Tesis: "Composants GaN"

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Ajay, Akhil. "Nanofils de GaN/AlGaN pour les composants quantiques". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018GREAY030/document.

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Resumen

Ce travail se concentre sur l'ingénierie Intersubband (ISB) des nanofils où nous avons conçu des hétérostructures de GaN / (Al, Ga) N intégrées dans un nanofil GaN pour le rendre optiquement actif dans la région spectrale infrarouge (IR), en utilisant un faisceau moléculaire assisté par plasma épitaxie comme méthode de synthèse. Les transitions ISB se réfèrent aux transitions d'énergie entre les niveaux confinés quantiques dans la bande de conduction de la nanostructure.Un contrôle précis des niveaux élevés de dopage est crucial pour les dispositifs ISB. Par conséquent, nous explorons Ge comme un dopant alternatif pour GaN et AlGaN, pour remplacer le Si couramment utilisé. Nous avons cultivé des couches minces de GaN dopé Ge avec des concentrations de porteurs atteignant 6,7 × 1020 cm-3 à 300 K, bien au-delà de la densité de Mott, et nous avons obtenu des couches minces conductrices AlxGa1-xN dopées Ge avec une fraction molaire Al jusqu'à x = 0,64. Dans le cas de GaN, la présence de Ge n'affecte pas la cinétique de croissance ou les propriétés structurales des échantillons. Cependant, dans des échantillons AlxGa1-xN dopés par Ge avec x> 0,4, la formation de grappes riches en Ge a été observée, avec une baisse de la concentration du porteur.Ensuite, nous avons réalisé une étude comparative du dopage Si vs Ge dans des hétérostructures GaN / AlN pour des dispositifs ISB dans la gamme IR à courte longueur d'onde. Nous considérons les architectures planaire et nanofils avec des niveaux de dopage et des dimensions de puits identiques. Sur la base de cette étude, nous pouvons conclure que les deux Si et Ge sont des dopants appropriés pour la fabrication d'hétérostructures GaN / AlN pour l'étude des phénomènes optoélectroniques ISB, à la fois dans les hétérostructures planaires et nanofils. Dans cette étude, nous rapportons la première observation de l'absorption d'ISB dans des puits quantiques GaN / AlN dopés au Ge et dans des hétérostructures de nanofils GaN / AlN dopés au Si. Dans le cas des nanofils, nous avons obtenu une largeur de ligne d'absorption ISB record de l'ordre de 200 meV. Cependant, cette valeur est encore plus grande que celle observée dans les structures planaires, en raison des inhomogénéités associées au processus de croissance auto-assemblé.En essayant de réduire les inhomogénéités tout en gardant les avantages de la géométrie des nanofils, nous présentons également une analyse systématique de l'absorption de l'ISB dans les micro et nanopillars résultant d'un traitement top-down des hétérostructures planaires GaN / AlN. Nous montrons que lorsque l'espacement du réseau de piliers est comparable aux longueurs d'onde sondées, les résonances des cristaux photoniques dominent les spectres d'absorption. Cependant, lorsque ces résonances sont à des longueurs d'onde beaucoup plus courtes que l'absorption ISB, l'absorption est clairement observée, sans aucune dégradation de son amplitude ou de sa largeur de raie.Nous explorons également la possibilité d'étendre cette technologie de nanofils à des longueurs d'onde plus longues, pour les absorber dans la région IR à mi-longueur d'onde. En utilisant des hétérostructures de nanofils GaN / AlN, nous avons fait varier la largeur du puits GaN de 1,5 à 5,7 nm, ce qui a conduit à un décalage rouge de l'absorption ISB de 1,4 à 3,4 μm. Remplaçant les barrières AlN par Al0.4Ga0.6N, le composé ternaire représente une réduction de la polarisation, ce qui conduit à un nouveau décalage rouge des transitions ISB à 4,5-6,4 um.L'observation de l'absorption de l'ISB dans des ensembles de nanofils nous a motivés pour le développement d'un photodétecteur infrarouge à puits quantiques à base de nanofils. La première démonstration d'un tel dispositif, incorporant une hétérostructure de nanofils GaN / AlN qui absorbe à 1,55 μm, est présentée dans ce manuscrit
Due to its novel properties nanowires have emerged as promising building blocks for various advanced device applications. This work focuses on Intersubband (ISB) engineering of nanowires where we custom design GaN/(Al,Ga)N heterostructures to be inserted in a GaN nanowire to render it optically active in the infrared (IR) spectral region. ISB transitions refer to energy transitions between quantum confined levels in the conduction band of the nanostructure. All the structures analised in this thesis were synthesized by plasma-assisted molecular beam epitaxy.Precise control of high doping levels is crucial for ISB devices. Therefore, we explored Ge as an alternative dopant for GaN and AlGaN, to replace commonly-used Si. We grew Ge-doped GaN thin films with carrier concentrations of up to 6.7 × 1020 cm−3 at 300 K, well beyond the Mott density, and we obtained conductive Ge-doped AlxGa1-xN thin films with an Al mole fraction up to x = 0.66. In the case of GaN, the presence of Ge does not affect the growth kinetics or structural properties of the samples. However, in Ge doped AlxGa1-xN samples with x > 0.4 the formation of Ge rich clusters was observed, together with a drop in the carrier concentration.Then, we performed a comparative study of Si vs. Ge doping in GaN/AlN heterostructures for ISB devices in the short-wavelength IR range. We considered both planar and nanowire architectures with identical doping levels and well dimensions. Based on this study, we concluded that both Si and Ge are suitable dopants for the fabrication of GaN/AlN heterostructures for the study of ISB optoelectronic phenomena, both in planar and nanowire heterostructures. Within this study, we reported the first observation of ISB absorption in Ge-doped GaN/AlN quantum wells and in Si-doped GaN/AlN nanowire heterostructures. In the case of nanowires, we obtained a record ISB absorption linewidth in the order of 200 meV. However, this value is still larger than that observed in planar structures, due to the inhomogeneities associated to the self-assembled growth process.Trying to reduce the inhomogeneities while keeping the advantages of the nanowire geometry, we also presented a systematic analysis of ISB absorption in micro- and nanopillars resulting from top-down processing GaN/AlN planar heterostructures. We showed that, when the spacing of the pillar array is comparable to the probed wavelengths, photonic crystal resonances dominate the absorption spectra. However, when these resonances are at much shorter wavelengths than the ISB absorption, the absorption is clearly observed, without any degradation of its magnitude or linewidth.We also explore the possibility to extend this nanowire technology towards longer wavelengths, to absorb in the mid-wavelength IR region. Using GaN/AlN nanowire heterostructures, we varied the GaN well width from 1.5 to 5.7 nm, which led to a red shift of the ISB absorption from 1.4 to 3.4 µm. Replacing the AlN barriers by Al0.4Ga0.6N, the reduction of polarization led to a further red shift of the ISB transitions to 4.5-6.4 µm.The observation of ISB absorption in nanowire ensembles motivated us for the development of a nanowire-based quantum well infrared photodetector (NW-QWIP). The first demonstration of such a device, incorporating a GaN/AlN nanowire heterostructure that absorbs at 1.55 µm, is presented in this manuscript

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Richard, Mikaël. "Développement des composants passifs pour les circuits MMICs en GaN". Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066677.

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Resumen

Le développement des matériaux à grand gap comme le nitrure de gallium (GaN) ces dernières années a permis d’augmenter de manière spectaculaire les densités de puissance disponible. Ce mémoire traite du développement de composants passifs pour les circuits MMIC en GaN. Ces composants ont été simulés, fabriqués, modélisés et implémentés dans un kit de conception pour la réalisation de nombreux circuits MMIC dans le cadre du projet européen Korrigan. Un second aspect de ce travail est l’utilisation de matériaux diélectriques à forte permittivité qui permettent d’augmenter les densités surfacique des capacités Métal-Isolant-Métal. L’oxyde de tantale (Ta2O5) a été utilisé comme remplaçant potentiel du nitrure de silicium (Si3N4). Une étude a donc porté sur l’élaboration de couche satisfaisante d’un point de vue physicochimique et électrique. Enfin, une étude de fiabilité des capacités MIM en Ta2O5 a permis de déterminer un modèle de durée de vie précis de ces capacités.

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Chihani, Omar. "Etude de la fiabilité de composants GaN en conversion d'énergie". Thesis, Bordeaux, 2018. http://www.theses.fr/2018BORD0148/document.

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Resumen

L’industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l’électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques.Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d’émerger afin de succéder au silicium.Cette étude a pour objectif d’évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L’étude consiste en l’application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L’objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d’isoler l’effet de chaque facteur de stress sur l’état des composants, et dans un second temps, d’identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement.Ce travail a permis d’identifier l’existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d’utilisation pour ce type de composants
The aeronautical and terrestrial transport industries know a steady increase in the electrification of their functions. In fact, the mechanical or hydraulic actuators are gradually replaced by electric ones.The components dominating the market today seem unable to follow the trend anymore. In fact, silicon-based power components still prevail in the current market, thanks to their low cost. However, this material begins to reach its theoretical limits in terms of performance. In this context, different wide bandgap semiconductor structures are emerging to take on from silicon.The aim of this study is to assess the reliability of power transistors based on Gallium Nitride. These components are very promising for medium power applications. However, the failure mechanisms of these components are not yet sufficiently studied. The study consists in the application of aging tests combining thermal and electrical stresses. These agings are carried out under different conditions of tension and temperature. The objective of this method is, firstly, to isolate the effect of each stressor on the state of the components, and secondly, to identify the failure mechanisms activated according to the aging conditions.This work made it possible to identify the existence of different failure mechanisms that can be activated according to the aging conditions. Indeed, it has emerged that the aging temperature range used influences the predominance of activated failure mechanisms. The results challenge the adequacy of current qualification standards for Gallium Nitride components. These standards should revise upwards the aging temperatures used to cover ranges closer to the operating temperatures of this kind of components

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Vandenbrouck, Simon. "Composants plasmoniques à base d’hétérojonction AlGaN/GaN pour les applications terahertz". Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10165/document.

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Resumen

Les travaux traitent la détection et la génération d’ondes TeraHertz dans les hétérojonctions AlGaN/GaN à l’aide des ondes de plasma. Après avoir décrit la nature d’un plasma et calculé les paramètres de base, soit la fréquence plasma, la théorie de Dyakonov-Shur est présentée en détails. Dans un souci de mieux comprendre les mécanismes d’interaction des ondes plasma et de l’onde électromagnétique, nous étudions des structures simplifiées. Celles-ci sont constituées d’un guide à onde de plasma. Nous présentons des mesures en transmission des guides en régime THz réalisées à l’aide d’un banc de mesure employant un laser à impulsion ultra courte femtoseconde. Cette étude a montré qu’à température ambiante, la nature amortie des ondes de plasma rend leur mise en évidence délicate. Le modèle montre qu’à 77K ces ondes de plasma sont beaucoup moins amorties et devraient pouvoir être mise en évidence. Enfin des transistors à effet de champ à base de nanofils de GaN ont été fabriqués. Cette étude est le fruit d’une collaboration entre le laboratoire IEMN et celui de Charles Lieber à Harvard, qui a joué un rôle pionnier en matière de nanofils de GaN réalisés par MOCVD. Une description détaillée des méthodes de fabrication des transistors à base de fils de GaN est réalisée. Ces travaux ont démontrés pour la première fois les potentialités de ce type de nanofils pour le futur. Une large part de ces travaux a consisté en la description de la méthodologie adoptée pour mesurer en régime hyperfréquence les propriétés des transistors fabriqués. La conclusion de cette étude est que les propriétés extrinsèques dominent le fonctionnement des transistors, au détriment de leurs propriétés intrinsèques. Des méthodes d’analyse permettant d’extraire les paramètres intrinsèques ont ainsi été développées, ce qui a permis de démontrer que ces transistors possèdent une fréquence de coupure en puissance de 12 GHz
This work studies the TeraHertz detection and generation thanks to plasma wave oscillation in AlGaN/GaN quantum well. After describing the nature of a plasma, we calculate the plasma resonant frequency and introduce the Dyakonov-Shur theory. For a more comprehensive purpose we introduce a simplified structure compared to microwave transistors, as a plasmonic wave guide. The aim of this structure is to study the interaction between the plasma wave and the electromagnetic one. We show in this report transmission measurement of this structure in THz regime thanks to a measurement set up based on a femtoseconde laser. This study shows that at room temperature, the plasma wave is over dumped which make them critical for measurement. The model developed in this work shows that plasma wave oscillation could be more easily characterized at 77K. Finally field effect transistors based on GaN nanowires have been processed. This study result of the collaboration between IEMN laboratory and Charles Lieber research group based at Harvard University. This work has demonstrated for the first time the potentiality of such a kind of nanowire for future applications. We show in this report how the transfer between growth substrate and the dedicated one for device processing has been handled. The aim of this work was to process transistors based on nanowires for microwave applications. The conclusion of this work shows that extrinsic parameters of those transistors are huge compared to nanowires intrinsic ones. Therefore an innovative deembedding method has been developed for intrinsic parameters extraction. We show 12 GHz maximum available gain cut-off frequency which makes this result as the state of the art

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Cibie, Anthony. "Substrats innovants pour des composants de puissance à base de GaN". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI014/document.

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A l’heure actuelle, le marché de l’électronique de puissance est dominé par les composants silicium. Néanmoins, de nouveaux matériaux comme le nitrure de gallium ont émergé dans ce domaine grâce à leurs propriétés intéressantes. Ces nouveaux composants sont principalement réalisés sur des substrats silicium ce qui induit certaines problématiques lors de leur fabrication ou au niveau de leurs performances. Nous nous sommes intéressés dans cette thèse à des approches d’un point de vue du substrat dans l’objectif de résoudre ces problématiques. Ce travail a permis notamment de mettre en place une succession de procédés technologiques afin de remplacer le substrat silicium de fabrication par d’autres matériaux pour améliorer les performances de ces composants. Cette approche a notamment permis de transférer des composants fonctionnels sur un substrat cuivre. L’impact électrique et thermique du remplacement du substrat initial par un nouveau matériau a été étudié. Ce travail ouvre ainsi la voie du report de composants en nitrure de gallium réalisés sur des substrats silicium de diamètre 200 mm ou plus
New materials such as gallium nitride (GaN) emerge as promising candidates for power electronics. The current trend is to fabricate the AlGaN/GaN power devices directly on (111) silicon substrates. It makes the expitaxy of the GaN challenging and affects the device performances. In this work, we focus on substrate approaches to solve these problems. A transfer process was developed to replace the silicon substrate by another material to enhance electrical performances of the devices. Especially, GaN devices were transferred on copper substrates without electrical degradation. Electrical and thermal characterizations were performed to study the impact of the transfer. This work offers a first approach on the transfer of GaN devices from 8 or even 12 inches silicon substrates

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Lachèze, Ludovic. "Etude et simulation physique des effets parasites dans les HEMTs AlGaN/GaN". Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13975/document.

