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Technologie Des Composants De Type Hemts Algan Gan Sur Substrat Silicium Pour Des Applications En Amplification De Puissance Et Faible Bruit
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Book Synopsis Technologie des composants de type HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour des applications en amplification de puissance et faible bruit by : Auxence Minko
Download or read book Technologie des composants de type HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour des applications en amplification de puissance et faible bruit written by Auxence Minko and published by . This book was released on 2004 with total page 210 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce travail est axé sur le développement de la technologie de transistors sur une filière de semiconducteurs à large bande interdite de type nitrure d'élément III épitaxiés sur substrat silicium. Le but de cette thèse est de développer une technologie permettant de réaliser des transistors performants pour les applications de puissance (HPA) et les applications faible bruit (LNA). Les études sont basées sur le transistor à effet de champ à hétérojonction HEMT (High Electron Mobility Transistor). Dans ce mémoire nous développons les analyses et les résultats des HEMTs AlGaN/GaN sur substrat Si (111). Après avoir présenté les propriétés du matériau GaN et les conditions de croissance sur les différents types de substrat, nous montrons les outils . technologiques utilisés pour atteindre ce but. Les recherches menées en technologie concernent principalement l'amélioration des contacts ohmiques et la technologie de grille. La réalisation de grilles en T submicroniques de l'ordre de 0.15 [micron] a permis la fabrication de composants présentant des fréquences de transition extrinsèques proche de 60 GHz et Une transconductance extrinsèque de l'ordre de 280 mS/mm. Nous avons mis en évidence que les dernières améliorations réalisées sur l'épitaxie des couches alliées à l'optimisation de la technologie des transistors, permettent d'atteindre des performances en puissance de l'ordre de 2.6 W/mm à 10 GHz et des performances en bruit RF avec un facteur de bruit de 0.94 dB associé à un gain de 13 dB à 10 GHz.
Book Synopsis Conception et réalisation technologique de transistors de la filière HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour l'amplification de puissance hyperfréquence by : Jean-Claude Gerbedoen
Download or read book Conception et réalisation technologique de transistors de la filière HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour l'amplification de puissance hyperfréquence written by Jean-Claude Gerbedoen and published by . This book was released on 2009 with total page 301 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les semiconducteurs basés sur les nitrures III - N à large bande interdite présentent un intérêt croissant pour la recherche et le monde industriel. Parmi eux, les composants de puissance à base de nitrure de gallium constituent un domaine de recherche majeur de l'électronique à l'état solide pour les applications hyperfréquences. Les travaux décrits dans cette thèse correspondent à la conception et à la réalisation de transistors de puissance à haute mobilité pour l'amplification en bandes X et Ku (8-18 GHz). L'évolution continue des hétérostructures demande de constantes rétroactions avec le procédé technologique. Dans ce but, l'approche utilisée a consisté au développement et à l'optimisation des briques technologiques de base, associée à l'analyse physique indispensable à l'optimisation des choix technologiques. Une étude fine des contacts ohmique et Schottky a été entreprise. Une optimisation des conditions de réalisation des fossés de grille, du contact ohmique, des métallisations, du prétraitement de surface et de la nature du diélectrique de passivation a été nécessaire. L'ajout d'une électrode de champ a été étudiée afin d'améliorer davantage la tenue en tension des composants et minimiser l'impact des pièges de surface. Dans ce cadre, nous avons conçu et développé différentes topologies de plaque de champ. Plusieurs diélectriques innovants comme le nitrure de bore ont été testés afin d'établir les potentialités de ces transistors HEMTs à grille isolée. L'ensemble de cette technologie optimisée a été appliquée sur une couche HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si (001) et a permis d'établir un état de l'art en puissance à 10GHz pour cette nouvelle filière bas coût.
Book Synopsis Réalisation et caractérisation de transistors HEMTs GaN pour des applications dans le domaine millimétrique by : Samira Bouzid-Driad
Download or read book Réalisation et caractérisation de transistors HEMTs GaN pour des applications dans le domaine millimétrique written by Samira Bouzid-Driad and published by . This book was released on 2013 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les transistors à haute mobilité électronique à base de GaN (HEMTs) constituent une filière prometteuse pour l'amplification de puissance dans la gamme des fréquences micro-ondes et des applications dans le domaine millimétrique. Les propriétés physiques exceptionnelles du GaN, sont à l'origine de performances attrayantes obtenues avec les dispositifs à base de GaN, comparées aux autres technologies III-V, en termes de densité de puissance jusqu'à 94GHz pour des applications en télécommunications ou militaires.Cette thèse traite de la fabrication et de la caractérisation des transistors HEMTs AlGaN/GaN sur substrat de silicium (111) avec une fine épaisseur de barrière d'AlGaN et des longueurs de grilles très courtes. Des transistors à grilles décentrées ont été ainsi fabriqués et optimisés en réduisant l'espacement grille-source. Par conséquent, une amélioration significative de la transconductance et des fréquences de coupure FT et FMAX a été obtenue. De plus, un maximum de transconductance de 435 mS/mm avec une bonne qualité de pincement pour une longueur de grille de 110 nm a été démontré. D'autre part, des transistors HEMTs à grille double chapeaux ont été fabriqués. De bons résultats en termes de fréquence de coupure FMAX=206GHz et FT=100GHz ont été obtenus sur des HEMTs ayant une longueur de grille de 90nm et une distance source-grille de 0.25μm. Le maximum de transconductance associé est de 440mS/mm. Ces résultats attrayants obtenus montrent clairement que la technologie des transistors HEMTs GaN sur substrat silicium est une voie viable et prometteuse pour la réalisation de dispositifs à bas coût dans le domaine millimétrique.
