Etude des effets parasites sur les caractéristiques de sortie des diodes Schottky et transistors MESFETs à base de SiC et contribution des défauts profonds

= Study of parasitic effects on the output characteristics of sic Schottky diodes and MESFETs deep level contribution

• Auteur / Autrice : Nabil Sghaier
• Direction : Gérard Guillot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de la matière
• Date : Soutenance en 2001
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne ; 1992?-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matière condensée

Résumé

Le carbure de silicium est un matériau semiconducteur qui a la particularité d'avoir des propriétés électriques et thermiques très intéressantes pour des applications microélectroniques fonctionnant en milieu hostiles. Les domaines de la haute puissance, hautes fréquences et des hautes températures sont essentiellement les grands axes d'applications pour ce matériau (substrats et couches épitaxiées). Toutefois, la maîtrise encore imparfaite du matériau en termes de défauts au sens large (impuretés, défauts cristallins) limite les performances des dispositifs à base de SiC. Dans ce travail de thèse nous nous sommes particulièrement intéressé à 1 'étude de deux dispositifs à base de SiC : les diodes Schottky, dont l'application principale est le redressement de hautes tensions et les transistors MESFETs, destinés à des applications hyperfréquence et puissance (100 W en sortie à l GHz). L'étude des caractéristiques de sortie statiques de ces deux dispositifs a révélé certains dysfonctionnements. Pour les diodes Schottky un effet d'inhomogénéité de la hauteur de barrière a été mis en évidence. Une étude de défauts utilisant notamment la DLTS et les mesures de bruit télégraphique, nous a permis de montrer que cet effet est du à la présence de défauts étendus (dislocations ou micropipes) décorés par des pièges ponctuels. Pour les transistors MESFETs, un effet d'hystérésis sur la conductance drain-source en fonction du sens de balayage de la tension de grille, ainsi qu'un effet kink spectaculaire ont été observés. Les mesures de bruit télégraphique, de dispersion en fréquence de la conductance de sortie et de DL TS ont permis de démontrer que ces effets sont principalement dus à la présence de centres profonds dans le substrat semi-isolant. Cette assertion est confirmée par le fait de n'observer aucun effet parasite pour des transistors réalisés sur des substrats de haute pureté produits par CVD à haute température.

Silicon carbide is a semiconductor material with very interesting electrical and thermal properties for microelectronic applications under hostile conditions. High power, high frequency corresponds to the essential applications for this material. However the performances are limited by the quality of the material (impurities, crystallographic defects). In this thesis, we are interested in the study of two SiC devices: Schottky diodes for high voltage applications and MESFETs transistors for hyperfrequency and power applications (output power lOOW at lGHz). The study of the output characteristics reveals anomalies. For Schottky diodes a lack of barrier height homogeneity was evidenced. A study of defects using DLTS and telegraphic burst noise techniques prove that this effect is due to the gettering effect of punctual traps by extended defects (dislocations, micropipes). For MESFETs transistors, hysteresis effect on drain/source conductance and spectacular kink effect has been observed. Telegraphic burst noise, frequency dispersion of the output conductance and DL TS measurements demonstrate that these effects are principally due to the presence of deep centers in the semi-insulating substrates. This conclusion is reinforced by the good results obtained on transistors realized on high purity substrates elaborated with high temperature CVD.