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Le développement des systèmes de télécommunication et de transfert d’informations motive la mise au point de systèmes de transmission qui permettent des débits plus élevés sur des distances plus grandes. De ce fait, les transistors utilisés dans ces systèmes doivent fonctionner à des fréquences et des puissances plus élevées. Différents transistors sont apparus pour répondre au mieux aux contraintes des applications visées par ces systèmes. Les transistors à haute mobilité électronique, HEMT, en nitrure de gallium (GaN) répondent actuellement aux applications allant de 1GHz à 30GHz. Pour ces applications, les HEMT GaN concurrencent avantageusement les technologies bipolaires et BiCMOS basées sur SiGe, les LDMOS Si et SiC, ainsi que les PHEMT GaAs. Même si la filière technologique GaN est encore récente, les HEMT GaN semblent prometteurs. A l’image des autres technologies III-V (InP, GaAs), les procédés de fabrication utilisés pour les HEMT AlGaN/GaN sont complexes et entraînent la formation de nombreux défauts cristallins. Des effets parasites de fonctionnement sont induits par des mécanismes physiques qui pénalisent le transport des porteurs dans la structure. De ce fait, à l’heure actuelle, ces effets parasites ont une influence négative sur les performances de ce transistor. Ils sont principalement liés aux pièges à électrons induits par des impuretés présentes dans le matériau ou des défauts cristallins. Malgré cela, les performances sont très prometteuses et rivalisent déjà avec d’autres technologies hyperfréquences (InP, GaAs, SiC et Si) puisque les HEMTs AlGaN/GaN débitent des puissances de 4W/mm à 30GHz [ITRS08]. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'étude des phénomènes parasites dans les HEMTs AlGaN/GaN. Les composants étudiés dans ce travail proviennent du programme blanc ANR CARDYNAL et ont été fabriqués par III-V Lab Alcatel-Thales. Une méthodologie a été développer afin de permettre la simulation TCAD d’un HEMT GaN dans l’objectif de valider ou d’invalider les origines des mécanismes de dégradation ainsi que des effets parasites. Le courant de grille a été spécialement étudié et un modèle analytique permettant de le décrire en fonction de la température a été développé. Les mécanismes de transport à travers la grille ont aussi été étudiés par simulation TCAD afin de les localiser géographiquement dans la structure du transistor
III-V nitrides have attracted intense interest recently for applications in high-temperature, high-power electronic devices operating at microwave frequencies. Great progress has been made in recent years to improve the characteristics of nitride High Electron Mobility Transistors (HEMTs). However, it's necessary to study the mecanisms involved in the electron transport as the mechanic strain on the AlGaN layer, the fixed charge distribution and leakage currents. In this goal, from DC I-V measurements, pulsed I-V measurements and DCTS measurements, TCAD simulation are used to validate the assumption on the origin of the parasitic mechanisms on the electron transport. I-V measurement in temperature (from 100K to 200K) are used to identify the nature of mechanisms (Poole-Frenkel, band-to-band tunneling, thermionic,..). With this method, an accurate study of the gate current was done. To choose the different physical phenomena and which model to implement in the TCAD simulations, an analytical model was developed with a compraison with measurements. These mechanisms are validated by TCAD simulation. The comparaison between I-V measurements and simulation permit to localize (in the transistor) these parasitic mechanisms. In conclusion of this work, a high density of traps in a thin layer under the gate increase the probability of tunnelling current through the gate. When the gate bias increases, the high density of traps in AlGaN layer is using by electrons to leak by the gate. When the gate bias increases, the valence band in AlGaN layer is aligned with the conduction band in the channel. The very thin thickness of this layer (about 25nm) makes possible a band-to-band tunneling

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Ziadé, Pierre. "Simulation de composants électroniques aux fréquences téraHertz". Thesis, Montpellier 2, 2010. http://www.theses.fr/2010MON20104.

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L'objectif de ce travail de thèse est l'exploitation des oscillations de plasma tridimensionnelles dans des diodes à base d'InGaAs et de GaN, matériaux de grand intérêt pour les applications térahertz à cause de la haute mobilité électronique du premier et des fortes interactions électrons-phonons optiques dans le second. Ce travail s'insère dans le contexte d'études récentes dans lesquelles l'utilisation de dispositifs basés sur l'excitation d'ondes de plasma tridimensionnelles a été proposée pour des applications térahertz, à l'heure où les ondes de plasma bidimensionnelles demeurent très limitées en puissance. Cette étude est menée à travers le développement d'un outil numérique de simulation basé sur le modèle hydrodynamique couplé à un solveur de Poisson unidimensionnel. La réponse des diodes à différentes perturbations optiques et électriques est alors évaluée à travers la description du régime petit-signal, et l'influence sur les résonances de plasma des différents paramètres des diodes est mise en évidence pour l'InGaAs et pour le GaN. Une résolution matricielle de l'équation de Poisson à deux dimensions est également présentée en vue d'un couplage ultérieur avec le modèle hydrodynamique à deux dimensions, ce qui permettrait éventuellement une étude plus approfondie des ondes de plasma dans les transistors. En outre, vu que les paramètres d'entrée du modèle hydrodynamique sont tirés d'un simulateur Monte Carlo dont les paramètres d'entrée sont directement calculés à partir de la structure de bandes du matériau, une partie préliminaire à la simulation des dispositifs, et qui implique le calcul de la structure de bande des matériaux par la méthode semi-empirique du pseudopotentiel, est aussi traitée
The objective of this thesis is the analysis of three-dimensional plasma oscillations in diodes based on InGaAs and GaN, materials of great interest for terahertz applications because of the high electron mobility of the first and the strong electron-optical phonons interactions in the second. This work falls within the context of recent studies in which the use of devices based on the excitation of three-dimensional plasma waves has been proposed for terahertz applications, at a time when two-dimensional plasma waves remain very limited in emission power. This study is conducted through the development of a numerical simulation based on the hydrodynamic model coupled to a one-dimensional Poisson solver. The response of diodes at different optical and electrical excitations is then evaluated through the description of small-signal regime, and the influence on plasma resonances of the various parameters of the diodes is demonstrated for InGaAs and GaN. A matrix resolution of the two-dimensional Poisson equation is also presented for a subsequent coupling with the two-dimensional hydrodynamic model, which would eventually allow a more thorough study of plasma waves in transistors. In addition, since the input parameters of the hydrodynamic model are derived from a Monte Carlo simulator whose input parameters are directly calculated from the band structure of the material, a preliminary study to devices simulation, which involves the calculation of the materials band structure by the semi-empirical pseudopotential method, is also considered

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Liu, Xiaoshan. "Méthodologie d’Analyse de la CEM dans un Module de Puissance à Composants GaN". Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017SACLN057/document.

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Grâce aux propriétés physiques du matériau et à l'avancement de l'ingénierie et de la fabrication, les dispositifs semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) sont des candidats prometteurs pour la conception des modules de puissance à haute fréquence, à haut rendement et donc à haute densité de puissance. Cependant, la commutation rapide des appareils GaN entraîne une vitesse de rotation élevée dans la tension de commutation (dV / dt) et le courant (dI / dt), combiné avec des éléments parasites inductifs (L) et capacitifs (C) dans le module de puissance, donne lieu à des tensions électromagnétiques le bruit d'interférence (EMI) dans une large gamme de fréquences. Cette thèse est axée sur l'influence sur les performances EMI de la conception des modules de puissance basés sur GaN et les approches d'optimisation. Afin d'étudier les problèmes susmentionnés, un module de puissance complet comprenant les appareils de puissance GaN et l'emballage du module doit être caractérisé et modélisé afin que les performances EMI puissent être reconstruites par simulation avec ces modèles. Les méthodes de modélisation d'un transistor de mobilité à haute électron (HEMT) et d'un module de puissance conçu par un laboratoire sont décrites respectivement aux chapitres I et II, La modélisation de l'appareil implique la partie statique et la partie dynamique, où le premier est modélisé pour représenter les caractéristiques IV avant et les conducteurs inverses en diodes inverses et ce dernier est modélisé pour représenter les capacités intrinsèques non linéairement dépendantes de la tension entre chaque paire de bornes . La méthode de modélisation est basée sur les caractéristiques extraites de la fiche technique et peut être mise à l'échelle de tous les e-mode GaN HEMT. La modélisation de l'emballage implique principalement l'extraction des capacités parasites entre le module et le radiateur et les inductances parasites entre le condensateur de liaison CC et les dispositifs d'alimentation. Les extractions sont traitées à la fois par calcul numérique avec logiciel ANSYS Q3D et mesure d'impédance avec un analyseur de réseau vectoriel E5061B. Les résultats de ces deux approches correspondent bien de l'un à l'autre. Une fois que le modèle complet du module de puissance basé sur GaN est construit, il est validé avec un test de commutation expérimental où les signaux de commutation simulés et les bruits EMI sont comparés aux mesurés respectivement aux chapitres III et IV. Le banc d'essai en dehors du module de puissance GaN est modélisé pour compléter le modèle de simulation complet. Les précautions de mesure sont également présentées. Les formes d'onde de commutation sont obtenues en double impulsion et en tests de commutation permanente et sont comparées aux simulations où elles sont correctement adaptées. La minimisation du dépassement de la tension de commutation en utilisant entre DC + et DC - les condensateurs dans le module CX est analysée et enfin la valeur du condensateur CX est recommandée dans différentes situations. Les bruits EMI sont mesurés en termes de courants de mode commun (CM) et de mode différentiel (DM) dans le réseau linéaire à impédance stabilisée (LISN) et sont comparés avec ceux simulés où ils sont correctement adaptés de 100 kHz à 30MHz. On analyse les chemins de propagation du bruit CM du module d'alimentation et de la charge de l'inducteur de résistance. Les effets des condensateurs dans le module CX et du CM filter ones CY sont étudiés. Enfin, la répartition des condensateurs de filtre dans différents endroits est étudiée par simulation
Thanks to the material’s physical properties and the advancement in the engineering and manufacturing, power semiconductor devices based on Gallium Nitride (GaN) are promising candidates for high frequency, high efficiency and thus high power density power module design. However, GaN devices’ fast switching results in high slew rate in switching voltage (dV/dt) and current (dI/dt), combined with parasitic inductive (L) and capacitive (C) elements within the power module, gives rise to electromagnetic interference (EMI) noise in a wide frequency range. This dissertation is focused on the influence on EMI performance of the GaN based power module design and the optimization approaches.In order to study the aforementioned issues, an entire power module including the GaN power devices and the module’s packaging are to be characterized and modeled so that the EMI performances can be reconstructed by simulation with these models. The modeling methods of a commercial enhancement-mode (e-mode) GaN High-Electron-Mobility-Transistor (HEMT) and a lab-designed power module are discussed respectively in chapter I and II,• The device modeling involves the static part and the dynamic part, where the former is modeled to represent the forward I-V characteristics and the reverse diode-like conducting ones and the latter is modeled to represent the nonlinearly voltage dependent intrinsic capacitances between each pair of terminals. The modeling method is based on the characteristics extracted from datasheet and can be scaled to all e-mode GaN HEMT.• The packaging modeling involves mainly the extraction of the stray capacitances between the module and the heatsink and the parasitic inductances between the DC link capacitor and the power devices. The extractions are processed by both numerical calculation with software ANSYS Q3D and impedance measurement with a vector network analyzer E5061B. The results from these two approaches match well from one to the other.Once the full model of the GaN based power module is built, it is validated with experimental switching test where the simulated switching waveforms and the EMI noises are compared with the measured ones respectively in chapter III and IV. The test bench apart from the GaN power module is modeled to complete the full simulation model. The measurement precautions are presented as well.• The switching waveforms are obtained in double pulse and permanent switching tests and are compared to the simulated ones where they are correctly matched. The minimization of the switching voltage’s overshoot by using between DC+ and DC- the in-module capacitors CX is analyzed and finally the capacitor CX’s value is recommended in different situations.• The EMI noises are measured in terms of common mode (CM) and differential mode (DM) currents in the Line-Impedance-Stabilized-Network (LISN) and are compared with the simulated ones where they are correctly matched from 100 kHz up to 30MHz. The CM noise propagation paths from the power module and from the resistor-inductor load are analyzed. The effects of the in-module capacitors CX and the CM filter ones CY are studied. Finally the distribution of filter capacitors in different locations is studied by simulation

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Leurquin, Camille. "Etude des mécanismes de dégradation et Fiabilité dynamique des composants GaN sur Si". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALT025.

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Resumen

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

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Bryan, Charlotte. "Etude et développement de capteurs thermiques pour composants de puissance". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALI079.

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Depuis le début du siècle, la demande pour les composants de puissance a fortement augmenté. Ces composants sont principalement utilisés dans les circuits intégrés pour le marché de la communication, tel que celui des portables et des chargeurs, c’est-à-dire des applications nécessitant des fréquences de travail élevées de plusieurs GHz et pour des puissances allant jusqu’à 100 W. Pendant longtemps, ces dispositifs étaient réalisés à base de silicium, mais les limites de ce matériau pour ces composants ont été atteintes et de nouveaux matériaux ont émergé. Dans ce contexte, le nitrure de gallium (GaN) et le nitrure d'aluminium-gallium (AlGaN) ont été développés afin de créer de nouveaux dispositifs tels que les diodes de puissance et les transistors à mobilités électronique élevées (HEMTs). Ces HEMTs délivrent des puissances importantes, cependant, elles sont accompagnées d’une production de chaleur pouvant mener à la dégradation du câblage par fils et des boitiers. La gestion de la thermique dans ces dispositifs est donc une problématique majeure, tout comme dans la microélectronique de manière générale. Des diodes ainsi que des capteurs à base de matériaux thermistants, matériaux présentant des variations importantes de résistance en fonction de la température, sont généralement utilisés pour mesurer ces surchauffes. Cependant, ils nécessitent tous les deux des courants externes pour les faire fonctionner et prennent de la place supplémentaire dans les boitiers.Au cours de cette thèse, des capteurs thermoélectriques ont été développés. Ces capteurs sont basés sur l’effet Seebeck, effet qui convertit directement l’énergie thermique en énergie électrique. La tension de sortie des capteurs thermoélectriques est directement proportionnelle à la différence de température au sein du capteur et ils n’ont pas besoin d’énergie extérieure pour fonctionner. Ces capteurs permettent la lecture aussi bien d’une différence de température que d’un flux thermique. Il s’agit de la première réalisation de ce type de capteur dans les circuits de puissanceDeux types de capteurs ont été réalisés lors de la thèse : le premier est un capteur thermoélectrique « embarqué », il est fabriqué en même temps que le transistor HEMT, lui permettant d’être placé au plus proche de ce dernier pour une mesure en température plus précise. De plus, il est directement intégré dans la puce du transistor HEMT et ne prend donc pas de place supplémentaire dans le boitier. Cette intégration implique néanmoins qu’il doit suivre les règles de dimensionnement et de fabrication des transistors. Ce capteur utilise comme matériau actif le gaz d’électron 2DEG, qui est généré à l’interface de la couche d’AlGaN et de GaN pour le transport d’information électrique.Le deuxième type de capteur est un capteur thermoélectrique « autonome », il est fabriqué indépendamment du HEMT, il a donc moins de contrainte à respecter que les capteurs embarqués. Deux capteurs de ce type ont été fabriqués : un à base du 2DEG et l’autre à base de GaN dopé n. Suite à une étude approfondie effectuée au préalable sur les résistances de contacts et sur les propriétés thermoélectriques de ces deux matériaux, ces capteurs ont été réalisés pour délivrer des performances électriques les plus élevées.Les deux types de capteurs ont été testés pour différentes températures environnantes et sont tous fonctionnels. Dans les deux cas, différentes géométries ont été fabriquées afin de comparer cet effet sur la sensibilité des capteurs. Le capteur embarqué a également été testé lors du fonctionnement d’un transistor HEMT à côté duquel il a été disposé, ce qui constitue un cas réel de fonctionnement et d’utilisation de ces capteurs. Ces capteurs présentent des sensibilités pouvant aller jusqu’à 350 mV/K. De leur côté, les capteurs autonomes ont été caractérisés en utilisant des lignes chauffantes. Ils présentent des valeurs de sensibilité très élevées pouvant monter jusqu’à 14 V/K
Since the start of the century, the demand for power components has risen sharply. Power components are used in integrated circuits for applications requiring high frequencies, of several GHz, and powers up to 100 W, mainly for mobile phones and chargers. Materials such as gallium nitride (GaN) and aluminium gallium nitride (AlGaN) have emerged in this field to create new power devices including power diodes and High Electron Mobility Transistors (HEMT), overcoming the limitations of silicon-based devices. HEMTs deliver high power and overheating can occur if they are not well managed, leading to the degradation of its cabling and packaging. Heat management in power circuits, as in electronic circuits in general, is a major issue. Diodes and sensors made from thermistant materials - materials with large variations in resistance as a function of temperature - are used to measure the HEMTs temperature, however, both of these require external currents to operate and use additional space in the device packaging.Thermoelectric sensors for power devices were therefore developed during this research; these sensors are based on the Seebeck effect, which directly converts heat into electrical energy. The output voltage of these thermoelectric sensors is directly proportional to the temperature difference along the sensor so no external energy is required. These sensors can measure a temperature difference and the heat flow can also be deduced. This work describes the first fabrication of such sensors.Two types of sensors were produced: the first is an on-chip sensor; it is fabricated at the same time as the HEMT transistor. This enables it to be placed as close as possible to the transistor for a more accurate temperature measurement. It is also directly integrated onto the HEMT chip so it does not take up additional space in the packaging, which implies that it must follow the same dimensioning and fabrication rules as the transistor. This sensor uses the 2D Electron Gas (2DEG) at the AlGaN and GaN’s interface for electrical transport.The second type of sensor is a stand-alone thermoelectric sensor designed to deliver higher electrical performance. It is fabricated independently, so has fewer constraints than the on-board sensors. Two stand-alone sensors were developed: one using the 2DEG and the other using an n-doped GaN. Their geometry was dimensioned using results from a study carried out beforehand on the contact resistances and on the thermoelectric properties of the two materials.Both types of sensors were tested and verified to be functional. Several geometries were fabricated for each type, and their sensitivities compared. The on-chip sensor was characterised while activating the adjacent transistor, which represents its intended function. The stand-alone sensors were characterised using metallic heat lines to their side. The measurements were taken at a number of different surrounding temperatures in each case. High sensitivities were obtained with these sensors: 350 mV / K for the on-board sensor and 14 V / K for the stand-alone sensor

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Thevenot, Alexandre. "Réalisation de composants passifs à base de technologie AlGaN/GaN pour des applications millimétriques". Mémoire, Université de Sherbrooke, 2014. http://hdl.handle.net/11143/5428.