Book Synopsis Réalisation et caractérisation de HEMTs AlGaN/GaN sur silicium pour applications à haute tension by : Thi Dak Ha Nguyen
Download or read book Réalisation et caractérisation de HEMTs AlGaN/GaN sur silicium pour applications à haute tension written by Thi Dak Ha Nguyen and published by . This book was released on 2013 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Cette thèse est une contribution aux développements de HEMTS AlGaN/GaN sur substrat de silicium pour des applications basses fréquences sous fortes tensions (typiquement 600V) comme les commutateurs pour la domotique ou les circuits de puissance des véhicules électriques. Elle a été menée en collaboration étroite avec Picogiga International qui a réalisé toutes les épitaxies. Elle est composée de trois parties : développement d'une technologie de fabrication, étude des courants de fuite, amélioration du pouvoir isolant de la barrière et recherche d'un comportement “normally off”. La réalisation de contacts ohmiques peu résistifs est l'étape cruciale de la fabrication des HEMTs AlGaN/GaN de puissance. Une optimisation de l'empilement des métaux utilisés, de la température et du temps de recuit ainsi que la recherche d'un compromis sur la distance métallisation - gaz d'électrons, nous a permis de réaliser des contacts ohmiques proches de l'état de l'art (0,5 Ohm.mm). L'origine des courants de fuite a été systématiquement étudiée sur cinq types d'épitaxies différentes. La distance grille - drain et les courants de fuites ont été identifiés comme étant les deux facteurs limitant la tension de claquage. Selon la structure, les courants de fuite ont lieu soit à travers la grille (~e-8 A/mm à 210V), soit en parallèle au canal (e-5 A/mm). Dans les deux cas, ces courants sont comparables aux courants de fuite au travers du tampon (i.e. courants mesurés entre deux mésas). Ces courants de fuite, ont été attribués aux couches de transition nécessaires à l'adaptation de l'épitaxie des couches de nitrure sur le substrat de silicium. La réalisation de HEMT AlGaN/GaN sur silicium pour les applications à haute tension passera donc par une amélioration de ces couches tampons.Nous avons démontré qu'il est possible d'améliorer l'isolation de la barrière en AlGaN grâce à une hydrogénation du matériau. En effet un traitement de surface des transistors par un plasma hydrogène permet, par diffusion, d'y incorporer de l'hydrogène qui passive les dislocations traversantes. Après traitement, les courants de fuite de grille sont réduits et la tension de claquage est repoussée à 400V avec des courants de fuite de l'ordre de e-6 A/mm. Dans ces conditions, le claquage a alors lieu en surface de l'échantillon, il n'est plus limité que par la distance grille-drain. Ce résultat ouvre la voie à la réalisation de HEMT à forte tension de claquage (V~600V).L'effet du plasma fluoré SF6 sur les caractéristiques électriques des HEMT (AlN/GaN)/GaN (la barrière est en super-réseaux AlN/GaN) a été étudié pour la première fois dans cette thèse. Les ions fluor incorporés dans cette barrière agissent comme des donneurs qui font augmenter la densité du gaz bi-dimensionnel d'électrons et décaler la tension de pincement vers les tensions négatives. Cet effet est à l'opposé de celui observé dans les HEMT à barrière en AlGaN. Ce résultat élimine la possibilité de réaliser les HEMT (AlN/GaN)/GaN “normally off” par un dopage au fluor, une technique simple et efficace qui donne de bons résultats sur les HEMT à barrière AlGaN. D'autre part, il apporte quelques réponses expérimentales aux prévisions théoriques d'utiliser le fluor pour les dopages de type n ou p dans les nitrures d'éléments III.
