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Lazar, Oana. Analyse et modélisation des mécanismes de dégradation de grille des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) de type AlGaN/GaN

Lazar, Oana (2018). Analyse et modélisation des mécanismes de dégradation de grille des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) de type AlGaN/GaN.

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Résumé en francais

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.

Sous la direction du :
Directeur de thèse
Tartarin, Jean-Guy
Ecole doctorale:Génie électrique, électronique, télécommunications (GEET)
laboratoire/Unité de recherche :Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS) - CNRS
Mots-clés libres :GaN - HEMT - Phénomènes de dégradation - Contact Schottky de grille - Action des charges - Caractérisations spectrales et transitoire
Sujets :Electricite, électronique, automatique
Déposé le :11 Oct 2019 15:59