HEMTs à base de nitrure de gallium : évolution vers un nouveau système de matériaux, une nouvelle génération de composants

par Nicolas Sarazin

Thèse de doctorat en Micro-ondes et microtechnologies

Sous la direction de Didier Théron et de Marie-Antoinette Poisson.

Soutenue en 2007

à Lille 1 .


  • Résumé

    Les semiconducteurs à grande largeur de bande interdite et particulièrement les composés III-N tels que le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages sont, par leurs propriétés physiques et chimiques, de bons candidats pour la réalisation de composants de puissance à haute fréquence d'utilisation tels que les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMT). Dans la pratique, cette réalisation se heurte à des limitations technologiques et physiques. Ainsi, la problématique principale demeure la maîtrise des états de surface (pièges) qui dégradent les performances en fréquence des transistors. A l'heure actuelle, la solution privilégiée est l'utilisation d'une passivation de surface qui a pour effet de limiter les chutes de courant. Dans ce travail nous avons étudié les modifications de l'hétérostructure AIGaN/GaN introduite par l'ajout d'un «cap» de GaN, et de même l'utilisation d'une passivation in-situ obtenue par croissance LPMOCVD à plus basse température, l'objectif ayant été de limiter l'influence des pièges sur les chutes de courant de drain en régime dynamique. L'impact de ces modifications a été étudié tant sur la qualité cristalline des matériaux obtenus que sur leurs propriétés électriques. Cette étude nous conduit à conclure que la structure sans «cap» reste la meilleure structure pour obtenir les meilleures performances à condition d'utiliser une bonne passivation. Obtenir de fortes puissances est aussi étroitement lié aux densités de porteurs disponibles et implicitement à la densité de courant des transistors. Les propriétés particulières du matériau ternaire AlInN, en particulier une polarisation spontanée plus importante que celle de AIGaN, nous a conduit à étudier un nouveau système de matériau, basé sur ce ternaire. Les propriétés des composants obtenus se sont avérées particulièrement satisfaisantes. Pour la première fois, une densité de puissance de 6,8 W/mm pour une fréquence de 10 GHz a été atteinte sur ce type de matériau.

  • Titre traduit

    Gallium nitride based HEMTs : evolution toward a new material system, a new component generation


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  • Détails : 1 vol. (146 p.)
  • Annexes : Bibliogr. à la suite de chaque chapitre. Liste des publications et des communications

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  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2007-99
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