Book Synopsis Fabrication de transistors HEMTs AlGaN/GaN de haute fiabilité sur substrat free-standing GaN de haute qualité by : Mohamed Reda Irekti
Download or read book Fabrication de transistors HEMTs AlGaN/GaN de haute fiabilité sur substrat free-standing GaN de haute qualité written by Mohamed Reda Irekti and published by . This book was released on 2019 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le nitrure de gallium (GaN) constitue le meilleur candidat pour la réalisation de transistors de type HEMT de puissance fonctionnant à haute fréquence. A l'heure actuelle, en raison de la faible disponibilité de substrats GaN, la plupart des dispositifs sont fabriqués par hétéro-épitaxie sur des substrats Si, SiC, ou saphir. Jusqu'à présent, aucun de ces substrats n'a permis la croissance directe de GaN de haute qualité cristalline. Par conséquent, le développement de ces technologies doit faire face à de nombreux défauts (densités de dislocations de l'ordre de 108-1010cm-2) et à des contraintes mécaniques notables (plusieurs centaines de MPa) apparaissant dans le matériau entrainant de nombreuses questions quant à la fiabilité des dispositifs. Le but de cette thèse est de qualifier de nouveaux dispositifs électroniques de type HEMT pour les applications RF à partir d'une nouvelle stratégie de substrat GaN présentant une haute qualité cristalline. A partir de substrats GaN free-standing, le CRHEA a fait croitre une couche tampon de GaN suffisamment épaisse et résistive pour limiter le couplage du substrat avec l'hétérostructure AlGaN / GaN et ainsi minimiser les courants de fuite et les pertes de propagation RF. La technique de croissance MOVPE permettra d'obtenir des films de GaN épais tout en contrôlant la résistivité par auto-compensation de carbone. La croissance de l'hétérostructure AlGaN/GaN a été ensuite développée sur ces substrats. Le procédé technologique de fabrication des composants HEMTs AlGaN/GaN sur substrat GaN pour des applications RF a été développé à l'IEMN. La lithographie électronique a permis de réaliser des composants avec des longueurs de grilles en T ultra-courtes (jusqu'à 70 nm). Les caractéristiques I-V en régimes DC et Pulsé et des mesures de paramètres S ont été effectuées pour déterminer les fréquences de coupure des transistors. Les mesures de puissance hyperfréquence à 18 GHz et à 40 GHz ont démontré un résultat représentant l'état de l'art des HEMTs sur substrats GaN.
Book Synopsis Réalisation et optimisation de transistors HEMT GaN forte puissance et haute fréquence par technologie de transfert de couches sur substrat hôte by : Mahmoud Abou Daher
Download or read book Réalisation et optimisation de transistors HEMT GaN forte puissance et haute fréquence par technologie de transfert de couches sur substrat hôte written by Mahmoud Abou Daher and published by . This book was released on 2020 with total page 167 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le marché des télécommunications tire profit des nouvelles technologies Nitrures qui sont en véritable rupture de performances par rapport aux technologies traditionnellement utilisées. Les recherches actuelles ouvrent de nombreuses pistes et solutions alternatives afin de couvrir des contraintes parfois antagonistes de coût, de performances et/ou de fiabilité. La plupart des HEMTs AlGaN / GaN est fabriquée sur un substrat de silicium hautement résistif à faible coût ou sur substrat SiC beaucoup plus onéreux et sensible du point de vue approvisionnement. Les contraintes de performances électriques requises lors de l'intégration de ces technologies dans les systèmes radars, les satellites et en télécommunication rendent les HEMTs très dépendants au paramètre de température de fonctionnement, essentiellement liée à la forte puissance dissipée lors du transfert d'énergie statique/dynamique. En effet, ces composants sont capables de générer des densités de puissance élevées dans le domaine des hyperfréquences. Aussi, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement s'accompagne d'une augmentation de la puissance dissipée engendrant le phénomène d'auto-échauffement qui influe sur les performances des composants (ID,max,ft,fmax...). Dans ce contexte, plusieurs solutions ont déjà été proposées dans la littérature (utilisations des substrats composites, passivation des composants, etc...). De plus, la technologie de transfert des HEMTs d'un substrat de croissance initial vers un substrat hôte de bonne conductivité thermique (tel que le substrat de diamant) est une solution prometteuse, encore peu détaillée à ce jour. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la dissipation thermique et donc les performances et la fiabilité des transistors HEMT hautes fréquences en utilisant la technologie de transfert de couche. Les hétérostructures AlGaN/GaN sont développées sur substrat de silicium par MOCVD au CHREA. Après la fabrication des HEMTs sur substrat de silicium au sein du laboratoire IEMN, les composants (pour lesquels le substrat silicium a été retiré) sont transférés sur un substrat de diamant. Ce transfert est obtenu grâce à un collage par thermocompression de couche d'AlN pulvérisées sur chaque surface à assembler (face arrière des transistors et substrat diamant). Le procédé de transfert développé n'a pas endommagé la fonctionnalité des transistors HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (Lg = 80 nm). Les transistors de développement 2x35 μm transférés sur diamant présentent un courant ID,max = 710 mA.mm-1, une fréquence de coupure ft de 85GHz et une fréquence d'oscillation fmax de 144GHz. Toutefois, la technique de transfert mérite des phases d'optimisations (notamment pour diminuer l'épaisseur et améliorer la qualité cristalline et la conductivité thermique des couches d'AlN) afin de mieux satisfaire aux contraintes de réduction de résistance thermique de cette couche d'assemblage et ainsi limiter le phénomène d'auto-échauffement relevé à l'issue de ces travaux de thèse.
