CIFRE - Multiscale Electro-Thermal Modeling of Silicon Power Devices

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. Rejoindre ST, c’est intégrer une entreprise internationale riche de plus de 115 nationalités, présente dans 40 pays, et rassemblant plus de 50 000 talents passionnés et engagés, tous unis par la volonté de créer et d’inventer la technologie de demain. Innover demande bien plus que des compétences techniques : cela nécessite des personnes inspirantes, qui savent collaborer avec respect et enthousiasme. Des collaborateurs animés par la passion, prêts à remettre en question le statu quo, à faire avancer l’innovation et à révéler leur plein potentiel. Venez vivre cette aventure avec nous et contribuez à construire un futur plus intelligent et plus durable, en alliant responsabilité et innovation. Notre technologie commence avec vous. 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. ST est fière d’être certifiée parmi les 17 entreprises mondiales « Global Top Employers 2025 » et d’être la première et unique entreprise de semi-conducteurs à recevoir cette distinction. ST a été distinguée dans ce classement grâce à sa démarche d’amélioration continue, se démarquant notamment par son engagement en matière d’éthique et d’intégrité, de sens et de valeurs, d’organisation et de gestion du changement, ainsi que par sa stratégie commerciale et ses performances. En France, ST a également obtenu la labélisation Happy Trainee 2025. Nous cultivons un environnement de travail inclusif et diversifié, où la discrimination n’a pas sa place. Notre ambition est de recruter et de fidéliser des talents reflétant la richesse des sociétés dans lesquelles nous évoluons. Nous nous engageons à l’équité dans le développement des carrières, les opportunités professionnelles et la rémunération. Chez ST, nous encourageons les candidats qui ne remplissent pas forcément tous les critères à postuler, car nous croyons en la richesse des parcours variés et offrons de réelles opportunités d’apprentissage et d’évolution. La diversité, l’équité et l’inclusion sont des valeurs fondamentales qui façonnent notre culture d’entreprise. Pour découvrir toutes nos opportunités, rendez-vous sur st.com/careers.