Implantation ionique dans le GAN pour la réalisation de zones dopées et localisées, de type P

par Wahid Khalfaoui

Thèse de doctorat en Electronique

Sous la direction de Daniel Alquier et de Frédéric Cayrel.

Le président du jury était Nathalie Malbert.

Le jury était composé de Yvon Cordier, Mohamed-Abdou Djouadi.

Les rapporteurs étaient Dominique Planson, Sylvie Contreras.


  • Résumé

    Les problématiques d’économie d’énergie et de diminution des pertes illustrent les limites du Si dans les composants de puissance actuels. Face à ces besoins, le GaN constitue un bon candidat pour la réalisation de nouveaux composants comme les diodes Schottky de puissance. Ainsi, le GREMAN et STMicroelectronics ont entamé une collaboration visant à réaliser une diode Schottky capable de tenir une tension de – 600 V. Or, de nombreux verrous, tels que la forte sensibilité du GaN à la température et les difficultés d’activation de zones localisées dopé de type p (Mg) subsistent encore. Cependant, nous avons mis en évidence l’efficacité de la cap-layer USG/AlN pour la protection du GaN à haute température. Concernant l’activation des dopants de type p par implantation, nous avons démontré que la réduction du « channeling » du Mg nécessite les conditions d’implantation particulière : un tilt de 10° et une épaisseur d’oxyde (USG) de pré-implantation de 200. Parallèlement, nous avons étudié deux procédés d’activation par recuit RTA, mono- et multicycles, et montré leur utilité pour l’activation du dopant. Néanmoins, ce dernier point reste à approfondir.

  • Titre traduit

    Ionic implantation in GAN to achieve a doped and localized P-type region


  • Résumé

    Energy saving and reduction of losses issues illustrate the current limits of the Si for power devices. To face these needs, GaN is a good candidate for the realization of new components such as Schottky power diodes. GREMAN and STMicroelectronics have worked together to achieve such diodes with 600 V or more breakdown voltages. However, many mandatory milestones, such as GaN temperature sensitivity and the activation problems of localized p-type doped (Mg) zones, must be faced. In this work, we have demonstrated the efficiency of an USG/AlN cap-layer for the protection of GaN facing high-temperature annealing. Concerning the capability to obtain p-type doping by ion implantation, we demonstrate that the reduction of Mg "channeling" effect is achievable using the following conditions: a tilt of 10° and a screening layer (USG) with a thickness of 200 nm. Meanwhile, we have illustrated two activation processes using RTA: single- and multi-cycles annealing. However, activation, after implantation and annealing, has to be investigated in more details.


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