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Les demandes du marché sont toujours plus exigeantes dans le domaine de la micro- électronique. Les besoins en termes de fréquence de fonctionnement (> 10GHz) des dispositifs ainsi qu'en termes de puissance délivrée (> 1W/mm) sont en constante augmentation. De ce fait, on commence à atteindre les limites du matériau silicium. Ceci présente une grande opportunité pour les matériaux III-V, en particulier ceux à base de nitrure de gallium (GaN) qui offrent un très grand gap (3.4 eV) et une très bonne mobilité grâce au 2DEG (1500-2000 cm[indice supérieur 2]/V.s) [Touati, 2007]. Bien que ce soient les composants actifs (transistors) qui définissent les performances d'un circuit, les composants passifs doivent être correctement étudiés afin de ne pas nuire au reste du circuit. Le matériau de base étant fixé : le GaN, il est ici question de développer le procédé de fabrication des dits composants passifs. L'objectif est donc ici de déterminer et d'adapter les procédés de fabrication permettant d'obtenir des composants passifs fonctionnant à hautes fréquences (30-300GHz) dans l'optique de réaliser des circuits MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit). La durée d'une seule maîtrise ne permettant pas d'étudier une technologie de fabrication dans son ensemble, nous nous focaliserons sur une série restreinte d'étapes de fabrication. Les dites étapes seront la fabrication et la caractérisation de résistances à base de NiCr (Nickel-Chrome), l'étude de la gravure de diélectriques (SiO2, Si3N4) ainsi que la réalisation et la caractérisation de capacités et d'inductances. Pour ce qui est des résultats attendus, la littérature montre qu'on est déjà capables de fabriquer des composants passifs fonctionnant au moins jusqu'à 40GHz. On peut noter par exemple, des capacités MIM (Métal Isolant Métal) allant de 0,5 à 10 pF, des inductances spirales allant de 0,25 à 12 nH, des résistances de plusieurs centaines d'Ohms ou encore des lignes de transmissions de différentes longueurs (quelques micromètres jusqu'à quelques millimètres) [Martin, 2007; Richard, 2009].

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Haffouz, Soufien. "Croissance optimisee de gan et al xga 1 xn pour l'elaboration de composants optoelectroniques". Nice, 1999. http://www.theses.fr/1999NICE5280.

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La large bande interdite directe des semiconducteurs iii-v a base de nitrures (gan, aln, inn et leurs alliages) ouvre la voie a la realisation de dispositifs emetteurs de lumiere bleue ou encore de detecteurs uv non sensibles au visible. L'optimisation de la croissance de gan constitue une etape fondamentale en vue de l'amelioration de la performance de composants optoelectroniques. Ainsi, ce memoire presente une etude detaillee de la croissance et la caracterisation de gan et al xga 1 xn (x 15%) elabores par epitaxie en phase vapeur par pyrolyse d'organometalliques (epvom) sur un substrat de saphir (0001). Dans un premier temps, ce memoire decrit en detail la mise en uvre d'un mode de croissance 3d induit par un traitement si/n a haute temperature du saphir nitrure sous atmosphere d'azote et d'hydrogene. Les qualites structurales, electriques et optiques des films de gan epitaxies avec ce mode croissance sont decrites et comparees a celles obtenues sur les couches de nucleation couramment utilisees, a savoir gan et aln. L'effet de la pression totale dans le reacteur sur l'elaboration des alliages al xga 1 xn est egalement etudie. En seconde partie, nous presentons l'etude menee sur le dopage de type n et p dans al xga 1 xn (0x12%) en utilisant le magnesium, le silicium et le carbone. Une etude detaillee sur l'anisotropie de croissance localisee de gan a travers un film dielectrique est egalement presentee. L'effet de l'introduction des dopants (silicium, magnesium) en phase vapeur sur l'anisotropie de croissance est decrit pour la premiere fois. Ayant reussi a optimiser la croissance et le dopage de type n et p de gan et al xga 1 xn, des demonstrateurs a structures simples ont ete realises : diodes electroluminescentes, photoconducteurs et photodiodes.

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Pace, Loris. "Caractérisation et modélisation de composants GaN pour la conception de convertisseurs statiques haute fréquence". Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I078.

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La montée en fréquence de commutation des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium (GaN) présente une avancée technologique conduisant à la réduction de la taille, du poids et du volume des systèmes de conversion de l’énergie. En effet, les propriétés physiques des transistors de type HEMT basés sur l’hétérostructure AlGaN/GaN présentent un fort potentiel pour le développement de convertisseurs statiques haute fréquence. Avec l’augmentation toujours croissante de la part de l’électronique de puissance dans les systèmes électriques actuels, cette filière technologique, associée à la filière du Carbure de Silicium (SiC), vise aujourd’hui à remplacer progressivement les composants de puissance à base de Silicium (Si) notamment pour des raisons de tension de claquage élevée, de robustesse vis-à-vis des conditions sévères de fonctionnement et d’intégration de puissance. La conception optimale des convertisseurs haute fréquence implique une connaissance précise du fonctionnement des composants de puissance au sein de ces systèmes. Ainsi, la conception de ces dispositifs repose sur des étapes d’analyse et de simulations menées à partir des modèles des semi-conducteurs de puissance et des éléments environnants. L’objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie de modélisation comportementale de transistors de puissance GaN en boitier basée exclusivement sur des méthodes de caractérisation non-intrusives. Les techniques de caractérisation électriques utilisées pour la modélisation de transistors fonctionnant en gammes radiofréquences, telles que la mesure des paramètres S ou les mesures courant/tension en régime pulsé, sont ici adaptées à la caractérisation du transistor de puissance GaN encapsulé. A partir des résultats de caractérisation, les différents éléments linéaires et non linéaires du modèle électrique du transistor sont obtenus et un modèle électrique complet rassemblant ces éléments est implémenté dans le logiciel de simulation ADS. Un banc de test Double Pulse est alors conçu afin de mettre en application le modèle électrique développé. Après modélisation de l’environnement du transistor, y compris du circuit imprimé, les résultats de simulation des formes d’onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux. Afin de tenir compte des effets de la température sur le fonctionnement du transistor, une méthodologie est proposée permettant d’obtenir le modèle thermique du composant à partir de mesures de puissance dissipée et d’une procédure d’optimisation. À partir du modèle obtenu, un convertisseur DC/DC utilisant le transistor GaN modélisé a été conçu et réalisé. Les résultats de simulation des formes d’onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux pour différentes températures de fonctionnement du transistor et une prédiction du fonctionnement en continu du convertisseur est réalisée
The high frequency operation of GaN power transistors is of great interest in order to reduce size, weight and volume of power converters. Indeed, GaN HEMT power transistors show very good physical properties for the development of high frequency power converters. Within the constant rise of the amount of power electronics in electrical systems, the GaN technology, associated with the Silicon Carbide (SiC) one, aims to progressively replace the Silicium (Si) power devices especially in terms of robustness in harsh conditions and of power integration. The optimal design of high frequency power converters involves an accurate knowledge of power devices operations in the systems. Therefore, before the fabrication of converters, simulations steps based on semi-conductor and surrounding elements models are required. This research work focuses on the development of a modeling methodology of packaged GaN power transistors, exclusively based on non-intrusive characterization techniques. In this work, electrical characterization techniques used for radiofrequency transistors modeling, such as S-parameters and pulsed current/voltage measurements, are adapted to characterize the packaged GaN power transistor. Based on the characterization results, linear and nonlinear elements of the transistor’s electrical equivalent circuit are determined and a complet electrical model of the device is implemented in the ADS software. A Double Pulse test bench is made in order to apply the developed electrical model. After having modeled the whole test bench, including the printed circuit board, simulation results of the switching waveforms are compared to experimental results. Considering the effects of transistor’s temperature on its operation in power converters, a methodology is proposed to extract the thermal model of the device using dissipated power measurements and an optimization procedure. The obtained thermal circuit and its influence of thermal-dependent elements are added to the previous electrical model in order to build the complete electro-thermal model of the GaN power transistor. Based on the developed model, a DC to DC converter using the studied transistor has been designed and fabricated. Then, the simulation results are compared to experimental results for several operating temperatures and a prediction of the continuous operation of the converter is achieved

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Huet, Frédérik. "Croissance et optimisation de composants à base de GaN sur saphir : LED bleues et transistors". Lille 1, 2000. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2000/50376-2000-99.pdf.

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En raison de leurs applications prometteuses dans les domaines de l'optoélectronique et de l'électronique, les semiconducteurs composes III-Va base d'azote, les nitrures (ga, al, in, n), font l'objet depuis le début des années 1990 d'une activité croissante en recherche et développement. L'intérêt principal des nitrures réside dans la grande plage de bande interdite directe couverte par leurs alliages, et dans leurs propriétés électroniques de vitesse de saturation et de champ de claquage élevés. Le chapitre 1 résume quelques propriétés principales des nitrures et traite des difficultés rencontrées lors de cette étude et des performances atteintes sur les composants réalisés. Dans le chapitre 2, nous étudions plus précisément le binaire gan (croissance et caractérisations) et son dopage. Le chapitre 3 est consacre a l'étude des composes ternaires in xga 1 - xn et al xga 1 - xn. Une méthode de calcul des contraintes et de la composition des ternaires a partir de mesures de diffraction x, tenant rigoureusement compte de la structure hexagonale des nitrures, est exposée. Nous montrons également les résultats obtenus sur l'étude des structures a multipuits quantiques ingan/gan et super-réseaux algan/gan. Dans le chapitre 4, nous développons les aspects technologiques lies au process des couches nitrures (contacts ohmiques, gravure sèche, clivage). Nous étudions en particulier la formation des contacts sur gan de type n (comparaison ti/al et tin) et mettons au point le contact ni/au ohmique semi-transparent sur p-gan. Enfin, les composants fabriques qui concrétisent ces travaux sont décrits dans le chapitre 5. Nous discutons des propriétés observées et des performances obtenues sur des leds et des transistors a effet de champ.

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Mhedhbi, Sarra. "Développement de composants flexibles en technologie hétérogène (GaN et graphène) pour des applications hautes fréquences". Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10158/document.

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Depuis quelques années, nous assistons à l’essor d’une nouvelle filière d’électronique basée sur des supports flexibles. De nombreuses applications difficilement atteignables par l’électronique classique sont visées, c’est notamment le cas des tags RFID, des capteurs mobiles, des écrans flexibles…. Cette électronique est essentiellement basée sur des matériaux organiques pour lesquels la faible mobilité (<1cm2 /V.s) limite considérablement les performances hyperfréquences des composants. Dans ce contexte, l’intégration hétérogène de composants des filières GaN et graphène sur substrat flexible apparait comme une solution prometteuse pour des applications de puissance hyperfréquence où la conformabilité sur surface non plane est souhaitée. Ces travaux présentent d’une part, une méthode de transfert de composants HEMTs AlGaN/GaN sur ruban flexible et d’autre part, une technique de manipulation du substrat souple et de fabrication directe des composants à base de graphène sur celui-ci. Des HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (LG = 100nm) ont été transférés sur ruban flexible et ont permis d’atteindre des résultats à l’état de l’art en termes de puissance hyperfréquence avec un gain de puissance linéaire (Gp) de 15,8 dB, une densité de puissance de sortie (Pout) de 420 mW / mm et une puissance ajoutée (PAE) de 29,6%. Pour les composants à base de graphène, une technique de manipulation du substrat flexible a été développée et a permis de fiabiliser le procédé technologique de fabrication. Une fréquence de coupure ft de 1GHz et une fréquence maximale d’oscillation fmax de 3 GHz ont été obtenues
In recent years, the field of flexible electronics has been expanding. Many applications difficult to achieve by conventional electronics are targeted as RFID tags, mobile sensors, flexible screens… This field is essentially based on organic material for which the poor mobility (<1cm2 /V.s) limits considerably the device performances. In this context, the heterogeneous integration of GaN and graphene devices on a flexible substrate appears to be a promising solution for microwave power applications where conformability on a non-planar surface is needed. This work presents, on the one hand, a method to transfer AlGaN/GaN HEMTs onto flexible tape and, on the other hand, a technique for handling and manufacturing graphene-based components directly on the flexible substrate. HEMTs with short-gate length (LG = 100 nm) have been transferred onto flexible tape and showed state of the art results in terms of microwave power with a linear power gain (Gp) of 15.8 dB, an output power density (Pout) of 420 mW/ mm and an added power efficiency (PAE) of 29.6%. Concerning graphene-based devices, a flexible substrate handling technique has been developed making the manufacturing process more reliable. A cut-off frequency ft of 1 GHz and a maximum oscillation frequency fmax of 3 GHz were obtained

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Nguyen, Van-Sang. "Conception caractérisation et mise en oeuvre d'un circuit intégré type driver en CMOS pour composants GaN". Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT067/document.

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Le projet de thèse s'inscrit dans le consortium industriel académique MEGAN (More Electric Gallium Nitride) réunissant de nombreux industriels français, grands groupes et PME (Renault, Schneider Electric, Safran, IDMOS, Valeo...) et académiques (G2Elab, Ampère, SATIE...) et le CEA. Le projet consiste à introduire de nouvelles technologies de composants de puissance à base de matériaux en GaN afin d'augmenter les performances des convertisseurs statiques pour divers types d'applications. La thèse est intégralement focalisée sur la partie Driver intégré de composants GaN à base d'une technologie CMOS SOI XFAB XT018 pour favoriser l'utilisation des systèmes à haute fréquence et haute température. La thèse consiste à étudier des architectures des drivers et des fonctionnalités innovantes permettant de limiter les problèmes inhérents à la haute fréquence et la haute température (Compatibilité ÉlectroMagnétique- CEM, pertes de commande par courant de fuites, limites fonctionnelles...). Suite à l'étude des architectures à l'échelle du bras d'onduleur à base de composants discrets, un circuit intégré est conçu en collaboration avec les partenaires du projet. Le circuit intégré est alors réalisé avant d'être caractérisé puis mis en œuvre dans des démonstrateurs dans le cadre du projet. En particulier, des caractéristiques de réponses en fréquence et de tenue en température seront proposées. La mise en œuvre est conduite au sein même du module de puissance intégrant les composants de puissance en GaN, au plus près de ceux-ci pour favoriser les fonctionnements à haute fréquence. Le démonstrateur final peut servir plusieurs types d'applications de part sa versatilité. Le travail de thèse est alors plus spécifiquement orienté sur l'étude du comportement haute fréquence du driver et de l'ensemble interrupteurs avec fortes vitesses de commutation / drivers d’un bras d'onduleur
This Ph.D work is part of the industrial academic project MEGaN (More Electric Gallium Nitride) involving many French companies (Renault, Schneider Electric, Safran, ID MOS, Valeo, ...), academic institutions (G2Elab, Ampere, SATIE ...) and CEA. MEGaN project aims are to introduce a new technology of the power components based on GaN materials, to increase the performance of the static converters for various applications.This research is highly focused on the integrated driver and other power device peripheral units for GaN-based components. This is done in SOI CMOS XFAB XT018 technology to promote performing in high-frequency and high temperature applications. It involves examining driver's architectures and features, innovative methods to limit problems inherent in high frequency and high temperature (conducted EMI perturbation, delay mismatch, functional limitations ...). After studying the architecture at the scale of the discrete circuits, the integrated circuits are designed in collaboration with the project partners. The integrated circuit is manufactured by foundry XFAB before being characterized and implemented.In particular, the characteristics at high frequency response and high temperature compliance are proposed. The final implementation is conducted in the hybrid power module power with the power components GaN, as close as possible to those for operation at high frequency which is presented in the end of this thesis. The final demonstrator serves several kinds of applications because of its versatility. The thesis is specifically focused on the study of high frequency behavior of the driver and power switches with high switching speed / the driver’s components of an inverter leg

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Gassoumi, Malek. "Etude des défauts électriquement actifs dans les composants hyperfréquences de puissance dans les filières SiC et GaN". Lyon, INSA, 2006. http://theses.insa-lyon.fr/publication/2006ISAL0029/these.pdf.

