Localisation et évolution des sources de bruit en basses fréquences de HEMTs GaN sous contraintes électriques

Localization and evolution of low frequency noise sources of GaN HEMT under electrical stress

• Auteur / Autrice : Charlotte Sury
• Direction : Nathalie Malbert, Nathalie Labat
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 29/03/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Valérie Vigneras
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Curutchet, Christian Dua, Christian Moreau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Christelle Aupetit-Berthelemot, Jean-Guy Tartarin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Détérioration

Transistors à effet de champ à dopage modulé

Nitrure de gallium

Mots clés libres

HEMT

AlGaN/GaN

AlInN/GaN

Hyperfréquences

Caractérisations électriques

Bruit aux basses fréquences

Sources de bruit en 1/f

Fiabilité

Tests de vieillissement accéléré

Contraintes électriques

HEMT

AlGaN/GaN

AlInN/GaN

Microwave

Electrical caraterization

Low frequency noise

1/f noise sources

Reliability

Accelerated life test

Electrical stress

Résumé

Les HEMT à base de nitrure de gallium sont des composants très prometteurs en termes de performances en puissance et de fréquence de travail. L'enjeu est donc de développer des technologies performantes et fiables, afin d'intégrer ces transistors aux systèmes hyperfréquences, notamment dans le domaine des télécommunications, et en milieu durci. Les travaux ont été focalisés sur l'étude de la localisation des sources de bruit en excès aux basses fréquences, et de leur évolution suite aux phases de tests de vieillissement accéléré. Les caractérisations électriques ont été réalisées sur des structures fabriquées sur quatre plaques, dont trois sont basées sur une hétérostructure AlGaN/GaN, et la quatrième sur l'hétérostructure AlInN/AlN/GaN. Les résultats obtenus ont permis de valider une méthode de modélisation des sources de bruit en 1/f, localisées dans les zones d'accès aux contacts ohmiques et dans le canal. Des tests de vieillissement accéléré sous contraintes électriques ont permis de détecter des dégradations des performances statiques et du niveau de bruit en excès. Les effets combinés de piégeage et des effets thermiques expliquent ces dégradations, la température s'en étant révélée un facteur d'accélération.

The HEMT based on GaN materials are very promising, speaking of performance in power and frequency. The challenge is to develop efficient and reliable GaN based technologies, to intagrate these transistors to power microwave circuits, especially in the telecommunications field and on harsh environment. The work was focused on the study of the location of low frequency noise sources, and their evolution after accelerated life tests. The electrical characterizations were performed on structures made on four different wafers, three based on the AlGaN/GaN heterostructure, and the fourth based on the AlInN/AlN/GaN heterostructure. Thanks to the achieved results, a method for modeling 1/f noise sources, located in the channel and in the ohmic contacts access areas, has been validated. Life tests under electrical stress have been performed to detect DC and excess noise degradation. These degradations are explained by combined effects of trapping and thermal phenomena, with the temperature as an acceleration factor of degradation.