Fabrication d'un transistor normally-off à haute mobilité électronique à base de GaN pour les futures générations de dispositifs d'électronique de puissance

par Oleh Fesiienko

Projet de thèse en Nano electronique et nano technologies

Sous la direction de Erwine Pargon, Hassan Maher et de Ali Soltani.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes en cotutelle avec l'Université de Sherbrooke , dans le cadre de Electronique, Electrotechnique, Automatique, Traitement du Signal (EEATS) , en partenariat avec Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (laboratoire) depuis le 01-01-2019 .


  • Résumé

    Les technologies GaN-HEMT sur substrat de silicium sont sérieusement considérées comme prochaine génération de dispositifs d'électronique de puissance entre 200V et 1200V. Le composant de base pour cette nouvelle technologie est le transistor Normally-Off. Ce dernier doit présenter des grandeurs électriques parfaitement maitrisées et fiable dans le temps (tensions -de claquage, -de seuil, fuites de courant de grille, courant à saturation….). Une approche prometteuse pour obtenir un fonctionnement « normally-off » est d'utiliser une architecture de type métal-isolant-semi-conducteur pour le HEMT (MIS-HEMT). Cependant, les performances escomptées pour la fiabilité de ces composants soumis à des contraintes en tension, courant et température élevées nécessitent une qualité matériau à moindre défauts et une parfaite maitrise technologique. Deux étapes clés de ce procédé technologique sont la gravure du cap sur la zone active des transistors et le dépôt du diélectrique de grille et son prétraitement de surface associé. Ces étapes contrôlent directement les instabilités de la tension de seuil des transistors liées aux états d'interface, aux fuites de grille et par conséquent, au bon fonctionnement de ce dernier. Pour que les technologies GaN MIS-HEMT soient largement adoptées dans les dispositifs d'électronique de puissance de demain, il faut être capable de lever les verrous technologiques liés à la fabrication de ces dispositifs.

  • Titre traduit

    Production of a GaN-based high-mobility, normally-off transistor for future generations of power electronics devices.


  • Résumé

    GaN-HEMT silicon substrate technologies are seriously considered as the next generation of power electronics devices between 200V and 1200V. The basic component for this new technology is the Normally-Off transistor. The latter must have electrical magnitudes perfectly mastered and reliable over time (voltage-breakdown, threshold, leakage current grid, saturation current). A promising approach for "normally-off" operation is to use a metal-insulator-semiconductor architecture for HEMT (MIS-HEMT). However, the expected performance for the reliability of these components subjected to high voltage, current and temperature constraints require a material quality with less defects and a perfect technological control. Two key steps of this technological process are the etching of the cap on the active area of the transistors and the deposition of the dielectric gate and its associated surface pretreatment. These steps directly control the instabilities of the threshold voltage of the transistors related to the interface states, gate leaks and therefore to the proper operation of the latter. For GaN MIS-HEMT technologies to be widely adopted in the power electronics devices of the future, it is necessary to be able to remove the technological barriers related to the manufacture of these devices.