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La demande croissante de composants permettant d'opérer à de fortes puissances, à hautes fréquences et à hautes températures a conduit au développement de filières électroniques à base de semiconducteurs à large bande interdite tels que le nitrure de galium (GaN) et le carbure de silicium (SiC). Toutefois, la maîtrise encore imparfaite des matériaux en termes des défauts au sens large (impuretés, défauts cristallins) limite les performances des dispositifs à base de SiC et GaN. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes partculièrement intéressé à l'étude de deux dispositifs : les transistors MESFETs 4H-SiC et les HEMTs A1GaN/GaN/Si destinés à des applications hyperfréquences et puissance. L'étude des caractéristiques des sorties statiques de ces deux composants a révélé certains dysfonctionnements. Pour les MESFETs 4H-SiC, un effet d'hystérésis sur la conductance drain-source en fonction du sens du balayage de la tension de grille, un effet de kink et un décalage de la tension de seuil ont été mis en évidence. Une étude de défauts utilisant notamment la DLTS et la CDLTS, nous a permis de montrer que ces effets sont dus à la présence de défauts profonds dans la structure. Pour les HEMTs A1GaN/GaN sur substrat de silicium (Si), un effet d'hystérésis, ainsi qu'un effet d'auto-échauffement ont été observés. Les mesures de CDLTS avec des impulsions sur le drain ont permis de mettre en évidence la présence de défauts étendus (dislocations) décorés par des pièges ponctuels
The increasing demanded of components allowing operating in strong power in high frequency and in high temperatures drove to the development of electronics system on semiconductors base to wide band gap such as the gallium nitride (GaN) and silicon carbide (SiC). However the performances are limited by the quality of the material (impurities, crystallographic defects). In this thesis, we are interested in the study of two devices: MESFETs 4H-SiC, HEMTs AlGaN/GaN/Si for hyperfrequency and power applications. The study of the output characteristics revals anomalies. For MESFETsH-SiC, hysteresis effect on drain/source conductance spectacular Kink effect and shift of voltage has been observed. The DLTS and CDLTS measurements demonstrate that these effects are principally due to the presence of deep centers in the structures. For HEMT AlGaN/GaN/Si, hysteresis effect, series resistance is observed. The CDLTS measurements with impulses on the drain demonstrate the presence of punctual traps by extended defects

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Gassoumi, Malek Guillot Gérard Maaref Hassen. "Etude des défauts électriquement actifs dans les composants hyperfréquences de puissance dans les filières SiC et GaN". Villeurbanne : Doc'INSA, 2006. http://docinsa.insa-lyon.fr/these/pont.php?id=gassoumi.

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Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Villeurbanne, INSA : 2006. Thèse doctorat : Physique des Solides. Matière Condensée, Surfaces et Interfaces : Université de Monastir. Faculté des sciences de Monastir : 2006.
Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. à la fin de chaque chapitre.

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Delaine, Johan. "Alimentation haute fréquence à base de composants de puisance en Nitrure de Gallium". Thesis, Grenoble, 2014. http://www.theses.fr/2014GRENT012/document.

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Le projet de cette thèse est de réaliser un convertisseur DC/DC isolé à haute fréquence de découpage basé sur la mise en œuvre de composants en GaN. Le but est d'augmenter très fortement les densité de puissance commutées par rapport aux solutions actuelles. Cette thèse mets en oeuvre les composants GaN afin de déterminer les meilleurs conditions de fonctionnement possible. Une fois les points critiques mis en avant, on étudie les structures de circuit de commande adapté pour les HEMT GaN d'EPC et un circuit intégré pour la commande est étudié et mis en oeuvre. Le layout global de la carte a un rôle important en termes d'intégration et d'optimisation CEM, il est donc discuté et des règles de routage sont proposées. Enfin, on étudie plusieurs structures de puissance et on les met en oeuvre pour vérifier le bon fonctionnement et le respect du cahier des charges
This study consist in the development of a high frequency insulated DC/DC converter based on GaN power devices. The goal is to increase significantly the power density in comparison with actual converter solutions. This thesis evaluate the GaN components performances to determine the best working conditions. Once the critical points highlighted, gate circuit topologies suitable for EPC GaN HEMT are studied and an integrated IC is designed and implemented. The overall layout of the card has an important role in terms of integration and EMC optimization, so it is discussed and routing rules are proposed. Finally, we study several power structures and implement them to verify proper operation and their compliance with specifications

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Herbecq, Nicolas. "Conception et réalisation de composants GaN innovants pour les applications de conversion de puissance au-delà du kilovolt". Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10152.

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Resumen

Les transistors à haute mobilité électronique à base de Nitrure de Gallium sur substrat de silicium (GaN-sur-Si) sont des candidats prometteurs pour les futures générations de convertisseur de puissance. Aujourd’hui, plusieurs verrous techniques ralentissent la commercialisation de cette technologie au niveau industriel, en particulier pour les applications requérant de haute tension (≥ 600 V). Dans ce contexte, ces travaux constituent une contribution au développement de composants innovants à base de GaN-sur-Si fonctionnant au-delà de 1kV. Nous nous sommes principalement focalisés sur l’amélioration de la tenue en tension de ce type de transistors au travers du développement d’un procédé de gravure localisée du substrat en face arrière permettant de supprimer le phénomène de conduction parasite localisé entre les couches tampons et le substrat. Ce procédé ainsi que l’utilisation de structures d’épitaxie innovantes nous ont permis d’observer une amélioration drastique des performances électriques des transistors à haute tension. Nous avons pu notamment démontrer pour la première fois la possibilité de délivrer des tenues en tension de plus de 3 kV sur cette filière émergente. Ces résultats obtenus, supérieurs à l’état de l’art, laissent envisager l’utilisation des technologies GaN-sur-Si pour les moyennes et hautes gammes de tension (>1000V)
GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) on Silicon substrate (GaN-on-Si) are promising candidates for future generations of power converters. Today, technical limitations need to be overcome in order to allow the industrial commercialization of this technology, particularly for high-voltage applications (≥ 600 V). In this frame, this work constitutes a contribution to the development of innovative GaN-on-Si devices operating above 1kV. We mainly focused on the improvement of the blocking voltage of the transistors with the realization of a local substrate removal process with the aim of suppressing the parasitic conduction phenomena between the buffer layer and the substrate. Owing to an improved technological process and innovative epitaxial structures, we observed a drastic improvement of the electrical performances of the transistor under high voltages. In particular, we have been able to demonstrate for the first time a blocking voltage above 3kV for this emerging technology. These results, well beyond the state of the art, pave the way for higher voltage operation GaN-on-Si power devices

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Fu, Jian zhi. "Mise en oeuvre de moyens de vieillissement accéléré et d'analyses dédiés aux composants de puissance grand gap". Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR075/document.

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Cette thèse constitue un des éléments du projet de recherche EMOCAVI (Evolution des Modèles des Composants de puissance grand gAp au cours du VIeillissement). Elle porte sur l’étude de la fiabilité des transistors de puissance en Nitrure de Gallium (GaN) récemment apparus sur le marché. Ces travaux se focalisent sur la réalisation d’une méthodologie pour paramétrer le modèle du composant GaN GIT (Gate Injection Transistor) en fonction du vieillissement auquel il a été soumis. Pour atteindre cet objectif, nous sommes passés par plusieurs étapes. La première a été consacrée à la définition, la mise en place et la validation d’un banc de vieillissement et à la caractérisation de ces composants avant et en cours de vieillissement. Un banc de test de vieillissement en court-circuit répétitif à faible puissance a été conçu et mis en oeuvre. Ce banc a permis de valider l’hypothèse du vieillissement lié à l’énergie, d’identifier son niveau déterminant d’un point de vue fiabilité du composant et enfin mettre en évidence la dégradation progressive du composant afin d’identifier les paramètres du transistor les plus sensibles au vieillissement. La deuxième étape de nos travaux a été consacrée à l’établissement d’une méthodologie de création de modèle de vieillissement du composant GaN-GIT. En reproduisant le modèle COBRA présenté dans la littérature, nous avons réussi dans nos travaux à proposer une approche novatrice permettant d’intégrer les dépendances en température et en énergie subie par le composant pendant le stress (la durée d’impulsion Tsc et le nombre de pulse subi Nsc). La dernière étape de nos travaux a été dédiée à l’analyse physique de défaillance afin de confirmer les hypothèses faites sur les mécanismes de dégradation obtenus après vieillissement du composant. Pour réaliser ces analyses, nous avons commencé par la décapsulation du composant en combinant l’ouverture laser aux attaques chimiques de la résine constituant le packaging. Une fois le défaut localisé par photoluminescence, une analyse approfondie par des vues au microscope électronique à balayage MEB puis par découpe PFIB (Plasma Fouced Ion Beam) a été réalisée afin de déterminer le mécanisme de défaillance. Il s’agissait principalement de fissures situées dans le métal d’Al au niveau du drain ainsi que la présence de cavités dans la couche métallique qui sert à réaliser le contact ohmique au niveau de la source, ce qui explique l’augmentation de la résistance RDSON
This thesis constitute one of the elements of the EMOCAVI research project (Evolution of the Large gAp Power Component Models during the VIeillissement). It deals with the study of the reliability of Gallium Nitride (GaN) power transistors which are recently appeared on the market. This work focuses on the realization of a methodology to parameterize the model of GaN GIT component (Gate Injection Transistor) according to the aging to which it has been subjected. To achieve this goal, it will be necessary to go through several steps. The first step was dedicated to the definition, implementation and validation of an aging bench for the component and the characterization of these components before and during aging. A low power repetitive short-circuit aging test bench was designed and implemented. This bench is used to validate the energy-related aging hypothesis, to identify its determining level from a point of view of the reliability of the component and finally to highlight the progressive degradation of the component in order to identify the parameters of the transistor which are the most sensitive to aging. The second step of our work was devoted to the establishment of a methodology to create the aging model for the GaN-GIT component. By reproducing the COBRA model presented in the literature, we have succeeded in our work in proposing an innovative approach to integrate the dependencies in temperature and energy suffered by the component during stress (the Tsc pulse duration and the number of pulse suffered Nsc). The last step of our work was dedicated to the physical failure analysis in order to confirm the hypothesis made on the degradation mechanisms obtained after aging of the component. To carry out these analyzes, we started with the de-capsulation of the component by combining the laser cutting with the chemical attacks of the resin constituting the packaging. Once the defect was localized by photoluminescence, an in-depth analysis by SEM scanning and then PFIB (Plasma Focused Ion Beam) scans was performed to determine the mechanism of failure. These were mainly cracks in the Al metal at the drain and the presence of cavities in the metal layer which is used to make the Ohmic contact at the source, which explains the increase in resistance RDSON

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Hachem, Dany. "Méthodes et analyses physico-expérimentales des mécanismes liés à la résistance dynamique dans les composants HEMT GaN de puissance". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30035.

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Pour contrôler le flux d'énergie électrique de la source à la charge, l'électronique de puissance constitue un des éléments phares dans l'acheminement de cette énergie. La gestion et la conversion de cette énergie électrique nécessitent des convertisseurs de puissance efficaces, basés sur des interrupteurs présentant des performances élevées en commutation et en conduction, à haute puissance et haute fréquence. Bien que les dispositifs à base de silicium dominent depuis longtemps l'électronique de puissance, les propriétés physiques de ce matériau limitent les performances des dispositifs en termes de température maximale d'opération, de tension de claquage, de résistance à l'état passant et de vitesse de commutation. La recherche des matériaux prometteurs présentant des performances supérieures à celles du silicium est donc nécessaire. Le nitrure de gallium (GaN) est l'un des matériaux qui permet, grâce à ses propriétés physiques, de répondre aux exigences de fabrication des convertisseurs de puissance. En outre, le transistor à haute mobilité électronique (HEMT) à hétérostructure AlGaN/GaN est un composant qui contribue à l'innovation des technologies de conversion de puissance. Cependant, de nombreux problèmes de fiabilité affectent les performances électriques de ces dispositifs et nécessitent un effort d'analyse et de compréhension. Les contributions du présent travail s'inscrivent précisément dans ce domaine. La caractérisation de la résistance à l'état passant de ce transistor, qui est un problème critique, est nécessaire pour comprendre la dynamique de certains phénomènes tels que le piégeage. Dans ce travail, on s'intéresse tout particulièrement à la caractérisation des effets du piégeage induit par des défauts qui peuvent exister dans les différentes couches de la structure. Nous proposons une nouvelle méthodologie générale de mesure permettant d'obtenir des résultats fiables et reproductibles et montrant l'importance de maîtriser les conditions initiales avant chaque mesure. Les phénomènes dynamiques sont caractérisés à l'aide des mesures du courant en fonction du temps, réalisées sur des structures TLM issues de différents lots technologiques, sous stimulations électrique et/ou optique. Deux méthodes de caractérisation de ces défauts sont ainsi proposées. Le but de la première est de stresser le dispositif par une tension négative appliquée sur le substrat pour stimuler les défauts présents entre ce dernier et le canal 2DEG, alors que la deuxième consiste à illuminer le dispositif sous test par une source lumineuse dont l'énergie de photon correspondante est choisie de façon à ce qu'elle n'affecte que les pièges présents dans les matériaux. L'effet de l'illumination sur les résistances de contact est ensuite étudié, montrant une contribution non négligeable de ces résistances dans la résistance totale et mettant ainsi en évidence, pour la première fois, que la dynamique de la résistance à l'état passant peut-être due non seulement à des phénomènes dans le canal 2DEG mais également à des phénomènes au niveau des contacts ohmiques[...]
To control the flow of electrical energy from source to load, power electronics is one of the key elements for the management of this energy. Managing and converting electrical energy requires efficient power converters, based on switches exhibiting high switching and conduction performance, at high power and high frequency. Although silicon-based devices have dominated power electronics for long time, the physical properties of this material limit the performance of these devices in terms of maximum operating temperature, breakdown voltage, dynamic On-state resistance and switching speed. The search for promising materials exhibiting superior performance compared to silicon is therefore contemplated. Gallium nitride (GaN) is one of the materials that, thanks to its physical properties, meet the manufacturing requirements of power converters. Furthermore, the AlGaN/GaN heterostructure high electronic mobility transistor (HEMT) is one a power device that contributes to the innovation in power conversion technologies. However, many reliability issues affect the electrical performance of these devices and require efforts of analysis and understanding. The contributions of this work fit precisely in this topic. The characterization of the dynamic On-state resistance of GaN HEMT transistors, which is a critical problem, is necessary to understand the dynamics of certain phenomena such as trapping. In this work, we focus on characterizing the effects of trapping induced by defects that may exist in the different layers of the structure. We propose a new general measurement methodology allowing reliable and reproducible results and showing the importance of mastering the initial conditions before each measurement. These dynamic phenomena are characterized using current measurements as a function of time, realized on TLM structures coming from different technological batches, under electrical and/or optical stimulations. Two characterization methods of these defects are proposed. The purpose of the first method is to stress the device by a negative voltage applied to the substrate to stimulate the defects located between the 2DEG channel and the substrate, while the second one consists in illuminating the device under test with a light source whose corresponding photon energy is chosen to affect only the traps present in the materials. The effect of the illumination on the contact resistances is then studied, showing a non-negligible contribution of these resistances in the total resistance and thus highlighting, for the first time, that the degradation of the dynamic on-state resistance may be due not only to phenomena in the 2DEG channel but also to phenomena at the ohmic contacts.[...]

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Jouk, Martin. "Étude de la fabrication de nouveaux composants à base de Nitrure de Gallium (GaN) pour les applications de puissance". Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4012.

