Étude de HEMTs AlGaN/GaN à grand développement pour la puissance hyperfréquence : conception et fabrication, caractérisation et fiabilité

par Yannick Douvry

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Jean-Claude de Jaeger et de Virginie Hoel.


  • Résumé

    Cette thèse expose les travaux effectués au sein du laboratoire central de l’IEMN. La finalité de ce travail est de participer a l’optimisation des transistors HEMTs de la filière AlGaN/GaN sur substrat Si(111), au niveau de leur fabrication et de leurs propriétés électroniques, qui seront a terme intégrés dans des dispositifs de puissance hyperfréquence. Ce manuscrit expose dans un premier chapitre les principales propriétés physiques, électriques et mécaniques des matériaux choisis, ainsi que le principe de fonctionnement du HEMT. Ensuite, toutes les étapes technologiques permettant la conception et la fabrication du HEMT seront décrites dans le deuxième chapitre, parmi lesquelles ont été menées plusieurs études sur leur optimisation. Une attention particulière sera portée sur les verrous technologiques rencontrés durant cette thèse. Le troisième chapitre présente l’ensemble des études effectuées sur les composants fabriqués au laboratoire. Elles s’appuient sur l’analyse des caractéristiques électriques en régime statique, pulsé, et hyperfréquence. Le dernier chapitre concerne l’étude de la fiabilité de HEMT AlGaN/GaN sur substrat SiC de même topologie. Les défauts induits par l’utilisation prolongée de ces transistors seront mis en exergue.

  • Titre traduit

    Large periphery AlGaN/GaN HEMTs study for high-power microwave applications : design and fabrication, measurement and reliability


  • Résumé

    This thesis describes the work performed within iemn laboratory. The design, fabrication and improvement of AlGaN/GaN HEMTs on Si(111) substrate is the main goal of this work, as these transistors are aimed to be integrated in devices for microwave power applications. In the first chapter, this manuscript shows the worthwhile physical, electrical and mechanical properties of the used materials. HEMT working principle is also exposed in this part. Next, every step of the HEMT manufacturing process are described in the second chapter, including several optimization studies. Particular attention will be paid to bottlenecks encountered during the device making. The third chapter presents the whole studies done on these electronic components. Each study relies on electrical characterization in DC, pulsed and microwave modes. The final chapter regards reliability studies of AlGaN/GaN HEMT on SiC substrate having the same topology. Defects induced during more than 3000h ageing in high operating temperature will be highlighted.


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