Soutenance de thèse de Florent ALBANY - 17 décembre 2021

Florent ALBANY soutiendra sa thèse, le vendredi 17 décembre à 10h30, dans l'Amphi JP.DOM, du Laboratoire IMS, sur le sujet suivant : "Évaluation de la robustesse d'une technologie HEMT GaN normally-off à implantation d’ions fluorures co-intégrée avec une technologie HEMT GaN normally-on".

Grâce aux propriétés exceptionnelles du nitrure de gallium GaN, telles que sa large bande interdite, son champ électrique critique élevé, sa capacité à fonctionner à des températures élevées et ses performances à haute fréquence, les transistors à haute mobilité électronique HEMTs à base de GaN sont considérés comme les meilleurs candidats pour la prochaine génération de circuits RF de puissance. Répondant aux spécifications rigoureuses de la 5G, les circuits MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) multifonctionnels en GaN ont déjà remplacé avec succès les circuits discrets en silicium Si et en arséniure de gallium GaAs dans les stations de base avec des gains considérables en termes d'intégration et de performances. Cependant, le HEMT GaN standard est de type normally-on, ou naturellement passant en l'absence de polarisation sur sa grille (VGS = 0 V) en raison de la forte polarisation spontanée et piézoélectrique du matériau. L'absence de technologie co-intégrant des HEMTs GaN normally-off et normally-on, est un inconvénient considérable pour de nombreuses applications en terme de sureté de fonctionnement, de fiabilité, d'intégration et de consommation au repos. La fabrication de HEMTs GaN normally-off à l'échelle industrielle reste un challenge en raison de la forte densité de porteurs dans le canal. L'enjeu de ce travail de thèse consiste à évaluer les performances et la robustesse de HEMTs GaN normally-off fabriqués par une méthode d'implantation d'ions fluorures sous la grille. Ces HEMTs sont fabriqués en ajoutant les étapes nécessaires au procédé de fabrication d'une technologie HEMT GaN normally-on commerciale. Ils permettront la réalisation de circuits numériques de commande des étages de puissance, toujours réalisés en HEMTs GaN normally-on, en raison de leurs meilleures performances. Cette étude a été réalisée sur deux lots de composants, correspondant au premier et au second essai du fondeur, de co-intégration monolithique de HEMTs GaN normally-on et normally-off. Des outils et des méthodes de mesure automatisés ont été développés afin d'évaluer les performances et la robustesse des dispositifs. La campagne de caractérisation statique a mis en évidence la faible dispersion des paramètres statiques et les hautes performances des HEMTs du second essai de co-intégration. Les HEMTs GaN normally-off présentent une tension de seuil Vth = +0,35 V, une transconductance gm,max = 590 mS.mm‑1 et un courant de drain IDS,max de plus de 1 A.mm-1. Des tests de vieillissement accéléré par palier ont révélé différents modes de dégradation liés à la présence des ions fluorures dans l'hétérostructure des HEMTs GaN normally-off. Un décalage négatif de la tension Vth de ces derniers est observé à partir d'une tension de drain VDS = 10 V et atteint jusqu'à -0,85 V lorsque le HEMT est polarisé à VGS = 1,5 V et VDS = 18 V. Un mécanisme de migration des ions fluorures activé par le champ électrique a été proposé afin d'expliquer ces différents modes de dégradation. Ces travaux contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes de dégradation responsables de l'abaissement des performances et de la fiabilité des HEMTs GaN normally-off, fabriqués par la méthode d'implantation d'ions fluorures sous la grille.

 

OMMIC 2