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Le Nitrure de Gallium (GaN) possède une grande largeur de bande interdite (3. 4eV), une densité de porteurs intrinsèques extrêmement faible, une vitesse de saturation des électrons importante ainsi qu’un fort champ de claquage fonctionnant sous fortes puissances et hautes tensions. Alors que des transistors HEMT’s (High Electron Mobility Transistors) hyperfréquences AlGaN/GaN sont déjà présents sur le marché, aucun transistor haute tension à base de GaN n’a encore été commercialisé. Pour les applications haute puissance/haute tension, les architectures verticales possèdent un meilleur compromis entre tension de claquage, résistance à l’état passant et surface utilisée par rapport aux architectures latérales. Le but de cette thèse est de développer les principales étapes nécessaires à la fabrication d’un transistor HEMT vertical à base de GaN. Dans cette thèse, nous démontrons la croissance pleine plaque de structures GaN (comprenant des Couches de Blocages du Courant) caractérisées par une surface lisse comme requis pour l’obtention d’un gaz 2D hautement conducteur à l’interface AlGaN/GaN. Nous décrivons également la réalisation de gravures profondes satisfaisantes de structures GaN par RIE. Enfin, malgré la non-uniformité du profil du matériau sélectivement déposé, nous avons trouvé des paramètres de croissance sélective compatibles avec le fonctionnement et la fabrication du transistor GaN vertical. Le défi principal restant pour la fabrication de HEMTs GaN verticaux très performants consiste à obtenir des Couches de Blocage du Courant encore plus isolantes (et sur substrat Silicium)
Gallium Nitride wide bandgap (3. 4eV), low intrinsic carrier concentration, high electron saturation velocity and high electric breakdown field (3,3 MV/cm) makes this material very appealing for high power/high voltage applications. While high power Radio Frequency AlGaN/GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistors) are already commercially available, high voltage switches made of Gallium Nitride have not been released yet. For high power/high voltage applications, vertical architecture has proven to be superior to lateral architectures due to an improved tradeoff between breakdown voltage and specific on-state resistance. The goal of this thesis is to develop the technological steps requires for the fabrication of a GaN vertical HEMT (High Electron Mobility Transistor). In this thesis, we demonstrate the growth of GaN structures with embedded Current Blocking Layers that are characterized by a smooth surface as required for obtaining a highly conductive 2D gas as the GaN/AlGaN interface. We also describe the realization of satisfying deep etches of GaN structures by Reactive Ion Etching. Finally, despite the non-uniformity of the selectively grown material, we have found selective growth parameters compatible with the fabrication and operation of the vertical GaN HEMT. The main hurdle remaining for the fabrication of vertical GaN HEMTs with high performances consists in obtaining Current Blocking Layers with improved characteristics

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Jaud, Alexandre. "Croissance homo-épitaxiale VLS et étude du dopage au magnésium de GaN pour la protection périphérique de composants de puissance". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSE1181/document.

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Dans le contexte de la protection périphérique des composants de puissance en GaN, nous avons exploré une voie originale pour réaliser l'homo-épitaxie localisée de GaN de type p, reposant sur une approche Vapeur-Liquide-Solide (VLS). Le cycle de croissance comprend 3 étapes successives. Dans un premier temps, du Ga est déposé par MOCVD, formant un réseau de gouttelettes de diamètres submicrométriques. Puis, du Mg est incorporé aux gouttelettes à partir de la phase gazeuse, en utilisant le précurseur (MeCP)2Mg. Enfin, les gouttelettes de Ga-Mg sont nitrurées à 500-700°C sous un flux de NH3 dilué dans un gaz porteur. À l'issue d'un cycle complet de croissance, on obtient systématiquement un réseau de plots et/ou d'anneaux de GaN, bien séparés. L'augmentation de la teneur en Mg dans les gouttes favorise un mécanisme de croissance purement VLS, à l'interface Liq/Sol (formation de plots), plutôt qu'une croissance le long de la ligne triple (formation d'anneaux). Ces structures de GaN présentent un caractère homo-épitaxial, mais une plus forte défectuosité que leur germe. En utilisant une approche multi-cycles, nous avons pu élaborer des films de GaN:Mg présentant des concentrations en Mg très élevées, contrôlables entre 3.1019 cm-3 et 8.1021 cm-3. Cependant, de fortes concentrations en impuretés C, H et O ont également été détectées dans ces films. Diverses voies ont été explorées, sans succès, pour tenter de réduire la contamination en O, d'un niveau rédhibitoire pour l'obtention d'un dopage de type p. En pratique, les films de GaN:Mg obtenus apparaissent très conducteurs de type n, pour des dopages au Mg modérés, et semi-isolants aux plus forts dopages. Différents matériaux de masques ont été testés en vue de localiser la croissance
For peripheral protection of GaN power electronics devices, we have explored a new approach for performing localized homo-epitaxy of p-doped GaN, by implementing Vapor-Liquid-Solid (VLS) transport. The growth cycle includes three successive steps. At first, Ga is deposited onto the seed surface by MOCVD from TEG, resulting in an array of Ga droplets with submicrometric diameters. Then, Mg is incorporated into the droplets from the gas phase, using (MeCP)2Mg precursor. In the last step, Ga-Mg droplets are nitridated at 500-700°C in flowing ammonia diluted in a carrier gas.After one complete growth cycle, a network of well separated submicrometric GaN dots or ring-shaped features is systematically obtained. Increasing the Mg incorporation into the droplets drastically influences the growth mode, promoting a pure VLS growth mechanism, at the Liquid/Solid interface, versus growth at the triple line. Such GaN structures show a homo-epitaxial relationship with the seed, but a higher crystalline imperfection. Using a multi-cycles approach, GaN films could be obtained, with very high Mg concentrations tunable from 3.1019 to 8.1021 cm-3. Nevertheless, O, C and H impurities are also incorporated at high levels. Various approaches have been vainly investigated to try reducing O contamination level, prohibitive for obtaining p-type material. Actually, as-grown GaN:Mg films are n-type and highly conductive, for moderate Mg concentrations, and become semi-insulating at highest doping levels. Various masking materials have been tested for growth localization purpose

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Videau, Nicolas. "Convertisseurs continu-continu non isolés à haut rapport de conversion pour piles à combustible et électrolyseurs - Apport des composants GaN". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2014. http://oatao.univ-toulouse.fr/15740/7/Videau_2.pdf.

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Face aux enjeux énergétiques d’aujourd’hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l’éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s’affranchir du caractère discontinu de la production d’électricité et de l’inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l’énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d’énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l’hydrogène par électrolyse de l’eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l’électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d’énergie renouvelable, la batterie hydrogène produit de l’énergie électrique non carbonée, c’est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L’intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l’énergie et la puissance du système. Tant que la pile à combustible est alimentée en gaz, elle fournit de l’électricité, l’énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance, quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversion de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est ici envisagée, la présence d’un convertisseur DC-DC à haut rendement à fort ratio de conversion est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l’optimisation du rendement, deux axes de recherche sont développés. Le premier axe développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé « miroir » obtenus dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d’efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe porte sur de nouveaux composants de puissance en nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologiques et scientifiques de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

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Videau, Nicolas. "Convertisseurs continu-continu non isolés à haut rapport de conversion pour Piles à Combustible et Electrolyseurs - Apport des composants GaN". Phd thesis, Institut National Polytechnique de Toulouse - INPT, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00988205.

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Face aux enjeux énergétiques d'aujourd'hui et de demain, le développement des énergies renouvelables semble inéluctable. Cependant, la production électrique de sources renouvelables prometteuses comme le photovoltaïque ou l'éolien est intermittente et difficilement prévisible du fait de la dépendance de ces sources aux conditions météorologiques. Afin de s'affranchir du caractère discontinu de la production d'électricité et de l'inadéquation de la production avec la consommation, un moyen de stockage de l'énergie électrique est nécessaire. Dans ce contexte, la batterie hydrogène est une des solutions envisagées. Lors de périodes de surproduction d'énergie renouvelable, un électrolyseur produit de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Lorsque cela est nécessaire, une pile à combustible fournit de l'électricité à partir du gaz stocké. Couplé avec des sources d'énergie renouvelable, la batterie produit de l'énergie électrique non carbonée, c'est-à-dire non émettrice de gaz à effet de serre. L'intérêt majeur de cette technologie est le découplage entre l'énergie et la puissance du système. Tant que la pile est alimentée en gaz, elle fournit de l'électricité, l'énergie dépend des réservoirs de gaz. La puissance quant à elle, dépend des caractéristiques des composants électrochimiques et du dimensionnement des chaînes de conversions de puissance. Les chaînes de conversions de puissance relient les composants électrochimiques au réseau électrique. Dans le cas de la chaîne de conversion sans transformateur qui est envisagée ici, la présence d'un convertisseur DC-DC à haut rendement est rendue nécessaire de par la caractéristique basse tension fort courant des composants électrochimiques. Avec pour but principal l'optimisation du rendement, deux axes de recherches sont développés. Le premier axe de recherche développe un convertisseur multicellulaire innovant à haut rendement à fort ratio de conversion. Les résultats expérimentaux du convertisseur appelé 'miroir' obtenu dans deux expérimentations ont démontré la supériorité de cette topologie en terme d'efficacité énergétique par rapport aux convertisseurs conventionnels. Le deuxième axe de recherche porte sur de nouveaux composants de puissance au nitrure de gallium (GaN) annoncés comme une rupture technologique. Un convertisseur buck multi-phases illustre les défis technologique et scientifique de cette technologie et montre le fort potentiel de ces composants.

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Berthelot, Laurent. "Réalisation et caractérisation de composants luminescents à base de semiconducteurs organiques : Diodes à héterojonction PVK/Alq3 : Diodes hybrides GaN/Organique". Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1999. http://www.theses.fr/1999ECDL0052.

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Ce travail de thèse porte sur l'étude de diodes électroluminescentes organiques (OLED). L'accent a été mis sur la compréhension des caractéristiques de transport ainsi que le contrôle de la couleur. Deux types de composants luminescents très différents ont été réalisés et étudiés : des OLED à hétérojonctions PVK/Alq3 et des diodes hybrides GaN/Organiques. Dans un premier temps, les différentes familles de matériaux ainsi que leurs principales caractéristiques sont présentées. Nous décrivons ensuite l'état de l'art et les limitations de ces structures organiques. La partie expérimentale décrit en détail la technologie des composants, les matériaux utilisés, leurs méthodes de mise en oeuvre ainsi que les caractéristiques physiques et électro-optiques effectuées. Les propriétés électriques et électro-optiques des OLED ont été étudiées en fonction des divers paramètres de réalisation : traitement des substrats, choix de conducteur de trous, épaisseur des couches, nature de l'hétérostructure. Les résultats ont été analysés sur la base des modèles de conduction compatibles avec les semi-conducteurs organiques (charge d'espace ou mobilité dépendante du champ électrique) afin d'identifier les modes de conduction dominants. Dans le but de contrôler la couleur d'émission, deux méthodes ont été évaluées : le dopage d'une des couches de transport par un colorant laser et l'utilisation de couche de recombinaison (oligomère de PPV) insérée entre les deux couches de transport. Les couleurs ont pu être ajustées du vert vers l'orange. Des structures hybrides intégrant des diodes GaN et de matériaux luminescents organiques et inorganiques ont été réalisées. Des composants émettant soit une lumière blanche soit une lumière contrôlable du bleu à l'orange ont été obtenus.

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Minko, Auxence. "Technologie des composants de type HEMTs AlGaN/GaN sur substrat silicium pour des applications en amplification de puissance et faible bruit". Lille 1, 2004. http://www.theses.fr/2004LIL10109.

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Ce travail est axé sur le développement de la technologie de transistors sur une filière de semiconducteurs à large bande interdite de type nitrure d'élément III épitaxiés sur substrat silicium. Le but de cette thèse est de développer une technologie permettant de réaliser des transistors performants pour les applications de puissance (HPA) et les applications faible bruit (LNA). Les études sont basées sur le transistor à effet de champ à hétérojonction HEMT (High Electron Mobility Transistor). Dans ce mémoire nous développons les analyses et les résultats des HEMTs AlGaN/GaN sur substrat Si (111). Après avoir présenté les propriétés du matériau GaN et les conditions de croissance sur les différents types de substrat, nous montrons les outils. Technologiques utilisés pour atteindre ce but. Les recherches menées en technologie concernent principalement l'amélioration des contacts ohmiques et la technologie de grille. La réalisation de grilles en T submicroniques de l'ordre de 0. 15 [micron] a permis la fabrication de composants présentant des fréquences de transition extrinsèques proche de 60 GHz et Une transconductance extrinsèque de l'ordre de 280 mS/mm. Nous avons mis en évidence que les dernières améliorations réalisées sur l'épitaxie des couches alliées à l'optimisation de la technologie des transistors, permettent d'atteindre des performances en puissance de l'ordre de 2. 6 W/mm à 10 GHz et des performances en bruit RF avec un facteur de bruit de 0. 94 dB associé à un gain de 13 dB à 10 GHz.

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Barranger, Damien. "Développement de transistor AlGaN/GaN E-mode sur substrat silicium 200 mm compatible avec une salle blanche CMOS". Thesis, Lyon, 2017. http://www.theses.fr/2017LYSEI135.

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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

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Kabouche, Riad. "Caractérisations de composants et Conceptions de circuits à base d’une filière émergente AlN/GaN pour applications de puissance en gamme d’ondes millimétriques". Thesis, Lille 1, 2017. http://www.theses.fr/2017LIL10200/document.

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La technologie Nitrure de Gallium s’impose actuellement comme le candidat idéal pour les applications de forte Puissance en gamme d’ondes millimétriques. Les caractéristiques de ce matériau le prédisposent à un fonctionnement à haute tension sans sacrifier la montée en fréquence, illustrées par son champ de claquage et sa vitesse de saturation des électrons élevés. Ces travaux de recherche s’inscrivent, dans un premier temps, dans le développement d’un banc de mesures permettant la caractérisation « grand signal », dite LoadPull dans la bande Ka et Q, en mode continu et impulsionnel de cette technologie émergente. En effet, la forte densité de puissance qu’est capable de générer la technologie GaN a rendu le développement de ce banc indispensable et relativement unique. Par ailleurs, cette étude s’est focalisée, dans la caractérisation de plusieurs filières innovantes qui ont mis en évidence des performances à l’état de l’art, avec un rendement en puissance ajoutée PAE de 46.3% associée à une densité de puissance de 4.5W/mm obtenue pour une fréquence d’opération de 40 GHz en mode continu. Enfin, ces travaux de thèse ont permis de générer la conception et la réalisation de deux amplificateurs de puissance en technologie GaN sur substrat silicium (basée sur la filière industrielle OMMIC) en bande Ka, représentant la finalité d’une démarche cohérente de l’étude de transistors en technologie GaN à la réalisation de circuits de type MMIC. Ces deux amplificateurs ont été conçus pour des objectifs biens précis : combiner puissance élevée et rendement PAE élevé et repousser les limites en termes de largeur de bande
Gallium Nitride (GaN) technology is now the ideal candidate for high power applications in the millimeter wave range. The characteristics of this material enable high voltage operation at high frequency, as illustrated by its breakdown field and high electron saturation velocity. This research work has initially allowed the development of a test bench capable of "Large Signal" characterization, called LoadPull up to Q band, in continuous-wave and pulsed mode of this emerging technology. Indeed, the high power density generated by the GaN technology has made the development of this bench unavoidable and relatively unique. In addition, this study has focused on the characterization of several innovative types of devices that have demonstrated state-of-the-art performance, with a power added efficiency (PAE) above 46% associated to a power density of 4.5 W/mm obtained for an operating frequency of 40 GHz in continuous-wave. Finally, this work aimed the design and fabrication of two power amplifiers on silicon substrate (based on the industrial OMMIC technology) in the Ka-band, showing the possibility of achieving MMIC type circuits from advanced GaN transistors technology. These two amplifiers were designed for specific purposes: combining high power and high PAE performance and pushing bandwidth limits

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Derkacz, Pawel. "Convertisseur GaN optimisé vis-à-vis de la CEM". Electronic Thesis or Diss., Université Grenoble Alpes, 2024. http://www.theses.fr/2024GRALT067.

