Effet des rayonnements ionisants de faible dose et de stress électriques sur les performances électriques dc de HEMTS AlGaN/GaN

par Fanny Berthet

Thèse de doctorat en Electronique, microélectronique et nanoélectronique

Sous la direction de Bertrand Boudart.

Soutenue en 2011

à Caen .


  • Résumé

    Les transistors à effet de champs de la filière GaN étant destinés à des applications concernant les domaines militaire et spatial, il est donc impératif d’étudier l’influence des rayonnements ionisants de faible dose et des stress électriques sur leurs performances électriques dc. Après avoir déterminé les caractéristiques de toutes les sources d’irradiations (spectres d’énergie, fluences, …), nous avons étudié les évolutions des performances électriques après une irradiation de neutrons thermalisés ou de neutrons rapides ou de photons γ. Nous avons pu remarquer une augmentation du courant de drain IDS et une diminution de Raccès pour une majorité des transistors irradiés avec des neutrons thermalisés ou avec des neutrons rapides. Dans le même temps, la tension de pincement, le courant de grille en régime inverse et direct n’ont connu aucune évolution. Ces effets semblent stables pour les doses employées. Les irradiations avec des photons γ ont également permis de limiter l’impact des pièges électriques initialement présents dans les composants et ainsi limitant leurs performances électriques. Afin de tester la fiabilité des composants, des études de vieillissement électrique ont aussi été réalisées. Les dégradations observées après un stress électrique sont réversibles et nous avons mis en évidence la création de pièges accepteurs mais également donneurs lors d’un stress électrique effectué à canal pincé ou à canal ouvert. Nous avons également pu localiser une partie de ces pièges entre la grille et le drain. Enfin, nous avons pu suivre, par spectroscopie Raman in operando, l’auto-échauffement du canal d’électrons lors d’un stress effectué à canal ouvert.

  • Titre traduit

    Effect of low ionizing radiation dose and of electrical stresses on dc electrical performances of AlGaN/GaN HEMTs


  • Résumé

    The AlGaN/GaN HEMTs are very attractive for the development of electronic devices capable of reliable operation under extreme conditions, such as high power/voltage levels, high temperatures, and in radiation harsh environments. So, these components are excellent candidates to be used in space-borne applications such as satellite communication systems in addition to the nuclear industry and military uses. After having characterized radiation sources (energy spectrum, fluence, …), we have studied the thermal neutrons or fast neutrons or gamma rays effects on the electrical performances of AlGaN/GaN transistors. An increase of IDS max and a decrease of Raccess are highlighted for the majority of devices after a low thermal neutrons radiation dose or low fast neutrons fluence. In the same time, no evolution of the pinch-off voltage, reverse and forward gate current was observed. Moreover, these evolutions are irreversible. We have also shown that the influence of electrical traps on the electrical characteristics can be diminished when the devices are irradiated with a low gamma rays dose. In order to test the reliability of AlGaN/GaN HEMTs, the influence of the electrical ageing on their electrical performances was studied. So, the creation of donor and acceptor traps in the drain-gate region during an ON-state and OFF-state stress was observed. The creation of electrical traps is really confirmed by the reversibility of the degradation of devices induced by the two stresses. Finally, we have studied the evolution of the self-heating of AlGaN/GaN transistors in operando during an ON-state stress by using Raman spectroscopy.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (185 p.)
  • Annexes : Notes bibliogr. en fin de chapitre

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  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque Rosalind Franklin (Sciences-STAPS).
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-83
  • Bibliothèque : Université de Caen Normandie. Bibliothèque Rosalind Franklin (Sciences-STAPS).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TCAS-2011-83bis
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