Book Synopsis GaN-Based HEMTs for High Voltage Operation: Design, Technology and Characterization by : Eldad Bahat-Treidel
Download or read book GaN-Based HEMTs for High Voltage Operation: Design, Technology and Characterization written by Eldad Bahat-Treidel and published by Cuvillier Verlag. This book was released on 2012-06-08 with total page 220 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Gallium nitride (GaN)-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) for high voltage, high power switching and regulating for space applications are studied in this work. Efficient power switching is associated with operation in high OFF-state blocking voltage while keeping the ON-state resistance, the dynamic dispersion and leakage currents as low as possible. The potential of such devices to operate at high voltages is limited by a chain of factors such as subthreshold leakages and the device geometry. Blocking voltage enhancement is a complicated problem that requires parallel methods for solution; epitaxial layers design, device structural and geometry design, and suitable semiconductor manufacturing technique. In this work physical-based device simulation as an engineering tool was developed. An overview on GaN-based HEMTs physical based device simulation using Silvaco-“ATLAS” is given. The simulation is utilized to analyze, give insight to the modes of operation of the device and for design and evaluation of innovative concepts. Physical-based models that describe the properties of the semiconductor material are introduced. A detailed description of the specific AlGaN/GaN HEMT structure definition and geometries are given along with the complex fine meshing requirements. Nitride-semiconductor specific material properties and their physical models are reviewed focusing on the energetic band structure, epitaxial strain tensor calculation in wurtzite materials and build-in polarization models. Special attention for thermal conductivity, carriers’ mobility and Schottky-gate-reverse-bias-tunneling is paid. Empirical parameters matching and adjustment of models parameters to match the experimental device measured results are discussed. An enhancement of breakdown voltage in AlxGa1-xN/GaN HEMT devices by increasing the electron confinement in the transistor channel using a low Al content AlyGa1-yN back-barrier layer structure is systematically studied. It is shown that the reduced sub-threshold drain-leakage current through the buffer layer postpones the punch-through and therefore shifts the breakdown of the device to higher voltages. It is also shown that the punch-through voltage (VPT) scales up with the device dimensions (gate to drain separation). An optimized electron confinement results both, in a scaling of breakdown voltage with device geometry and a significantly reduced sub-threshold drain and gate leakage currents. These beneficial properties are pronounced even further if gate recess technology is applied for device fabrication. For the systematic study a large variations of back-barrier epitaxial structures were grown on sapphire, n-type 4H-SiC and semi-insulating 4H-SiC substrates. The devices with 5 μm gate-drain separation grown on n-SiC owning Al0.05Ga0.95N and Al0.10Ga0.90N back-barrier exhibit 304 V and 0.43 m × cm2 and 342 V and 0.41 m × cm2 respectively. To investigate the impact of AlyGa1-yN back-barrier on the device properties the devices were characterized in DC along with microwave mode and robustness DC-step-stress test. Physical-based device simulations give insight in the respective electronic mechanisms and to the punch-through process that leads to device breakdown. Systematic study of GaN-based HEMT devices with insulating carbon-doped GaN back-barrier for high voltage operation is also presented. Suppression of the OFF-state sub-threshold drain leakage-currents enables breakdown voltage enhancement over 1000 V with low ON-state resistance. The devices with 5 μm gate-drain separation on SI-SiC and 7 μm gate-drain separation on n-SiC exhibit 938 V and 0.39 m × cm2 and 942 V and 0.39 m × cm2 respectively. Power device figure of merit of ~2.3 × 109 V2/-cm2 was calculated for these devices. The impacts of variations of carbon doping concentration, GaN channel thickness and substrates are evaluated. Trade-off considerations in ON-state resistance and of current collapse are addressed. A novel GaN-based HEMTs with innovative planar Multiple-Grating-Field-Plates (MGFPs) for high voltage operation are described. A synergy effect with additional electron channel confinement by using a heterojunction AlGaN back-barrier is demonstrated. Suppression of the OFF-state sub-threshold gate and drain leakage-currents enables breakdown voltage enhancement over 700 V and low ON-state resistance of 0.68 m × cm2. Such devices have a minor trade-off in ON-state resistance, lag factor, maximum oscillation frequency and cut-off frequency. Systematic study of the MGFP design and the effect of Al composition in the back-barrier are described. Physics-based device simulation results give insight into electric field distribution and charge carrier concentration depending on field-plate design. The GaN superior material breakdown strength properties are not always a guarantee for high voltage devices. In addition to superior epitaxial growth design and optimization for high voltage operation the device geometrical layout design and the device manufacturing process design and parameters optimization are important criteria for breakdown voltage enhancement. Smart layout prevent immature breakdown due to lateral proximity of highly biased interconnects. Optimization of inter device isolation designed for high voltage prevents substantial subthreshold leakage. An example for high voltage test device layout design and an example for critical inter-device insulation manufacturing process optimization are presented. While major efforts are being made to improve the forward blocking performance, devices with reverse blocking capability are also desired in a number of applications. A novel GaN-based HEMT with reverse blocking capability for Class-S switch-mode amplifiers is introduced. The high voltage protection is achieved by introducing an integrated recessed Schottky contact as a drain electrode. Results from our Schottky-drain HEMT demonstrate an excellent reverse blocking with minor trade-off in the ON-state resistance for the complete device. The excellent quality of the forward diode characteristics indicates high robustness of the recess process. The reverse blocking capability of the diode is better than –110 V. Physical-based device simulations give insight in the