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Cette thèse étudie les possibilités de réduction des interférences électromagnétiques pour les convertisseurs d'électroniques de puissance utilisant des transistors GaN dans trois domaines principaux: la stratégie de contrôle, la conception des circuits imprimés ainsi que l'agencement des composants de puissance et les éléments magnétiques à haute fréquence. Sur la base d'un convertisseur Buck, l’impact de la contribution de la commutation dure et douce sur le bruit conduit généré (mode commun (CM) et mode différentiel (DM)) a été étudiée. L'effet positif de la commutation douce sur la réduction des perturbations CEM dans une gamme de fréquence spécifique a été démontré. L'impact des attributs de la conception de l'agencement a également été observé et la nécessité de l'optimiser a été soulignée. Ensuite, une étude détaillée de l'identification des éléments parasites dans un seul bras d'onduleur est présentée. Des domaines spécifiques de préoccupation ont été détaillés et examinés plus loin dans la thèse. Le flux de travail de simulation développé dans Digital Twin utilisé pour étudier l'impact des éléments de disposition individuels sur la CEM est présenté. Le banc d'essai de laboratoire utilisé pour les mesures CEM est également présenté, ainsi qu'une description des précautions nécessaires. En outre, les deux concepts clés mis en œuvre dans l'agencement - le blindage et le Power-Chip-on-Chip (PCoC) - sont présentés. Leur efficacité dans la réduction des interférences électromagnétiques de près de 20~dB a été confirmée par la simulation et l'expérimentation. Enfin, le concept d'inducteur intégré est présenté, qui peut être mis en œuvre en même temps que les solutions précédentes. L'efficacité d'un inducteur intégré planaire connecté au point central du pont a été démontrée par des études de simulation. La méthode de l'auteur pour identifier l'impédance de l'inducteur intégré et les principaux éléments parasites (en termes de CEM) a également été développée et présentée en détail. En conclusion, ce travail présente une série de solutions qui réduisent de manière significative l'EMI dans les convertisseurs à base de GaN, qui ont été validées par simulation et expérience et qui peuvent être appliquées à tous les types de convertisseurs électroniques de puissance
The thesis investigates the possibility of EMI mitigation for power electronic converters with GaN transistors in three key areas: control strategy, layout design, and integrated magnetic filter. Based on a Buck converter, the contribution of hard and soft switching to the generated conducted noise (Common Mode (CM) and Differential Mode (DM)) has been investigated. The positive effect of soft switching on EMI reduction in a specific frequency range was demonstrated. The impact of layout design attributes was also observed and the need to optimize it was highlighted. Next, a detailed study of the identification of parasitic elements in a single inverter leg is presented. Specific areas of concern were detailed and considered later in the thesis. The developed simulation workflow in Digital Twin used to study the impact of individual layout elements on EMC is presented. The laboratory test bench used for EMC measurements is also presented, together with a description of the necessary experimental precautions. Furthermore, the two key concepts implemented in the layout - shielding and Power-Chip-on-Chip (PCoC) - are presented. Their effectiveness in reducing EMI by almost 20~dB was confirmed by simulation and experiment. Finally, the Integrated Inductor concept is presented, which can be implemented together with the previous solutions. The effectiveness of a planar Integrated Inductor connected to the middle point of the bridge was demonstrated by simulation studies. The author's method for identifying the impedance of the Integrated Inductor and the key parasitic elements (in terms of EMC) has also been developed and presented in details. In conclusion, the work presents a series of solutions that significantly reduce EMI in GaN-based converters, which have been validated by simulation and experiment and can be applied to all types of power electronic converters

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Duquenne, Cyril. "Procédés plasmas pour l'optimisation des matériaux intervenant dans le management thermique et la passivation de composants de puissance hyperfréquences à base de GaN et AlGaN". Phd thesis, Université de Nantes, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00457286.

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Ces travaux concernent la mise au point d'un procédé de synthèse de couches minces à basse température d'un matériau diélectrique à forte conductivité thermique pour la passivation de composants HEMT GaN hyperfréquence de puissance. A l'heure actuelle, les performances des composants HEMT (High Electron Mobility Transistor) GaN, bien que très supérieures aux performances des HEMT GaAs, sont directement limitées par la résistance thermique du dispositif. L'intégration d'un matériau de passivation à forte conductivité thermique devrait permettre de diminuer la résistance thermique des composants et d'accroître leurs performances. Le procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les contraintes de température imposées par les technologies de la microélectronique. Notre étude s'est orientée sur l'optimisation de la croissance de films minces de nitrure (AlN et BN) et leur caractérisation structurale par DRX, FTIR, SAED et HRTEM. Le procédé de dépôt a été caractérisé par sonde de Langmuir et analyses OES. Dans le cas de l'AlN, nous avons mis en évidence l'effet prépondérant de la configuration du champ magnétique sur la qualité structurale des films. Un tel contrôle du procédé a permis d'obtenir une croissance épitaxiale de l'AlN sur AlGaN. Les propriétés thermiques des films ont été déterminées grâce au développement d'une méthode de mesure originale bien adaptée à la caractérisation des couches minces. Celle-ci nous a permis de mettre en évidence la corrélation entre les valeurs de conductivité thermique et les caractéristiques des films. In fine, une conductivité thermique de 170 W.K-1.m-1 a été obtenue pour les films d'AlN.

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Duquenne, Cyril. "Procédés plasmas pour l'optimisation des matériaux intervenant dans le management thermique et la passivation de composants de puissance hyperfréquences à base de GaN et A1GaN". Nantes, 2008. http://www.theses.fr/2008NANT2061.

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Ces travaux concernent la mise au point d’un procédé de synthèse de couches minces à basse température d’un matériau diélectrique à forte conductivité thermique pour la passivation de composants HEMT GaN hyperfréquence de puissance. A l’heure actuelle, les performances des composants HEMT (High Electron Mobility Transistor) GaN, bien que très supérieures aux performances des HEMT GaAs, sont directement limitées par la résistance thermique du dispositif. L’intégration d’un matériau de passivation à forte conductivité thermique devrait permettre de diminuer la résistance thermique des composants et d’accroître leurs performances. Le procédé magnétron a été choisi pour sa compatibilité avec les contraintes de température imposées par les technologies de la microélectronique. Notre étude s’est orientée sur l’optimisation de la croissance de films minces de nitrure (AlN et BN) et leur caractérisation structurale par DRX, FTIR, SAED et HRTEM. Le procédé de dépôt a été caractérisé par sonde de Langmuir et analyses OES. Dans le cas de l’AlN, nous avons mis en évidence l’effet prépondérant de la configuration du champ magnétique sur la qualité structurale des films. Un tel contrôle du procédé a permis d’obtenir une croissance épitaxiale de l’AlN sur AlGaN. Les propriétés thermiques des films ont été déterminées grâce au développement d’une méthode de mesure originale bien adaptée à la caractérisation des couches minces. Celle-ci nous a permis de mettre en évidence la corrélation entre les valeurs de conductivité thermique et les caractéristiques des films. In fine, une conductivité thermique de 170 W. K-1. M-1 a été obtenue pour les films d’AlN
This work is dedicated to the development and the optimization of a low temperature (<300°C) thin film deposition process. The targeted material is a nitride dielectric (AlN, BN) with a high thermal conductivity dedicated to the passivation of high power high frequency HEMT GaN devices. Nowadays, the GaN HEMT (High Electron Mobility Transistor) performances are directly limited by their thermal resistance. The integration of a dielectric material with a high thermal conductivity is expected to improve the thermal behavior of the device and to increase their performances. The magnetron sputtering has been chosen for its compatibility with microelectronic processes. This study addressed first an in depth study of magnetron sputtering deposition process for thin films (AlN and BN) and second a extended study of the physico chemical properties of the obtained thin films using XRD, FTIR, Raman spectroscopy, SAED and HRTEM. The magnetron sputtering process was study by Langmuir probe measurement and Optical Emission Spectroscopy. In the case of AlN films, we highlighted the first order effect of the magnetic field configuration on the film properties. Such a process control allowed obtaining an epitaxial growth of AlN films on AlGaN substrate at temperature below 250°C. The thermal properties of the thin films were investigated using an original electro-thermal measurement method well adapted to thin films. Such studies allowed underlining the relationship between thermal conductivity and thin film microstructure and to reach a further optimization of the thermal properties of AlN thin films up to 170 W. K-1. M-1

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Mrad, Mrad. "Epitaxie de couches d'alliages quaternaires à base d'InAIGaN pour les transistors de haute performance". Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY023.

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Le CEA comme Commissariat aux Energies Atomiques et Alternatives a comme objectif de développer et soutenir les avancées scientifiques et technologiques dans le domaine de l'énergie propre. Dans ce cadre le CEA LETI étudie et développe des composants de puissance et d'éclairage de basse consommation (LED) en partenariat avec plusieurs industriels majeurs du domaine. Concernant la puissance, l'objectif est l'obtention de composants fonctionnant à haute tension et permettant le passage de courant de 100A. Les propriétés du GaN et de ses alliages permettent la réalisation de transistors de puissance à fortes performances, si on les compare aux traditionnels transistors à base de silicium. Actuellement, une barrière hétéro-épitaxiée à base d'AlGaN est couramment utilisée, mais ses propriétés peuvent être limitées du fait de la forte différence de paramètres de maille cristalline entre cette barrière et le GaN. Afin de satisfaire les besoins des futurs composants à base de GaN, en termes de fiabilité et de performance, nos premiers travaux ont démontré la faisabilité d'épitaxie d'une couche barrière d'InAlN à paramètre de maille plus proche de celui du GaN. Cette thèse se place dans la continuité de ces travaux : il s'agira de poursuivre les études sur les films d'InGaAlN, d'en identifier les limites d'application et de développer des épitaxies de films quaternaires permettant de répondre à ces limites
CEA is dedicated to working on Atomic and Alternative Energy, to advance clean technologies using science and technology. As part of these developments, CEA-LETI is developing high power transistors and low energy LEDs with several major companies. For high power transistors, the goal is to have components working at high voltage, and passing a current of up to 100A. The properties of GaN and its alloys are particularly appropriate for these components, when compared with the more traditional transistor materials such as silicon. Currently, GaN devices typically use a heteo-structure, with an AlGaN barrier grown on GaN layers. However, due to the difference in lattice parameter between these two materials, the device performance can be limited. In order to further improve the devices, in terms of performance and reliability, we have started to develop new barrier materials based on InAlN, which has the same lattice parameter as GaN. This PhD is a continuation of these initial developments, with the intention of adapting and developing these layers for specific applications, including the growth of quaternary films composed of InGaAlN

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Abou, Daher Mahmoud. "Réalisation et optimisation de transistors HEMT GaN forte puissance et haute fréquence par technologie de transfert de couches sur substrat hôte". Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30046.

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Le marché des télécommunications tire profit des nouvelles technologies Nitrures qui sont en véritable rupture de performances par rapport aux technologies traditionnellement utilisées. Les recherches actuelles ouvrent de nombreuses pistes et solutions alternatives afin de couvrir des contraintes parfois antagonistes de coût, de performances et/ou de fiabilité. La plupart des HEMTs AlGaN / GaN est fabriquée sur un substrat de silicium hautement résistif à faible coût ou sur substrat SiC beaucoup plus onéreux et sensible du point de vue approvisionnement. Les contraintes de performances électriques requises lors de l'intégration de ces technologies dans les systèmes radars, les satellites et en télécommunication rendent les HEMTs très dépendants au paramètre de température de fonctionnement, essentiellement liée à la forte puissance dissipée lors du transfert d'énergie statique/dynamique. En effet, ces composants sont capables de générer des densités de puissance élevées dans le domaine des hyperfréquences. Aussi, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement s'accompagne d'une augmentation de la puissance dissipée engendrant le phénomène d'auto-échauffement qui influe sur les performances des composants (ID,max,ft,fmax...). Dans ce contexte, plusieurs solutions ont déjà été proposées dans la littérature (utilisations des substrats composites, passivation des composants, etc...). De plus, la technologie de transfert des HEMTs d'un substrat de croissance initial vers un substrat hôte de bonne conductivité thermique (tel que le substrat de diamant) est une solution prometteuse, encore peu détaillée à ce jour. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la dissipation thermique et donc les performances et la fiabilité des transistors HEMT hautes fréquences en utilisant la technologie de transfert de couche. Les hétérostructures AlGaN/GaN sont développées sur substrat de silicium par MOCVD au CHREA. Après la fabrication des HEMTs sur substrat de silicium au sein du laboratoire IEMN, les composants (pour lesquels le substrat silicium a été retiré) sont transférés sur un substrat de diamant. Ce transfert est obtenu grâce à un collage par thermocompression de couche d'AlN pulvérisées sur chaque surface à assembler (face arrière des transistors et substrat diamant). Le procédé de transfert développé n'a pas endommagé la fonctionnalité des transistors HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (Lg = 80 nm). Les transistors de développement 2x35 µm transférés sur diamant présentent un courant ID,max = 710 mA.mm-1, une fréquence de coupure ft de 85GHz et une fréquence d'oscillation fmax de 144GHz. Toutefois, la technique de transfert mérite des phases d'optimisations (notamment pour diminuer l'épaisseur et améliorer la qualité cristalline et la conductivité thermique des couches d'AlN) afin de mieux satisfaire aux contraintes de réduction de résistance thermique de cette couche d'assemblage et ainsi limiter le phénomène d'auto-échauffement relevé à l'issue de ces travaux de thèse
Wireless telecommunication market largely benefits from new nitride technologies, which reach outstanding performance compared with traditional technologies. Current research is opening up many new strategies and alternative solutions to address simultaneously antagonist considerations such as cost, performances and/or reliability. Most AlGaN / GaN HEMTs are fabricated on a low cost, highly resistive silicon substrate or on a much more expensive and supply sensitive SiC substrate. However, the electrical performance constraints required when these technologies are integrating into radar systems, satellites and in telecommunications systems make them dependent to the operating temperature parameter, mainly linked to the high power dissipation during static/dynamic energy transfer. Indeed, these components are capable of generating high power densities in the microwave range. However, the operating frequency increase leads an increase of the power dissipation, generating the self-heating phenomenon which influences the devices performance (ID,max,ft,fmax...). In this context, several solutions were already proposed in the literature (use of composite substrates, passivation of devices, etc.). Furthermore, the layer transfer technology to report HEMTs from growth substrate onto a host substrate with a good thermal conductivity (such as diamond substrate) is a promising solution, still poorly detailed to date. The objective of this thesis work is to improve the heat dissipation and thus the performance and reliability of high-frequency HEMT transistors by using a layer transfer technology. AlGaN / GaN heterostructures are grown on a silicon substrate by MOCVD at CHREA. After the fabrication of HEMTs on a silicon substrate, AlGaN / GaN devices (for which the silicon substrate has been removed) are transferred onto a CVD diamond substrate. This transfer is obtained by thermocompression bonding of sputtered AlN layers on each surface to be assembled (backside of the transistors and diamond substrate). This transfer process has not damaged the functionality of the transistors with short gate length (Lg = 80 nm). The AlGaN/GaN HEMTs with a 2x35 µm development transferred onto diamond of feature a current ID,max = 710 mA.mm-1, a cutoff frequency ft of 85GHz and an oscillation frequency fmax of 144GHz. However, this transfer technique requires optimization phases (especially to reduce thickness and improve the crystalline quality and thermal conductivity of AlN layers) in order to reduce the thermal resistance of this adhesion layer and to limit the self-heating phenomenon noted at the end of this thesis work

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Meyer, Sandra de. "Etude d'une nouvelle filière de composants HEMTs sur technologie nitrure de gallium : Conception d'une architecture flip-chip d'amplificateur distribué de puissance à très large bande". Limoges, 2005. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/c6724388-69b6-4017-a9a5-6408d2282ef8/blobholder:0/2005LIMO0030.pdf.

