Etude des défauts électriquement actifs dans les composants hyperfréquences de puissance dans les filières SiC et GaN

par Malek Gassoumi

Thèse de doctorat en Physique des solides. Matière condensée, surfaces et interfaces

Sous la direction de Gérard Guillot et de Hassen Maaref.

Soutenue en 2006

à Villeurbanne, INSA en cotutelle avec Faculté des Sciences de Monastir (Tunisie) .


  • Résumé

    La demande croissante de composants permettant d'opérer à de fortes puissances, à hautes fréquences et à hautes températures a conduit au développement de filières électroniques à base de semiconducteurs à large bande interdite tels que le nitrure de galium (GaN) et le carbure de silicium (SiC). Toutefois, la maîtrise encore imparfaite des matériaux en termes des défauts au sens large (impuretés, défauts cristallins) limite les performances des dispositifs à base de SiC et GaN. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes partculièrement intéressé à l'étude de deux dispositifs : les transistors MESFETs 4H-SiC et les HEMTs A1GaN/GaN/Si destinés à des applications hyperfréquences et puissance. L'étude des caractéristiques des sorties statiques de ces deux composants a révélé certains dysfonctionnements. Pour les MESFETs 4H-SiC, un effet d'hystérésis sur la conductance drain-source en fonction du sens du balayage de la tension de grille, un effet de kink et un décalage de la tension de seuil ont été mis en évidence. Une étude de défauts utilisant notamment la DLTS et la CDLTS, nous a permis de montrer que ces effets sont dus à la présence de défauts profonds dans la structure. Pour les HEMTs A1GaN/GaN sur substrat de silicium (Si), un effet d'hystérésis, ainsi qu'un effet d'auto-échauffement ont été observés. Les mesures de CDLTS avec des impulsions sur le drain ont permis de mettre en évidence la présence de défauts étendus (dislocations) décorés par des pièges ponctuels


  • Résumé

    The increasing demanded of components allowing operating in strong power in high frequency and in high temperatures drove to the development of electronics system on semiconductors base to wide band gap such as the gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC). However the performances are limited by the quality of the material (impurities, crystallographic defects). In this thesis, we are interested in the study of two devices: MESFETs 4H-SiC, HEMTs AlGaN/GaN/Si for hyperfrequency and power applications. The study of the output characteristics revals anomalies. For MESFETsH-SiC, hysteresis effect on drain/source conductance spectacular Kink effect and shift of voltage has been observed. The DLTS and CDLTS measurements demonstrate that these effects are principally due to the presence of deep centers in the structures. For HEMT AlGaN/GaN/Si, hysteresis effect, series resistance is observed. The CDLTS measurements with impulses on the drain demonstrate the presence of punctual traps by extended defects.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (186 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. à la fin de chaque chapitre

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3072)
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