respective electronic mechanisms. Zusammenfassung In dieser Arbeit wurden Galliumnitrid (GaN)-basierte Hochspannungs-HEMTs (High Electron Mobility Transistor) für Hochleistungsschalt- und Regelanwendungen in der Raumfahrt untersucht. Effizientes Leistungsschalten erfordert einen Betrieb bei hohen Sperrspannungen gepaart mit niedrigem Einschaltwiderstand, geringer dynamischer Dispersion und minimalen Leckströmen. Dabei wird das aus dem Halbleitermaterial herrührende Potential für extrem spannungsfeste Transistoren aufgrund mehrerer Faktoren aus dem lateralen und dem vertikalen Bauelementedesign oft nicht erreicht. Physikalisch-basierte Simulationswerkzeuge für die Bauelemente wurden daher entwickelt. Die damit durchgeführte Analyse der unterschiedlichen Transistorbetriebszustände ermöglichte das Entwickeln innovativer Bauelementdesignkonzepte. Das Erhöhen der Bauelementsperrspannung erfordert parallele und ineinandergreifende Lösungsansätze für die Epitaxieschichten, das strukturelle und das geometrische Design und für die Prozessierungstechnologie. Neuartige Bauelementstrukturen mit einer rückseitigen Kanalbarriere (back-barrier) aus AlGaN oder Kohlenstoff-dotierem GaN in Kombination mit neuartigen geometrischen Strukturen wie den Mehrfachgitterfeldplatten (MGFP, Multiple-Grating-Field-Plate) wurden untersucht. Die elektrische Gleichspannungscharakterisierung zeigte dabei eine signifikante Verringerung der Leckströme im gesperrten Zustand. Dies resultierte bei nach wie vor sehr kleinem Einschaltwiderstand in einer Durchbruchspannungserhöhung um das etwa Zehnfache auf über 1000 V. Vorzeitige Spannungsüberschläge aufgrund von Feldstärkenspitzen an Verbindungsmetallisierungen werden durch ein geschickt gestaltetes Bauelementlayout verhindert. Eine Optimierung der Halbleiterisolierung zwischen den aktiven Strukturen führte auch im kV-Bereich zu vernachlässigbaren Leckströme. Während das Hauptaugenmerk der Arbeit auf der Erhöhung der Spannungsfestigkeit im Vorwärtsbetrieb des Transistors lag, ist für einige Anwendung auch ein rückwärtiges Sperren erwünscht. Für Schaltverstärker im S-Klassenbetrieb wurde ein neuartiger GaN-HEMT entwickelt, dessen rückwärtiges Sperrverhalten durch einen tiefgelegten Schottkykontakt als Drainelektrode hervorgerufen wird. Eine derartige Struktur ergab eine rückwärtige Spannungsfestigkeit von über 110 V.
Book Synopsis Dedicated design of experiments and experimental diagnostic tools for accurate reliability investigations on AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) by : Serge Karboyan
Download or read book Dedicated design of experiments and experimental diagnostic tools for accurate reliability investigations on AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs) written by Serge Karboyan and published by . This book was released on 2018 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Le développement intensif et rapide des dispositifs HEMT à base de nitrure de gallium a été largement favorisé par les qualités intrinsèques du matériau pour proposer des performances élevées (haute puissance, haute fréquence...) et pour autoriser un fonctionnement en environnement extrêmement sévère (fluctuations thermiques, brouillage, tenues aux radiations ionisantes...) par rapport aux technologies concurrentes plus traditionnelles (Si, GaAs...). À ce jour, les dispositifs HEMTs AlGaN/GaN sont considérés comme une alternative prometteuse pour remplacer la technologie GaAs, et se positionnent comme d'excellents candidats pour des applications d'électronique de puissance, pour les applications TVSAT, des stations de base terrestres et des systèmes radar à large bande de fréquence (bande L à W), et pour les applications civiles et militaires. Cependant, il reste à lever certains verrous concernant des problèmes de fiabilité de ces dispositifs, qui affectent la durée de vie élevée attendue ; l'amélioration de la robustesse de ces technologies reste une phase critique à étudier malgré les progrès déjà réalisés. Plusieurs paramètres de fabrication affectent la fiabilité, tels que la passivation de la surface, le plateau de champ, le procédé de dépôt de la grille. Il est bien connu que l'étude de la fiabilité est complexe et ne pourra jamais être totalement accomplie, cependant les limites escomptées pour une exploitation raisonnable des filières GaN laissent entrevoir la possibilité de réels progrès dans ce domaine pour assoir le positionnement de ces technologies vis à vis des solutions concurrentes. Ce manuscrit de thèse présente les outils de diagnostic et les procédures de mesures associées développés pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacents de ces dispositifs. Les mesures électriques DC et pulsées à différentes températures sont présentées en premier lieu. Pour obtenir des informations au niveau microscopique sur la fluctuation des porteurs et des défauts dans les zones actives et passives du dispositif, des mesures de bruit basse fréquence sont effectuées sur les courant de grille et de drain sous différentes configurations : la diode seule (drain en l'air) et le transistor en régime saturé. Une technique électro-optique, l'OBIRCh (Optical Beam Induced Resistance Change technique), est aussi appliquée sur les mêmes composants : cette technique apporte d'autres informations quant à l'intégrité du composant (fluctuations de courant), et vient corroborer nos hypothèses sur l'activation de mécanismes piezoélectriques dans les zones fortement polarisées du composant. Toutes ces techniques non-destructives permettent des analyses croisées. Un modèle original de la diode Schottky a été établi pour tenir compte de certains défauts d'homogénéité à l'intérieur du contact de grille à l'interface entre la diode Schottky et la couche semi-conductrice supérieure. D'autres résultats originaux ont été trouvés à partir des mesures de bruit basse fréquence concernant la localisation des défauts actifs et leur évolution suite à l'application d'un stress électrique et thermique (HTRB, HTOL, ...). Les analyses électriques (pulsées et transitoires) des phénomènes de retard à la commande (grille ou drain) sont partiellement corrélées aux analyses du bruit basse fréquences des courant de grille et de drain pour identifier les mécanismes sous-jacents de dégradations. Dernièrement, une ébauche de plan d'expérience (DOE) est proposée dans le cadre de notre travail, qui complètera celui mis en œuvre dans le cadre du projet ANR REAGAN impliquant tous les partenaires : des règles et des procédures expérimentales sont identifiées pour s'assurer que les données expérimentales sont fiables (i.e. reflètent statistiquement le comportement réel du dispositif).
