Academic literature on the topic 'MOSc-HEMT'

Afin de contribuer de manière significative à la réduction de la consommation énergétique mondiale, le développement de convertisseurs d'énergie électrique reposant sur de nouveaux composants de puissance, tels que le GaN-sur-Si, est essentiel. Ces composants, plus compacts et plus efficaces, offrent des perspectives prometteuses. Les transistors de puissance MOS-HEMT (MOS channel High Electron Mobility Transistor) à base de GaN-sur-Si, développés au CEA-Leti, ciblent le marché des convertisseurs de puissance basse tension (< 900 V). Cette architecture a montré d'excellentes performances à la fois statiques et dynamiques. Cependant, les dégradations temporelles sous contraintes de grille et de drain, ainsi que les mécanismes de dégradation, demeurent encore peu connus. L'objectif de cette thèse est d'explorer les instabilités de la résistance à l'état passant RON et de la tension de seuil VTH de ces transistors, tant pendant qu'après des stress de plusieurs centaines de volts appliqués sur le drain du composant. Cette étude a été réalisée au moyen de techniques de caractérisation électrique innovantes spécialement conçues appelées HVBTI. Une part importante des travaux a été dédiée à l'identification des défauts à l'origine de ces dérives, ainsi qu'à la compréhension des mécanismes physiques sous-jacents impliqués dans ces dégradations. L'influence des couches épitaxiales et de l'architecture sur l'instabilité du VTH a été investiguée en profondeur. Bien que ces recherches aient considérablement enrichi notre compréhension des transistors GaN-sur-Si fabriqués au CEA-Leti, la compréhension des instabilités de RON et VTH reste encore à approfondir
To contribute significantly to the global reduction of energy consumption, it is essential to develop electrical energy converters based on new power components, such as GaN on Si. These more compact and efficient components offer promising prospects. MOS-HEMT (MOS channel High Electron Mobility Transistor) power transistors based on GaN-on-Si, developed at CEA-Leti, target the market for low-voltage power converters (< 900 V). This architecture has demonstrated excellent performance in both static and dynamic aspects. However, temporal degradations under gate and drain stresses, as well as the degradation mechanisms, remain relatively unknown. The objective of this thesis is to explore the instabilities of the on-state resistance RON and threshold voltage VTH of these transistors, both during and after stresses of several hundred volts applied to the component's drain. This study was conducted using specially designed innovative electrical characterization techniques called HVBTI. A significant portion of the work focused on identifying the defects causing these deviations and understanding the underlying physical mechanisms involved in these degradations. The influence of epitaxial layers and architecture on the instability of VTH has been thoroughly investigated. While these studies have significantly enriched our understanding of GaN-on-Si transistors manufactured at CEA-Leti, the comprehension of RON and VTH instabilities still requires further exploration

La thèse porte sur le développement de composants à base d’hétérojonction AlGaN/GaN. Cette hétérojonction permet de bénéficier d’une excellente mobilité (2000 cm²/V.s) grâce à l’apparition d’un gaz d’électron dans le GaN. Cependant, les composants fabriqués sur cette hétérojonction sont normally-on. Pour des raisons de sécurité et d’habitude de conception des composants normally-off sont nécessaires. Il existe de nombreuses façons de fabriquer des transistors normally-off à base d’hétérojonction AlGaN/GaN, dans cette thèse nous avons choisi d’étudier un MOSCHEMT, cette structure est caractérisée par une grille de type MOS et des accès de type HEMT possédant les excellentes propriétés de l’hétérojonction, en fonction des paramètres technologiques : épitaxie, process et structure des composants. L’une des variations technologiques étudiées est une structure cascodée permettant d’améliorer les performances à l’état passant sans détériorer la caractéristique en blocage des composants. L’objectif est de concevoir un composant normally-off sur substrat silicium 200 mm avec une tension de seuil supérieure à 1V, pouvant tenir 600 V en blocage, avec un calibre en courant entre 10 A et 30 A et compatible en salle blanche CMOS. Le manuscrit comporte quatre chapitres. Grâce à une étude bibliographique, le premier chapitre présente les différentes méthodes permettant d’obtenir un transistor normally-off à base de nitrure de gallium. Ce chapitre présente et justifie le choix technologique du CEA-LETI. Le deuxième chapitre présente les modèles ainsi que les méthodes de caractérisations utilisés au cours de la thèse. Le troisième chapitre traite des résultats obtenus en faisant varier les paramètres de fabrication sur les MOSC-HEMT. Enfin, le quatrième chapitre montre une étude sur une technologie innovante de type cascode. Cette structure doit permettre d’augmenter la tension de claquage des transistors sans détériorer l’état passant
This thesis focuses on the development of AlGaN/GaN heterojunction components or HEMT. This heterojunction has an excellent mobility (2000 cm² / V.s) thanks to the appearance of an electron gas in the GaN. However, the components made with this heterojunction are normally-on. For safety reasons particularly, normally-off components are required. There are many ways to make normally-off transistors based on AlGaN/GaN heterojunction. In this thesis we chose to study a MOSCHEMT strucutre. This structure is characterized by a MOS type gate and HEMT type accesses. The study shows the effects of technological parameters (epitaxy, process and component structure) on the electrical behaviour of the components. Another structure studied is the monolithic cascode, which can improve on-state performance of the MOSC-HEMT without damaging the characteristic in reverse of the components. The objective of this thesis is to design a normally-off component on silicon substrate 200 mm with a threshold voltage higher than 1V, able to hold 600 V in reverse, with a current rating between 10 A and 30 A and compatible in CMOS clean room. The manuscript has four chapters. Through a bibliographic review, the first chapter presents the different methods to obtain a normally-off transistor based on gallium nitride. This chapter presents and justifies the technological choice of CEA-LETI. The second chapter presents the models as well as the methods of characterizations used during the thesis. The third chapter deals with the results obtained by varying the manufacturing parameters on the MOSC-HEMTs. Finally, the fourth chapter shows a study on innovative cascode technology. This structure must make it possible to increase the breakdown voltage of the transistors without damaging the on state