methodologies available in TCAD to analyze self-heating, current crowding, and Safe Operating Area (SOA) limits.
• Evaluate realistic thermal boundary conditions by combining 2D and 3D simulations, as well as simplified thermal network representations.
• Explore the integration of a multiphysics environment such as COMSOL to couple simulations at the device level and at the chip level.

About You

• Master’s degree in semiconductor physics, electronics engineering, or a related field.
• A strong interest in numerical simulation and the study of electro-thermal phenomena.
• Good command of scientific English and the ability to write clear and well-structured technical documents.
• Initial experience with Sentaurus or COMSOL would be appreciated.

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