Procédés plasmas pour l'optimisation des matériaux intervenant dans le management thermique et la passivation de composants de puissance hyperfréquences à base de GaN et A1GaN

par Cyril Duquenne

Thèse de doctorat en Sciences des matériaux, plasma et couches minces

Soutenue en 2008

à Nantes .


  • Résumé

    Ces travaux concernent la mise au point d’un procédé de synthèse de couches minces à basse température d’un matériau diélectrique à forte conductivité thermique pour la passivation de composants HEMT GaN hyperfréquence de puissance. A l’heure actuelle, les performances des composants HEMT (High Electron Mobility Transistor) GaN, bien que très supérieures aux performances des HEMT GaAs, sont directement limitées par la résistance thermique du dispositif. L’intégration d’un matériau de passivation à forte conductivité thermique devrait permettre de diminuer la résistance thermique des composants et d’accroître leurs performances. Le procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les contraintes de température imposées par les technologies de la microélectronique. Notre étude s’est orientée sur l’optimisation de la croissance de films minces de nitrure (AlN et BN) et leur caractérisation structurale par DRX, FTIR, SAED et HRTEM. Le procédé de dépôt a été caractérisé par sonde de Langmuir et analyses OES. Dans le cas de l’AlN, nous avons mis en évidence l’effet prépondérant de la configuration du champ magnétique sur la qualité structurale des films. Un tel contrôle du procédé a permis d’obtenir une croissance épitaxiale de l’AlN sur AlGaN. Les propriétés thermiques des films ont été déterminées grâce au développement d’une méthode de mesure originale bien adaptée à la caractérisation des couches minces. Celle-ci nous a permis de mettre en évidence la corrélation entre les valeurs de conductivité thermique et les caractéristiques des films. In fine, une conductivité thermique de 170 W. K-1. M-1 a été obtenue pour les films d’AlN

  • Titre traduit

    Optimization of plasmas processes for materials used in the thermal management and passivation of high power high frenquency GaN and A1GaN based devices


  • Résumé

    This work is dedicated to the development and the optimization of a low temperature (<300°C) thin film deposition process. The targeted material is a nitride dielectric (AlN, BN) with a high thermal conductivity dedicated to the passivation of high power high frequency HEMT GaN devices. Nowadays, the GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) performances are directly limited by their thermal resistance. The integration of a dielectric material with a high thermal conductivity is expected to improve the thermal behavior of the device and to increase their performances. The magnetron sputtering has been chosen for its compatibility with microelectronic processes. This study addressed first an in depth study of magnetron sputtering deposition process for thin films (AlN and BN) and second a extended study of the physico chemical properties of the obtained thin films using XRD, FTIR, Raman spectroscopy, SAED and HRTEM. The magnetron sputtering process was study by Langmuir probe measurement and Optical Emission Spectroscopy. In the case of AlN films, we highlighted the first order effect of the magnetic field configuration on the film properties. Such a process control allowed obtaining an epitaxial growth of AlN films on AlGaN substrate at temperature below 250°C. The thermal properties of the thin films were investigated using an original electro-thermal measurement method well adapted to thin films. Such studies allowed underlining the relationship between thermal conductivity and thin film microstructure and to reach a further optimization of the thermal properties of AlN thin films up to 170 W. K-1. M-1

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Informations

  • Détails : 1 vol. (193 f.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : 197 références bibliogr.

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2008 NANT 2061
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