Book Synopsis Analyse et modélisation des mécanismes de dégradation de grille des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) de type AlGaN/GaN by : Oana Lazar
Download or read book Analyse et modélisation des mécanismes de dégradation de grille des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) de type AlGaN/GaN written by Oana Lazar and published by . This book was released on 2018 with total page 216 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: L'introduction récente des technologies à grande bande interdite vient révolutionner le segment des modules de puissance RF. De par les niveaux de puissance élevés proposés aux fréquences des bandes de télécommunications, les technologies GaN représentent désormais une alternative intégrée majeure qui vient se substituer progressivement aux technologies III-V GaAs (amplificateurs SSPA), en concurrençant même les technologies des tubes à ondes progressives (amplificateurs TWTA). Ce développement rapide des technologies GaN durant la dernière décennie s'est avéré par la mise sur le marché de nombreuses filières, telles que GH50 et GH25, issues d'UMS. Ces filières s'appuient sur des variantes technologiques qui peuvent se traduire par une maîtrise délicate des divers mécanismes de dégradation induits par les contraintes thermiques, électriques ou RF : tests IDQ, HTRB, HTOL, etc. La complexité des processus mis en jeu (effets thermiques, piézoélectriques, ...) rend souvent délicate l'analyse des mécanismes qui induisent les dégradations observées, et il est nécessaire d'établir une étude rigoureuse multi-physique, afin d'identifier les paramètres électriques et technologiques sensibles. Les analyses associées à ces travaux s'appuient sur des mesures non-invasives, croisées dans les domaines temporel et spectral. Cette approche purement métrologique connait des limites dans la mesure où le croisement de données non-destructives et destructives ne peuvent pas être appliquées sur les mêmes composants, ni avant/après application de la contrainte. L'objectif de cette thèse est ainsi de pouvoir faire converger ces technologies industrielles et en phase de transfert vers des procédés plus robustes et plus performants, en améliorant notre connaissance des cinétiques de dégradation nombreuses et encore mal maîtrisées. Les technologies identifiées pour venir en support technologique sont les filières qualifiées ou en phase de l'être coté UMS : GH50 et GH25. Sur chacune des technologies, nous pourrons identifier les mécanismes limitatifs tant à l'instant t0, que lors de l'évolution sous contrainte. Dans une vision de maturation technologique, nous pourrons identifier les zones sensibles qui limitent les zones de sécurité opérationnelle des dispositifs, et qui permettent aux technologues d'améliorer les procédés technologiques. De plus, cette double entrée technologique permettra d'éprouver les méthodes de travail que nous avons mis en œuvre lors de cette thèse. Les techniques de mesure temporelles (non-invasives), telles que les mesures I-V-T DC et pulsées, seront analysées et corrélées avec les mesures de bruit basse fréquence (analyse fréquentielle), sur des composants témoins (vierges). Les mesures électriques permettent d'identifier les phénomènes de gate lag et de drain lag, qui sont des facteurs limitatifs pour les applications de puissance et applications pulsées radar. Le bruit basse fréquence est quant à lui reconnu pour permettre une analyse des défauts dans les différentes zones, actives ou pas, des composants étudiés. L'analyse et la localisation de ces sources de bruit est indispensable pour l'étape suivante. Ces techniques de mesures et modèles associés seront ensuite mis à profit pour étudier des composants stressés (vieillis). D'une part, l'évolution des caractéristiques électriques de linéarité autorisera l'appréhension des conséquences du stress sur le comportement opérationnel des dispositifs. De l'autre part, l'évolution des spectres de bruit donnera l'accès à une vision plus corpusculaire de ce qui entame l'abaissement des performances des transistors. Cette évolution constituera une base de données fiable, qui servira à mieux cerner les changements immédiats et lents des processus de dégradation réversibles et irréversibles des composants sous test : modification de la diode Schottky, présence de pièges accepteurs, charges mobiles et fixes, phénomènes de pièges lents et rapides.
Book Synopsis Contribution à la modélisation des transistors pour l’amplification de puissance aux fréquences microondes by : Olivier Jardel
Download or read book Contribution à la modélisation des transistors pour l’amplification de puissance aux fréquences microondes written by Olivier Jardel and published by . This book was released on 2008 with total page 207 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce document traîte de la modélisation de transistors de puissance microondes TBH InGaP/AsGa et HEMTs AlGaN/GaN pour des applications en bande X. Les HEMTs AlGaN/GaN ont été commercialisés récemment et il y a par conséquent un besoin de modèles précis permettant de décrire leurs caractéristiques électriques, afin de concevoir des amplificateurs. Le modèle proposé inclut une description dynamique des effets des pièges sur les caractéristiques électriques et des phénomènes thermiques, permettant d’augmenter la précision des modèles classiques ainsi que leur domaine de validité.
