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Lien visio : https://univ-grenoble-alpes-fr.zoom.us/j/93418770084?pwd=SGR6V0N6dWVPL254MjlHOUQ0c05zdz09
Meeting ID: 934 1877 0084 / Passcode: 055513
La présentation sera faite en français.
Résumé : La demande croissante en énergie exige la création de nouvelles infrastructures, et le développement de l’électronique de puissance joue un rôle clé dans cette quête. L’utilisation de semi-conducteurs à large bande interdite s’avère être la voie la plus prometteuse pour concevoir des composants plus performants. Bien que les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de GaN sur silicium soient déjà commercialisés, ils montrent une nette dégradation de leurs performances à des températures élevées. Les HEMT à canal AlGaN sur silicium offrent la possibilité de repousser ces limites tout en proposant des coûts de fabrication moindres par rapport aux composants SiC.
Dans un premier temps, une hétérostructure AlGaN/GaN/AlN avec un canal très mince a été étudiée. L’analyse des propriétés de transport dans cette hétérostructure par effet Hall a révélé une mobilité électronique relativement faible, associée à une anisotropie en fonction de l’orientation cristalline. Cette constatation a été appuyée par une analyse structurelle de l’empilement de couches, ainsi que par la détection de défauts électriquement actifs, renforçant ainsi les conclusions obtenues par effet Hall. De plus, les modèles de diffusion des porteurs de charge ont montré que la rugosité d’interface constituait le principal mécanisme limitant la mobilité électronique.
Par la suite, une analyse des propriétés de transport électronique dans les hétérostructures à canal AlGaN a été effectuée. Sur la base de modèles physiques, les compositions optimales en Al pour les couches d’AlGaN ont été déterminées. L’impact de la fraction d’Al dans le canal AlGaN sur la mobilité électronique a été étudié expérimentalement par effet Hall. Ces résultats expérimentaux ont été comparés aux modèles physiques pour identifier les facteurs limitants de la mobilité. Le désordre d’alliage est le principal mécanisme limitant dans ces structures, mais son impact est moins prononcé que ce qui est attendu. Les observations indiquent également une dégradation des propriétés de transport moins sévère par rapport aux hétérostructures à canal GaN. Toutefois, la passivation des structure sur substrat Si avec une couche de SiN semble limiter la stabilité des propriétés de transport à haute température.
Une étude des défauts électriquement actifs par spectroscopie de transitoire de niveaux profonds (DLTS) dans une couche d’AlN épitaxiée sur un substrat Si (111) a été réalisée pour évaluer la qualité de cette couche qui influence la qualité globale de l’hétérostructure. Deux groupes distincts de pièges ont été détectés et laissent supposer qu’ils correspondent à des zones différentes dans la structure AlN/Si. Une analyse des défauts a également été conduite sur une hétérostructure à canal AlGaN réalisée sur un substrat silicium. Deux niveaux d’énergie attribués à un seul piège ont été détectés et sont responsables de la diminution de la densité d’électrons dans le 2DEG à basse température.
Enfin, la dégradation des performances des transistors en fonction de la température a été évaluée selon la fraction d’Al du canal AlGaN ainsi qu’en fonction du substrat (Si et AlN) et de la structure de grille. Si l’augmentation de la fraction d’Al dans le canal induit une réduction du courant à l’état passant, cela permet aussi de réduire le courant à l’état bloqué et d’obtenir une meilleure stabilité en température des performances. Les mécanismes responsables des courants de fuite de grille ont été identifiés en comparant les modèles aux résultats expérimentaux. Il apparait que l’augmentation de la fraction d’Al permet en effet de réduire l’intensité de ces mécanismes.
En conclusion, les HEMT à canal AlGaN sur substrat Si (111) présentent une stabilité thermique des performances à l’état passant supérieure ainsi qu’une amélioration significative de l’état bloqué. Ces composants possèdent donc un excellent potentiel pour les applications à haute tension et haute température.