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Ces travaux se rapportent à l'étude de transistors HEMTs GaN pour l'amplification de puissance hyperfréquence. L'analyse des caractéristiques des matériaux grand gap, et plus précisément du GaN, est réalisée afin de mettre en évidence leur intérêt pour des applications d'amplification de puissance large bande. Des résultats de caractérisation et modélisation électrique de composants sont présentés. Par la suite, la méthode de modélisation hybride de composant est exposée et mise en œuvre sur différentes topologies et montages de HEMTs GaN. La finalité de ces travaux concerne la conception d'amplificateurs distribués de puissance large bande à base de cellules cascode de HEMTs GaN, reportés en flip-chip sur un substrat d'AlN. Il s'agit d'un premier pas vers le MMIC GaN étant donné que des capacités et résistances sont intégrées sur la puce de GaN. L'une des versions permet d'atteindre 10W sur la bande 4-18GHz avec une PAE associée de 20% à 2dB de compression
This work deals with the characterization of GaN HEMTs for RF power applications. In a first step, the properties of wide band-gap materials, and especially the GaN material, are analyzed in order to highlight their capabilities for wide band power amplifiers application. Results on characterization and linear/non-linear electrical and electromagnetic simulations, is exposed and applied to analyze different topologies and mountings of GaN HEMTs. This work is finalized with the design of wide band power amplifiers, showing a distributed architecture of cascode cells using GaN HEMTs and flip-chip mounted onto an AlN substrate. It appears as the first step toward GaN MMIC designs as capacitors and resistors are implemented on the GaN die. One version allows obtaining 10W over a 4 to 18GHz bandwidth, with an associated PAE of 20% at 2dB compression input power

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Tartarin, Jean-Guy. "LE BRUIT DE FOND ÉLECTRIQUE DANS LES COMPOSANTS ACTIFS, CIRCUITS ET SYSTÈMES DES HAUTES FRÉQUENCES : DES CAUSES VERS LES EFFETS". Habilitation à diriger des recherches, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00539034.

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Les travaux présentés dans ce mémoire d'habilitation portent sur l'impact du bruit de fond électrique sur les technologies des composants actifs, les circuits et les systèmes des hautes fréquences. Durant nos 12 dernières années de recherche, nous nous sommes notamment intéressés à des filières émergentes à fort potentiel d'intégration (BiCMOS Silicium-Germanium) ou encore à forte puissance (GaN) : nous avons ainsi développé des modèles électriques (petit signal et fort signal) et en bruit (basse fréquence et haute fréquence) des composants actifs pour identifier les pistes d'améliorations technologiques, pour localiser les défauts structurels ou pour étudier le comportement de ces mêmes défauts après l'application de contraintes simulant un vieillissement accéléré. Sur la base de la connaissance des composants actifs (transistor bipolaire à hétérojonction et transistors à effet de champ), nous avons développé des circuits intégrés MMIC faible bruit à 10 GHz et 20 GHz (amplificateurs et oscillateurs) dont certains se positionnent à l'état de l'art : des comparaisons de topologies ont notamment été réalisées sur différentes versions intégrées d'oscillateurs contrôlés en tension de type MMIC SiGe. Nous proposons également une discussion sur la pertinence des facteurs de mérite usuellement employés. D'autres études sur des atténuateurs programmables MMIC SiGe ont fait l'objet de brevets. La troisième partie, orientée système, aborde l'étude du bruit d'un récepteur : nous traitons ainsi le cas d'un étage de réception affecté par la chaîne d'émission, en proposant différentes parades permettant de limiter les dégradations de son plancher de bruit ; une technique de filtre compact intégré à l'amplificateur faible bruit a ainsi été brevetée. Enfin, le cas d'un système de liaison hertzienne embarqué sur automobile est abordé. Diverses stratégies sont ainsi proposées pour pallier les évènements conduisant à une rupture de la liaison (diversité temporelle, diversité spatiale et diversité de polarisation). Ces études reposent sur une approche mixte de traitement de mesures par des modèles théoriques, et des simulations électromagnétiques.

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Rennane, Abdelali. "Caractérisation et modélisation du bruit basse fréquence des composants bipolaires et à effet de champ pour applications micro-ondes". Toulouse 3, 2004. http://www.theses.fr/2004TOU30236.

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Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet principal l’étude des phénomènes de bruit du fond électrique basse fréquence dans des transistors pour applications micro-ondes de type effet de champ (HEMT) sur SiGe et GaN ainsi que de type bipolaire à hétérojonction (TBH) à base de silicium-germanium (SiGe). Dans un premier chapitre nous rappelons les caractéristiques et propriétés essentielles des sources de bruit en excès que l’on rencontre généralement dans ce type de composants et proposons une description des bancs de mesure de bruit mis en oeuvre. Dans les deuxième et troisième chapitres, nous proposons une analyse détaillée de l’évolution du bruit observé en fonction de la fréquence, de la polarisation, et de la géométrie sur des HEMTs des deux familles technologiques SiGe et GaN. Nous avons en particulier étudié les deux générateurs de bruit en courant en entrée et en sortie respectivement iG et iD ainsi que leur corrélation. Ceci nous a permis, en nous appuyant aussi sur l’analyse des caractéristiques statiques des transistors, d’identifier les diverses sources de bruit en excès présentes dans ces composants et de faire des hypothèses sur leurs origines. Le dernier chapitre est consacré aux TBHs à base de SiGe. Dans une première partie nous établissons comment varie le bruit basse fréquence de TBHs, fabriqués par un premier constructeur, en fonction de la polarisation, de la géométrie et de la fraction molaire de germanium. Dans une seconde partie nous mettons en évidence, d’après nos observations effectuées sur des TBHs fabriqués par un second constructeur, l’impact important sur le bruit BF de stress thermiques appliqués sur ce type de composants
This thesis deals mainly with electrical noise in microwave silicon germanium (SiGe) and gallium nitride (GaN) field effect transistors (HEMT’s) and SiGe heterojunction bipolar transistors (HBT’s). The organisation of this memory is as follows, in first chapter, we remember the important properties of excess noise sources encountered in these type devices. In addition, we describe the measurement set-ups used for static and noise characterization. In the second and third chapters, a thoroughful analysis of the noise dependence on frequency, bias, and geometry of both SiGe and GaN HEMT’s, has been carried out, specifically, the input and output current noise sources respectively iG and iD and their correlation. This in combination with static characterization, allowed to identify the different noise sources present in these devices and their supposed origin. .

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Beye, Mamadou Lamine. "Etude et contribution à l’optimisation de la commande des HEMTs GaN". Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSEI102.

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Cette thèse s'inscrit dans un contexte de développement durable où les enjeux énergétiques consistent à concevoir des convertisseurs de puissance plus disséminés, donc avec une Spécification ambitieuse en termes de densités massique et volumique. Les composants à semiconducteur dit à grand Gap permettent l’augmentation de la fréquence de commutation et permettent un fonctionnement à plus haute température locale. Les commutations à front raides et à haute fréquence des transistors rendent le système plus sensible aux éléments parasites. Ceci perturbe en retour la commutation des transistors et génère des pertes joules supplémentaires. Dans ce contexte les travaux ont été effectués dans le cadre d’une cotutelle entre les laboratoires Ampère (INSA Lyon) et LN2 (Université de Sherbrooke), le but étant d’apporter des contributions à l’optimisation de la commutation des HEMTs GaN. Le premier axe des travaux consiste à mettre en place des stratégies de contrôle de vitesses de commutation en tension et en courant, par la grille, dans le but d’améliorer la signature CEM. Les circuits de contrôle proposés sont développés dans un premier temps en boucle ouverte puis dans un second temps en boucle fermée afin de compenser des non-linéarités (température, courant de charge et tension de fonctionnement). Les prototypes de contrôle de grille ont été testés à partir de composants discrets du marché. Des limites apparaissent, que l’intégration monolithique GaN doit corriger à terme, en particulier en atténuant fortement le problème des inductances parasites. Les analyses en simulation ont reposé sur l’adoption d’un modèle comportemental de HEMT GaN identifiable. Le deuxième axe des travaux consiste à vérifier de manière systémique différentes stratégies de contrôle de grille notamment pour la gestion du compromis entre pertes joule pendant les temps morts au sein d’un à bras d’onduleur et la performance fréquentielle des commutations. Aux termes de ces travaux, les systèmes de contrôles développés en boucle ouverte ont permis de ralentir les vitesses de commutation d’au moins 30 %, occasionnant une augmentation des pertes de commutation, dans un ordre de grandeur inférieur à 50 %. Due à la rapidité de commutation des HEMT GaN et aux limites des composants discrets du marché, le taux de réduction des vitesses de commutation obtenu avec la boucle fermée (taux de réduction inférieur à 20 %) est moins intéressant qu’avec la boucle ouverte. L’utilisation d’un circuit monolithique peut être une alternative pour augmenter le taux de réduction des vitesses de commutation en boucle fermée. Des résultats de simulation sous SPICE en vue du circuit monolithique sont à la base de cette hypothèse. Concernant le deuxième axe, l’application de commande multiniveaux de grille des transistors du bras d’onduleur a permis de réduire les pertes de conduction inverse et les pertes dues aux phénomènes de Cross Talk d’au moins 30 %
This thesis is part of the sustainable development context where the energy challenges rely on designing numerous and lumped power converters with good power density and high efficiency. New power semiconductor devices, namely wide band semiconductors (GaN, SiC) are used in designing the converters. The high frequency control of these converters makes the system more sensitive to parasitic elements. The latter elements disrupt the switching behavior of the transistors and generate additional losses. In this context this work was carried out in a cotutelle partnership between Ampère Laboratory in Villeurbanne and LN2 laboratory at the University of Sherbrooke; the aim being to make a contribution in optimizing the switching conditions of GaN HEMTs. The first work axis consists in managing the voltage and current switching speed through gate control strategies in order to improve the conducted EMI. Firstly, most of the proposed control circuits are developed in open-loop and then secondly in closed-loop in order to compensate the effects of non-linearities (with respect to temperature, load current and operating voltage). Concerning the development of control systems, it can be done first by the use of available discrete components, then by the alternative of the monolithic GaN integration which is considered in order to bring more speed and efficiency. Monolithic integration would also solve the problem of parasitic inductances. To facilitate the design of integrated circuits and control systems, the development of a behavioral model of HEMT GaN will serve as a modeling tool. The second axis of the work consists in experimentally validating well-adapted control system for the gate of the power transistor in order to master the transient behaviors of the power transistors. Namely it is necessary to allow a satisfying management of losses during dead time in a half bridge converter. At the end of this work, the control systems developed in open loop made it possible to slow the switching speeds by at least 30 % but causing an increase in switching losses up to 50% in some cases. Due to the fast switching speed of HEMT GaNs and the limitations of discrete components on the market, the reduction rate of switching speeds obtained with the closed loop (reduction rate less than 20%) is less attractive than that of the open loop. Using a monolithic circuit can be an alternative to increase the rate of reduction of closed loop switching speeds. SPICE simulation toward monolithic circuit are the basis of this hypothesis. Concerning the second axis, the application of multilevel gate voltage control of the transistors of half bridge made it possible to reduce the losses of reverse conduction and the losses due to the phenomena of Cross Talk by at least by 30 %

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Ayari, Lotfi. "Contribution au développement d’un banc de mesures temporelles 4-canaux pour la caractérisation avancée de composants et de sous-systèmes RF non linéaires". Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0117/document.

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Resumen

Les communications futures pour les applications civiles et militaires utilisent des signaux modulés complexes large bande qui seront émis à travers des amplificateurs de puissance multivoie de type DOHERTY qui devront avoir des performances en puissance, rendement, OBO et largeur de bande qui constituent aujourd’hui un véritable défi à relever. Pour ce faire les concepteurs ont besoin d’outils de caractérisation temporelle permettant la mesure normalisées et l’optimisation des tensions et courants aux accès des dispositifs non linéaires sous pointes ou connectorisés. Ce travail de thèse a permis de mettre en œuvre cet outil de caractérisation temporelle qui a été utilisé pour répondre à des besoins spécifiques pour la modélisation de transistor, pour l’optimisation de leur fonctionnement en termes de stabilité impulsion à impulsion, pour la recherche des conditions optimales de leur fonctionnement dans un amplificateur de type Doherty. Pour cette mise en œuvre une modélisation mathématique des échantillonneurs a été réalisée pour évaluer leurs performances et choisir le mieux adapté à la mesure temporelle RF. Des procédures d’étalonnages rigoureuses ont été développées pour obtenir simultanément des formes d’ondes temporelles calibrées à spectre très large (Basse fréquences jusqu’aux Hyperfréquences)
The future communications for civil and military applications will use complex wideband modulated signals to be transmitted through multi-channel DOHERTY power amplifiers which should have high performance in terms of power, efficiency, OBO, and bandwidth. In order to meet these stringent requirements, designers need time-domain characterization tools for calibrated measurements and for optimizing voltages and currents at both ports of non-linear connectorized or on-wafer devices. This work successfully implements time-domain characterization tools used to meet specific needs for transistor modeling, to optimize their operation in terms of pulse to pulse stability, and to search optimal conditions of their operation modes in a Doherty power amplifier. For this implementation, mathematical modeling is performed to evaluate sampler’s performances in terms of time-domain sampling efficiency in order to choose the best suited sampling architecture for RF time-domain measurements. Rigorous calibration procedures have been developed to obtain simultaneously full time-domain calibrated waveforms (from low Frequencies to Microwave frequencies)

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Lancry, Ophélie. "Etude par microspectrométrie Raman de matériaux et de composants microélectroniques à base de semi-conducteurs III-V grand gap". Phd thesis, Université des Sciences et Technologie de Lille - Lille I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00460102.

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Resumen

Les semi-conducteurs à base de composés III-V de type GaN présentent de nombreux avantages – liés essentiellement à leur grande bande interdite - par rapport aux semi-conducteurs traditionnels Si, ou III-V des filières GaAs. De plus, il est possible de former, comme pour les semi-conducteurs traditionnels III-V des hétérojonctions de type HEMT (High Electron Mobility Transistor) AlGaN/GaN permettant d'obtenir à la fois une forte densité de porteurs confinés à l'hétérojonction et des mobilités électroniques élevées. Ces composants sont à l'heure actuelle les candidats les plus prometteurs pour des applications hyperfréquences de puissance. Cependant, l'échauffement observé au cours du fonctionnement et les différentes étapes de réalisation des composants ont un impact anormal sur les performances intrinsèques du composant. La microspectrométrie Raman est une technique nondestructive et sans contact avec une résolution spatiale submicronique, adaptée à l'étude des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement. L'utilisation de différentes longueurs d'onde excitatrices visible et UV permet de sonder les hétérostructures à différentes profondeurs de pénétration. Les informations obtenues avec cette technique d'analyse sont la composition de l'hétérostructure, les contraintes entre les différentes couches, la résistance thermique aux interfaces, la qualité cristalline des différentes couches, le dopage et le comportement thermique des différentes couches. Le développement d'un système de microspectrométrie Raman UV résolue en temps a permis d'analyser le comportement thermique transitoire des HEMTs AlGaN/GaN en fonctionnement et plus particulièrement dans la zone active du composant.

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RENNANE, Abdelali. "Caracterisation et modelisation du bruit basse frequence des composants bipolaires et a effet de champ pour applications micro-ondes". Phd thesis, Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2004. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00009299.

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Resumen

Le travail presente dans ce memoire a pour objet principal l'etude des phenomenes de bruit du fond electrique basse frequence dans des transistors pour applications micro-ondes de type effet de champ (HEMT) sur SiGe et GaN ainsi que de type bipolaire a heterojonction (TBH) a base de silicium-germanium (SiGe). Dans un premier chapitre nous rappelons les caracteristiques et proprietes essentielles des sources de bruit en exces que l'on rencontre generalement dans ce type de composants et proposons une description des bancs de mesure de bruit mis en oeuvre. Dans les deuxieme et troisieme chapitres, nous proposons une analyse detaillee de l'evolution du bruit observe en fonction de la frequence, de la polarisation, et de la geometrie sur des HEMTs des deux familles technologiques SiGe et GaN. Nous avons en particulier etudie les deux generateurs de bruit en courant en entree et en sortie respectivement iG et iD ainsi que leur correlation. Ceci nous a permis, en nous appuyant aussi sur l'analyse des caracteristiques statiques des transistors, d'identifier les diverses sources de bruit en exces presentes dans ces composants et de faire des hypotheses sur leurs origines. Le dernier chapitre est consacre aux TBHs a base de SiGe. Dans une premiere partie nous etablissons comment varie le bruit basse frequence de TBHs, fabriques par un premier constructeur, en fonction de la polarisation, de la geometrie et de la fraction molaire de germanium. Dans une seconde partie nous mettons en evidence, d'apres nos observations effectuees sur des TBHs fabriques par un second constructeur, l'impact important sur le bruit BF de stress thermiques appliques sur ce type de composants.

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Martin, Audrey. "Etude d'une nouvelle filière de composants sur technologie nitrure de gallium. Conception et réalisation d'amplificateurs distribués de puissance large bande à cellules cascodes en montage flip-chip et technologie MMIC". Phd thesis, Université de Limoges, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00271472.

