Caractérisation et modélisation des pièges par des mesures de dispersion basse-fréquence dans les technologies HEMT InAIN/GaN pour l'amplification de puissance en gamme millimétrique

par Clément Potier

Thèse de doctorat en Electronique des hautes fréquences, photonique et systèmes

Sous la direction de Michel Campovecchio et de Audrey Philippon-Martin.

Soutenue le 01-02-2016

à Limoges , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges) , en partenariat avec XLIM (laboratoire) .

Le président du jury était Raymond Quéré.

Le jury était composé de Michel Campovecchio, Audrey Philippon-Martin, Didier Floriot, Olivier Jardel, Stéphane Piotrowicz.

Les rapporteurs étaient Juan-Mari Collantes, Christophe Gaquière.


  • Résumé

    Les transistors à haute mobilité d’électrons (HEMTs) en Nitrure de Gallium (GaN) s’affirment aujourd’hui comme une technologie essentielle à l’amplification de puissance à haute fréquence. Les HEMTs GaN étudiées et développées reposent essentiellement sur une hétérostructure AlGaN/GaN mais une alternative à base d’une barrière composée en InAlN, réduisant les contraintes sur les mailles cristallographiques de l’ensemble, est étudiée par certains laboratoires. Ce manuscrit de thèse rapporte une étude des potentialités de la filière HEMT InAlN/GaN développée au III-V Lab, en s’intéressant tout particulièrement aux effets de pièges induits par des défauts présents au sein de la structure. Une méthode de détection de ces défauts est proposée, basée sur la mesure de paramètres [S] en basse fréquence. Un modèle de HEMT InAlN/GaN électrothermique comprenant la contribution des effets de pièges est rapporté et sert de base à la conception d’un amplificateur de puissance en technologie MMIC, fonctionnant en bande Ka, présenté au dernier chapitre.

  • Titre traduit

    Traps’ characterization and modeling by the study of the output conductance dispersion at low frequencies, in InAlN/GaN HEMT technologies for the amplification in millimetric range


  • Résumé

    Nowadays, High Electron Mobility Transistors (HEMTs) in Gallium Nitride (GaN) take the lead in power amplification at microwave frequencies. Most of the studies and developments on those HEMTs concern AlGaN/GaN structures but alternative transistors with an InAlN barrier, which reduces the strain in the crystal lattice of the whole structure, are investigated by few laboratories. This thesis presents some advanced studies on the new InAlN/GaN HEMT developed by the III-V Lab, focusing on the trapping phenomena induced by defects inside the crystal structure. A new method for the characterization of these defects, based on low-frequency S-Parameters measurements, is proposed. Furthermore, a non-linear electro thermal model including trapping effects for an InAlN/GaN HEMT is detailed and used to design a MMIC power amplifier for Ka-band applications.


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