Diodes Schottky en diamant un nouveau pas vers les applications pour l'électronique de puissance

Diamond Schottky diodes improvement to pave the way to high power electronic application

• Auteur / Autrice : Juliette Letellier
• Direction : Etienne Gheeraert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Nanoélectronique et nanotechnologie
• Date : Soutenance le 18/12/2019
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Néel (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Didier Chaussende
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Pierre Lefranc, Robert J. Nemanich, Hitoshi Umezawa
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Yvon Cordier, Farid Medjdoub

Mots clés

Mots clés contrôlés

Semiconducteurs à large bande interdite

Diamant -- Couches minces

Électronique de puissance

Diodes à barrière de Schottky

Mots clés libres

Croissance diamant

Diode Schottky

Composant de puissance

Propriétés de transport

Diamond Growth

Schottky diode

Power device

Transport properties

Résumé

Le diamant est reconnu comme étant le meilleur candidat pour l’électronique de puissance. Actuellement, le composant le plus avancé est la diode Schottky. Ce composant présente déjà des résultats prometteurs, mais certaines améliorations restent nécessaires, telles que l'augmentation des courants à l’état passant combinée à une augmentation de la tension de claquage. Ces contraintes électriques sont toujours étroitement liées aux propriétés du matériau et à la qualité de la croissance du diamant par CVD. Dans cette thèse, des solutions seront proposées et présentées à partir des étapes de croissance du diamant et de la fabrication des diodes et ensuite caractérisées pour voir si elles conviennent. Je vais d'abord aborder la croissance du diamant et présenter de nouvelles méthodes, concernant la couche fortement dopée ainsi que la couche non intentionnellement dopée, afin de simplifier les processus de fabrication et de réduire l'influence de la résistance en série des couches déposées. En ce qui concerne l'état passant, un travail important sur la parallélisation des diodes a été effectué. Mais aussi, le premier substrat hétérohépitaxié permettant la création de composants ayant une plus grande surface a été testé. Des diodes Schottky laterales ont été fabriqués sur diamant / Ir / SrTiO3 / Si, elles seront décrites et caractérisées. L’état bloquant et le contrôle de la tension de claquage ont également été étudiés en augmentant l’épaisseur de la couche de diamant tout en maintenant une bonne qualité de croissance et en évitant l’étape de gravure qui reste problématique pour le diamant. Dans le même temps, une étude transversale d’une diode (i.e dans la profondeur du matériau) sera présentée pour comprendre comment est le champ électrique sous la diode grâce aux techniques de courant induit par faisceau d'électrons et de cathodoluminescence. Cette thèse a permis de développer un procédé de croissance de film épais en simplifiant potentiellement la fabrication des diodes; démontrer la faisabilité de la parallélisation des diodes avec leur intégration dans un pont de diodes; il a également été montré qu'au-delà de la tension de claquage, la fuite inverse reste un point de blocage pour le développement des composants en diamant

Diamond is known as the best candidate for power electronics application. Currently the most advance component is the Schottky diode. This device still is already showing promising results but some improvement are still needed. In this thesis, some of them will be proposed and presented from the diamond growth and fabrication steps and after characterized to see if it is suitable. I will first discuss about diamond growth and present new improvements about it that concern the heavily doped layer as well as the non-intentionally doped one. After both part of the characteristics curve have been under investigation for improvement. The ON-state, to increase the current passing through the device by working on the design and on the component parallelization. The OFF-state, by proposing different solution to increase the reverse blocking capabilities. At the same time a transversal ( i.e in the diamond depth) study will be presented to understand how is the electric field inside the diode. Finally, the first heteroepitaxially grown diode on diamond/Ir/SrTiO3/Si will be described.