Book Synopsis Réalisation de transistors à effet de champ à base de GaN pour l'amplification de puissance en gamme d'ondes millimétriques et à haute température by : Yannick Guhel
Download or read book Réalisation de transistors à effet de champ à base de GaN pour l'amplification de puissance en gamme d'ondes millimétriques et à haute température written by Yannick Guhel and published by . This book was released on 2002 with total page 225 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: La filière GaN connaît actuellement un essor remarquable. En effet, les structures de transistors à effet de champ à base de GaN offrent un énorme potentiel pour des applications de puissance et/ou à haute température. Cette étude avait pour objectif de réaliser des transistors à effet de champ de type HEMT AlGaN/GaN épitaxié sur un substrat de saphir. Nous rapportons dans ce mémoire les différentes étapes technologiques que nous avons développés. Ainsi, nous avons étudié divers procédés technologiques permettant de réaliser des contacts ohmiques, d'isoler les composants les uns des autres (isolation par implantation ionique, par gravure sèche et par gravure humide) et de réaliser des contacts Schottky. Nous avons montré que ces transistors peuvent fonctionner en régime statique, à l'air, jusqu'à 550 °C. Nous avons également mis en évidence que la présence de pièges électriques pouvait être responsable d'une réduction du courant de drain et par conséquent limiter les performances en puissance de ces transistors en hyperfréquence. Afin de limiter ce problème, nous avons étudié l'influence de la passivation précédée de divers traitements de surface. Cela nous a permis de réaliser des transistors HEMT délivrant une densité de puissance de 5W/mm à 4GHz, ce qui se révèle être proche de l'état de l'art mondial (6,6 W/mm à 6 GHz).
Book Synopsis Gallium Nitride Power Devices by : Hongyu Yu
Download or read book Gallium Nitride Power Devices written by Hongyu Yu and published by CRC Press. This book was released on 2017-07-06 with total page 301 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: GaN is considered the most promising material candidate in next-generation power device applications, owing to its unique material properties, for example, bandgap, high breakdown field, and high electron mobility. Therefore, GaN power device technologies are listed as the top priority to be developed in many countries, including the United States, the European Union, Japan, and China. This book presents a comprehensive overview of GaN power device technologies, for example, material growth, property analysis, device structure design, fabrication process, reliability, failure analysis, and packaging. It provides useful information to both students and researchers in academic and related industries working on GaN power devices. GaN wafer growth technology is from Enkris Semiconductor, currently one of the leading players in commercial GaN wafers. Chapters 3 and 7, on the GaN transistor fabrication process and GaN vertical power devices, are edited by Dr. Zhihong Liu, who has been working on GaN devices for more than ten years. Chapters 2 and 5, on the characteristics of polarization effects and the original demonstration of AlGaN/GaN heterojunction field-effect transistors, are written by researchers from Southwest Jiaotong University. Chapters 6, 8, and 9, on surface passivation, reliability, and package technologies, are edited by a group of researchers from the Southern University of Science and Technology of China.
Book Synopsis Large Signal Modeling of GaN Device for High Power Amplifier Design by : Anwar Hasan Jarndal
Download or read book Large Signal Modeling of GaN Device for High Power Amplifier Design written by Anwar Hasan Jarndal and published by kassel university press GmbH. This book was released on 2006 with total page 136 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt:
Book Synopsis Caractérisation et modélisation de transistors HEMT AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour l’amplification de puissance en radio-fréquences by : Guillaume Callet
Download or read book Caractérisation et modélisation de transistors HEMT AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour l’amplification de puissance en radio-fréquences written by Guillaume Callet and published by . This book was released on 2011 with total page 190 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ce document traite de la caractérisation de composants HEMT à base de GaN en vue de leur modélisation. Une caractérisation exhaustive des transistors à base d’InalN/GaN et AlGaN/GaN est réalisée. Une importance particulière est donnée aux méthodes de caractérisation thermique, avec l’utilisation de la méthode 3ω pour la mesure de l’impédance thermique. Une étude des facteur d’échelle du modèle linéaire est également abordée. Le modèle non-linéaire présenté est développé afin d’élargir son champ d’application à l’amplification de puissance et à la commutation. Enfin, il est utilisé pour la réalisation du premier amplificateur de puissance utilisant la technologie InAlN en bande Ka.
