Caractérisation et compréhension des mécanismes physiques associés au piégeage et à la tenue en tension de dispositifs puissance sur GaN

par Romeo Kom Kammeugne

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Gérard Ghibaudo, Charles Leroux et de Edwige Bano.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec CEA/LETI (laboratoire) depuis le 18-10-2018 .


  • Résumé

    Le LETI est engagé dans le développement de différentes architectures de dispositifs de puissance sur GaN. Il bénéficie de moyens privilégiés pour mettre en place ces technologies: bâti spécifique d'épitaxie MOCVD, ensemble d'une chaine de fabrication 200 mm adapté, parc étendu d'outils de caractérisations physiques et électriques. Toutefois, les défis associés au développement de ces technologies sont nombreux et complexes. Les substrats GaN ont inévitablement des défauts structuraux; et les multiples interfaces sont sources de pièges d'interface à même d'influer sur le comportement des dispositifs. La tenue en tension des dispositifs dépend à la fois de l'architecture du dispositif et de la structure de l'épitaxie GaN et de ses défauts. Les mécanismes de piégeage donnent également lieu à des variations de charge libre dans le gaz 2D en cours de fonctionnement qui se manifestent entre autre par divers phénomènes d'instabilité. L'objectif de la thèse sera de caractériser les défauts du matériau par le biais de caractérisation électrique et de relier ces caractérisations électriques à des caractérisations physiques, ainsi qu'aux performances des dispositifs en termes de tenue en tension et de current collapse.

  • Titre traduit

    Electrical characterization and analysis of physical mechanisms involved in trapping and breakdown voltage of GaN devices


  • Résumé

    CEA LETI is involved in the development of several Power devices on GaN substrate. Several facilities are available for studies: MOCVD tool, full process flow for 200 nm wafers, tools for electrical and physical characterization. The challenges for a full process flow optimization are numerous. GaN wafers may have different structural defects, and trapping mechanisms may occur at the different semiconductor interfaces and impact the power device behavior. Breakdown voltage of Power devices depends both on device architecture and GaN substrate and its defects. Trapping mechanism can also impact the concentration of the free two dimension electron gas involved in this high electron mobility transistor (HEMT)leading to current instabilities under bias. The aim of this thesis is to characterize material defects with the help of electrical characterization and to correlate such electrical characterizations with physical ones in order to propose optimization of both breakdown voltage and current collapse.