Book Synopsis Nouveaux composants électroniques à base du matériau AlN pour les futures applications de puissance by : Idriss Abid
Download or read book Nouveaux composants électroniques à base du matériau AlN pour les futures applications de puissance written by Idriss Abid and published by . This book was released on 2021 with total page 0 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les semiconducteurs à large bande interdite tels que le GaN et SiC sont des matériaux de choix pour les applications de forte puissance. En effet, les propriétés du matériau GaN, notamment la haute densité et mobilité des électrons du gaz bidimensionnel des hétérostructures associées permettent de réaliser un excellent compromis entre la résistance à l'état passant (Ron) et la tension de claquage. De plus, les récents progrès en matière de croissance de GaN sur substrat silicium (111) laissent espérer l'intégration future de composants de forte puissance à bas coût avec des technologies matures de type CMOS. Afin de repousser davantage les limites des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) en GaN pour la conversion de puissance, l'un des défis est de repousser la tenue en tension de cette filière. Dans ce cadre, nous avons, tout d'abord, étudié électriquement les couches tampons (buffer) par décomposition de l'empilement. Plusieurs hétérostructures ont été analysées dont la croissance a été stoppée à différents stades. De cette manière, nous avons été en mesure d'évaluer séparément le processus de conduction et de claquage de la couche de nucléation d'AlN, du buffer AlGaN et de l'empilement des couches jusqu'à une couche GaN dopée carbone. Une seconde étude a permis de développer un buffer à base de super-réseaux (pairs AlN/GaN ultrafins). Afin de mettre en évidence les avantages obtenus avec ce type de buffer une comparaison des caractérisations électriques avec un buffer standard a été réalisée.Ensuite, nous avons développé une approche innovante basée sur l'introduction d'une couche épaisse d'AlN au sein de tranches gravées suivie d'un dépôt par électrolyse de cuivre épais en face arrière. Le matériau AlN constitue une barrière de potentiel après le dépôt de l'électrode métallique sur la face-arrière, étape indispensable dans les convertisseurs de puissance de type DC/DC par exemple. Après avoir vérifié le bénéfice de cette solution en terme de tension de claquage, nous avons analysé son impact sur les pièges et les contraintes mécaniques.Enfin, partant du principe que l'électronique à base de matériaux à grands gaps tels que le GaN et le SiC arrivent à maturité, les matériaux à ultra large bande interdite tels que l'AlN (6,2 eV) ou l'AlGaN riche en Al, pourraient permettre de repousser les limites en tension ou en température. En outre, l'utilisation d'un buffer AlN permettrait à la fois d'augmenter le confinement des électrons dans le canal du transistor mais aussi d'améliorer la dissipation thermique. Nous avons donc mené une étude préliminaire sur différentes configurations de transistors à base d'AlN et de canaux en AlGaN.
Book Synopsis Hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour la réalisation de HEMTs de puissance hyperfréquence en bande Ka by : François Lecourt
Download or read book Hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour la réalisation de HEMTs de puissance hyperfréquence en bande Ka written by François Lecourt and published by . This book was released on 2012 with total page 243 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMTs) à base de GaN sont les composants les plus prometteurs pour des applications de puissance en gamme d’ondes micrométriques et millimétriques grâce à leurs très bonnes propriétés physiques comme leur grande largeur de bande interdite (3.4eV), induisant un champ de claquage élevé (>106 V/cm) mais également une vitesse de saturation des électrons élevée (>107 cm/s). Dans ce travail, nous avons étudié les effets de canaux courts pour des transistors réalisés sur des hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN. Des grilles de longueur (Lg=75nm) ont été fabriquées permettant d’atteindre des fréquences de coupure du gain en courant et en puissance respectives de 113GHz et 200GHz. Ces performances sont à l’état de l’art de la filière InAlN/GaN sur substrat saphir. En ce qui concerne les hétérostructures AlGaN/GaN, les pièges liés aux états de surface ont été stabilisés grâce à une étape de passivation optimisée consistant en un prétraitement N20 et un dépôt de bicouche SiN/SiO2. Cette dernière a permis de limiter les chutes de courant du transistor en régime dynamique. A partir d’une topologie adaptée, des résultats de puissance hyperfréquence à 40GHz ont été obtenus. Une densité de puissance au niveau de l’art de 1.5W/mm a été mesurée sur un HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si(111). Pour une hétérostructure InAlN/GaN sur substrat saphir, les résultats de puissance hyperfréquence sont également à l’état de l’art de la filière avec une densité de puissance en sortie du transistor de 2W/mm et un rendement en puissance ajoutée de 13%.
Book Synopsis Etude d'une nouvelle filière de composants HEMTs sur technologie nitrure de gallium by : Sandra de Meyer
Download or read book Etude d'une nouvelle filière de composants HEMTs sur technologie nitrure de gallium written by Sandra de Meyer and published by . This book was released on 2005 with total page 217 pages. Available in PDF, EPUB and Kindle. Book excerpt: Ces travaux se rapportent à l'étude de transistors HEMTs GaN pour l'amplification de puissance hyperfréquence. L'analyse des caractéristiques des matériaux grand gap, et plus précisément du GaN, est réalisée afin de mettre en évidence leur intérêt pour des applications d'amplification de puissance large bande. Des résultats de caractérisation et modélisation électrique de composants sont présentés. Par la suite, la méthode de modélisation hybride de composant est exposée et mise en œuvre sur différentes topologies et montages de HEMTs GaN. La finalité de ces travaux concerne la conception d'amplificateurs distribués de puissance large bande à base de cellules cascode de HEMTs GaN, reportés en flip-chip sur un substrat d'AlN. Il s'agit d'un premier pas vers le MMIC GaN étant donné que des capacités et résistances sont intégrées sur la puce de GaN. L'une des versions permet d'atteindre 10W sur la bande 4-18GHz avec une PAE associée de 20% à 2dB de compression