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Resumen

Ces travaux de recherche se rapportent à l'étude de transistors HEMTs en Nitrure de Gallium pour l'amplification de puissance micro-onde. Une étude des caractéristique des matériaux grand gap et plus particulièrement du GaN est réaliséé afin de mettre en exergue l'adéquation de leurs propriétés pour les applications de puissance hyperfréquence telle que l'amplification large bande. Dans ce contexte, des résultats de caractérisations et modélisations électriques de composants passifs et actifs sont présentés. Les composants passifs dédiés aux conceptions de circuits MMIC sont décrits et différentes méthodes d'optimisation que ce soit au niveau électrique ou électromagnétique sont explicitées. Les modèles non linéaires de transistors impliqués dans nos conceptions sont de même détaillés. Le fruit de ces travaux concerne la conception d'amplificateurs distribués de puissance large bande à base de cellules cascode de HEMTs GaN, l'un étant reportés en flip-chip sur un substrat d'AlN, le second en technologie MMIC. La version MMIC permet d'atteindre 6.3W sur la bande 4-18GHz à 2dB de compression. Ces résultats révèlent les fortes potetialités attendues des composants HEMTs GaN.

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Subramani, Nandha kumar. "Physics-based TCAD device simulations and measurements of GaN HEMT technology for RF power amplifier applications". Thesis, Limoges, 2017. http://www.theses.fr/2017LIMO0084/document.

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Depuis plusieurs années, la technologie de transistors à effet de champ à haute mobilité (HEMT) sur Nitrure de Gallium (GaN) a démontré un potentiel très important pour la montée en puissance et en fréquence des dispositifs. Malheureusement, la présence des effets parasites dégrade les performances dynamiques des composants ainsi que leur fiabilité à long-terme. En outre, l'origine de ces pièges et leur emplacement physique restent incertains jusqu'à aujourd'hui. Une partie du travail de recherche menée dans cette thèse est axée sur la caractérisation des pièges existant dans les dispositifs HEMTs GaN à partir de mesures de paramètre S basse fréquence (BF), les mesures du bruit BF et les mesures I(V) impulsionnelles. Parallèlement, nous avons effectué des simulations physiques basées sur TCAD afin d'identifier la localisation des pièges dans le transistor. De plus, notre étude expérimentale de caractérisation et de simulation montre que les mesures BF pourraient constituer un outil efficace pour caractériser les pièges existant dans le buffer GaN, alors que la caractérisation de Gate-lag pourrait être plus utile pour identifier les pièges de barrière des dispositifs GaN HEMT. La deuxième partie de ce travail de recherche est axée sur la caractérisation des dispositifs AlN/GaN HEMT sur substrat Si et SiC. Une méthode d’extraction simple et efficace de la résistance canal et de la résistance de contact a été mise au point en utilisant conjointement la simulation physique et les techniques de caractérisation. Le principe de l’extraction de la résistance canal est basée sur la mesure de la résistance RON. Celle-ci est calculée à partir des mesures de courant de drain IDS et de la tension VDS pour différentes valeurs de températures En outre, nous avons procédé à une évaluation complète du comportement thermique de ces composants en utilisant conjointement les mesures et les simulations thermiques tridimensionnelles (3D) sur TCAD. La résistance thermique (RTH) a été extraite pour les transistors de différentes géométries à l'aide des mesures et ensuite validée par les simulations thermiques sur TCAD
GaN High Electron Mobility Transistors (HEMTs) have demonstrated their capabilities to be an excellent candidate for high power microwave and mm-wave applications. However, the presence of traps in the device structure significantly degrades the device performance and also detriments the device reliability. Moreover, the origin of these traps and their physical location remains unclear till today. A part of the research work carried out in this thesis is focused on characterizing the traps existing in the GaN/AlGaN/GaN HEMT devices using LF S-parameter measurements, LF noise measurements and drain-lag characterization. Furthermore, we have used TCAD-based physical device simulations in order to identify the physically confirm the location of traps in the device. Moreover, our experimental characterization and simulation study suggest that LF measurements could be an effective tool for characterizing the traps existing in the GaN buffer whereas gate-lag characterization could be more useful to characterize the AlGaN barrier traps of GaN HEMT devices. The second aspect of this research work is focused on characterizing the AlN/GaN/AlGaN HEMT devices grown on Si and SiC substrate. We attempt to characterize the temperature-dependent on-resistance (RON) extraction of these devices using on-wafer measurements and TCAD-based physical simulations. Furthermore, we have proposed a simplified methodology to extract the temperature and bias-dependent channel sheet resistance (Rsh) and parasitic series contact resistance (Rse) of AlN/GaN HEMT devices. Further, we have made a comprehensive evaluation of thermal behavior of these devices using on-wafer measurements and TCAD-based three-dimensional (3D) thermal simulations. The thermal resistance (RTH) has been extracted for various geometries of the device using measurements and validated using TCAD-thermal simulations

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Salomon, Damien. "Croissance, propriétés optiques et intégration d'hétérostructures radiales InGaN/GaN autour de fils auto-assemblés de GaN crûs sur saphir et silicium". Thesis, Grenoble, 2013. http://www.theses.fr/2013GRENY052.

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Ce travail est consacré à la réalisation de diodes électroluminescentes visibles à base de fils de GaN crûs sur Si(111) par épitaxie en phase vapeur de précurseurs organo-métalliques. Nous cherchons en particulier à comprendre les mécanismes de croissance des fils de GaN et les propriétés structurales et optiques de puits quantiques InGaN/GaN cœur/coquille déposés autour de ceux-ci. La croissance de fils orientés le long de l'axe -c sur saphir est dans un premier temps détaillée et expliquée. Nous montrons que l'injection de silane pendant la croissance des fils permet de former une couche de passivation de SiNx autour de ceux-ci. L'arrêt de l'injection de silane après quelques dizaines de secondes ne modifie pas la géométrie fil et ce procédé peut donc être utilisé pour contrôler le positionnement le long du fil de la zone de dépôts des puits quantiques InGaN/GaN. Ce procédé est ensuite transféré sur substrat Si(111) grâce au dépôt préalable d'une fine couche tampon d'AlN sur le substrat. Le dépôt de puits quantiques InGaN/GaN sur les facettes non-polaires m de ces fils et l'influence de différents paramètres de croissance sur leur émission de lumière sont étudiés. Nous montrons notamment l'existence de plusieurs familles des puits quantiques dans les fils dont les longueurs d'onde d'émission ont pu être indexées à l'aide de cartographies de cathodoluminescence. La concentration en indium des puits quantiques déposés a été estimée en comparant les énergies d'émissions des puits à des simulations utilisant la théorie k.p dans l'approximations 8 bandes pour les électrons et les trous et est comprise entre 8 et 24%. Enfin, des structures LED complètes ont été déposées sur les fils de GaN par MOVPE et une électroluminescence bleue à 450 nm à température ambiante est mesurée sur des fils uniques et sur des assemblées de fils sur silicium
This work reports on the realization by metal organic vapor phase epitaxy of visible light emitting diodes based on GaN wires grown on Si(111) with a focus on understanding the wires growth mechanisms and the properties of InGaN/GaN core/shell heterostructures grown around them. First we report the MOVPE growth of –c oriented GaN wires on sapphire. We demonstrate that the injection of silane during the growth induces the formation of a SiNx passivation layer around the GaN wires, preventing the lateral expansion. The silane flow can be stopped after a certain time without modifying the wire geometry. This phenomenon is used to control the position of the InGaN/GaN multiple quantum well shells along the wires. The wire growth on sapphire has then been transferred to silicon substrate thanks to the deposition of a thin AlN buffer layer prior to the wire growth. The deposition of InGaN/GaN core/shell heterostructures on the non-polar m-plane side facets of the wires and the influence of different growth parameters on the light emission properties of the quantum wells are then studied. Several types of quantum wells grown on different facets of the wire surface are observed. These different families emit light at different wavelengths that have been indexed thanks to cathodoluminescence mapping. The indium concentration in the quantum wells deposited is estimated between 8 and 24 %, depending on the growth conditions. This estimation has been made by comparing the emission wavelength of the quantum well to the recombination energy of electrons and wells simulated using the 8x8 band k.p theory for electron and hole masses. Finally, complete LED structures have been deposited on GaN wires by MOVPE and blue electroluminescence at 450 nm has been measured on single wires and assemblies of wires on Si(111)

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Maulion, Geoffrey. "Conception, fabrication et caractérisation de composants photoniques innovants appliqués à la détection de gaz". Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS063/document.

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La détection de gaz suscite depuis une dizaine d'années, un intérêt grandissant voir galopant, cela pour diverses raisons : environnementales, de santé publique, de sécurité (Hommes et infrastructures), etc... Ce dynamisme a pour conséquence un besoin de renouvellement et de perfectionnement des moyens de détection, qui croît à mesure que les normes existantes et les secteurs d'application respectivement, se complexifient et se diversifient. Une telle frénésie entraîne naturellement l'augmentation du nombre de projets de recherche sur cette thématique : le projet ANR PEPS, débuté en 2010, est l'un d'entre-eux. Acronyme de "Pellet Photonique Sensor", il vise à démontrer la faisabilité d'une plateforme de détection photonique multi-gaz exploitant l'effet thermo-optique, grâce à la combinaison de deux éléments centraux : des nanopoudres catalytiques sélectives aux gaz visés (dihydrogène ou monoxyde de carbone) et un composant photonique planaire très sensible aux variations d'indice de réfraction. Ce manuscrit est principalement consacré à la conception (sélection et optimisation) du composant photonique
For about a decade, gas detection has known a tremendous interest, due to several reasons: environmental issues, public health, people and building safety, etc... This trend, triggered a spectacular and sustainable need of gas detection means improvement and development, which has grown with both standards sophistication and scope extension. As a matter of fact, the number of research projects related to this particular topic increased: PEPS ANR project, begun in 2010, is one of them. This research project, which is the acronym of Pellet Photonique Sensor, aim at developing a photonic multigas detection system based on thermo-optical effect, thanks to the combination of on one hand, catalitic nanopowders which react selectively with the target gas (hydrogen or carbon monoxide) and on the other hand, an high sensitive to refractive index variations planar photonic component. This thesis manuscript mostly treats of the photonic component design (choice and optimization)

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Brandelero, Julio Cezar. "Conception et réalisation d'un convertisseur multicellulaire DC/DC isolé pour application aéronautique". Phd thesis, Toulouse, INPT, 2015. http://oatao.univ-toulouse.fr/14246/1/Brandelero.pdf.

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L’électricité prend une place de plus en plus importante dans les systèmes énergétiques embarqués. L’électricité est une forme d’énergie très malléable, facile à transporter et réglable ou transformable avec un très faible taux de pertes. L’énergie électrique, associée à des convertisseurs statiques, est plus facile à maîtriser que, par exemple, l’énergie hydraulique et/ou pneumatique, permettant un réglage plus fin et une réduction des coûts de maintenance. L’évolution de la puissance dans les modèles avioniques est marquante. Avec le nombre croissant de charges électroniques, un avion plus électrique avec un réseau à courant alternatif inclurait un grand nombre de redresseurs AC/DC qui devront respecter les normes de qualité secteur. Une solution pour la réduction de la masse serait de préférer un réseau HVDC (High Voltage DC Bus). Sur les futurs modèles avioniques plus électriques, les concepteurs envisageront des conversions HVDC/DC à partir de l’unité appelée BBCU (Buck Boost Converter Unit). Dans ce cas d’étude, un réseau de distribution en tension continue (±270Vdc) est connecté à un réseau de sécurité basse tension (28Vdc) avec un échange bidirectionnel de puissance pouvant atteindre 10kW. Le convertisseur statique assurant cette liaison représente de nouveaux défis pour l’électronique de puissance en termes de fiabilité, sûreté, détection de panne, rendement et réduction de masse et de coût. Le dimensionnement du convertisseur doit prendre en compte une conception optimale, en aéronautique ce critère est la masse. Dans le processus de dimensionnement et d’optimisation du convertisseur, il est donc impératif de prendre en compte trois facteurs principaux : 1) l’évolution des topologies de conversion, 2) l’évolution des composants actifs et passifs et 3) l’intégration de puissance. La réunion de ces trois facteurs permettra ainsi la miniaturisation des convertisseurs statiques. Dans un premier temps, nous préciserons la démarche adoptée pour le dimensionnement d’un convertisseur en prenant en compte : les topologies actives, les filtres différentiels et le système de refroidissement. Les différents éléments qui composent le convertisseur sont décrits dans un langage informatique orienté objet. Des facteurs de performances seront également introduits afin de faciliter le choix des semi-conducteurs, des condensateurs et du dissipateur pour un convertisseur statique. Dans un deuxième temps, nous présenterons le fonctionnement d’une topologie multicellulaire DC/DC, isolée pour l’application proposée. Nous présenterons les avantages du couplage de différentes phases de ce convertisseur. Nous introduirons les différentes associations des cellules et leurs avantages, possibles grâce à l’isolement, comme la mise en série et en parallèle. Puisque la caractérisation des pertes des semi-conducteurs est essentielle pour le dimensionnement du convertisseur statique, nous proposerons deux approches : un modèle de simulation relativement simple et paramétré à l’aide de seules notices constructeurs ; et une méthode de mesure des pertes dans les semi-conducteurs qui est à la fois précise et compatible avec les composants les plus rapides. En ce qui concerne les composants magnétiques, une surface de réponse des matériaux ferrites sera présentée. Nous allons décrire, par le biais analytique et de simulation, des modèles pour la détermination du champ magnétique à l’intérieur du noyau et des ondulations de courant engendrés. Finalement, en profitant des modèles et des résultats obtenus dans les sections précédentes, nous montrerons le dimensionnement et la réalisation de chaque partie du convertisseur BBCU 100kHz / 10kW. Une perspective d’un design idéal est également présentée.

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Cordier, Yvon. "Elaboration d'hétérostructures (Al,Ga)N/GaN en vue d'applications électroniques : de la croissance cristalline au composant". Habilitation à diriger des recherches, Université de Nice Sophia-Antipolis, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00588722.

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Les matériaux semiconducteurs jouent aujourd'hui un grand rôle dans les dispositifs électroniques et optoélectroniques. En particulier, qu'il s'agisse des télécommunications par voies Hertziennes ou Microondes, sur Terre ou en liaison avec des satellites, ou encore de radars ou de gestion de l'énergie, les semiconducteurs à grande largeur de bande interdite (dits 'Grands Gaps') s'avèrent particulièrement intéressants pour la génération de puissance. Si on compare les différentes propriétés électriques du Nitrure de Gallium et du Carbure de Silicium (SiC) avec celles du Silicium et de l'Arséniure de Gallium (GaAs) on voit immédiatement que des champs électriques critiques élevés en raison de leur grande énergie de bande interdite combinés à des grandes vitesses de saturation pour les électrons impliquent de grandes potentialités en termes de puissance et de fréquence de fonctionnement. Malgré la quasi-absence de substrat natif, l'élaboration du matériau GaN a énormément progressé suite à l'engouement provoqué par la réalisation et la commercialisation de diodes électroluminescentes et de lasers dans le domaine visible. Le recours à l'hétéro-épitaxie associé à une sensibilité relativement faible aux défauts tels les dislocations traversantes, a permis le développement des dispositifs. Un avantage pour GaN est également de pouvoir construire des hétérojonctions parfaites avec des alliages de la famille des nitrures d'éléments III comme AlGaN, InGaN, etc... Pour la génération de puissance à hautes fréquences, le transistor à électrons de haute mobilité HEMT (dit encore HFET, TEGFET ou MODFET) basé sur l'hétérojonction AlGaN/GaN s'est rapidement imposé par rapport au MESFET GaN, ou encore par rapport transistor bipolaire GaN. Dans ce mémoire, après une description de mon parcours dans la recherche, depuis la thèse jusqu'à ce jour, sont présentées les principales composantes d'une structure HEMT AlGaN/GaN ainsi que leur influence sur le comportement des composants. Une attention particulière est portée aux couches tampons et à l'influence de leur qualité structurale sur l'isolation électrique et sur la mobilité dans le gaz bidimensionnel d'électrons confiné à l'interface AlGaN/GaN. Ces propriétés seront mises en relation avec les caractéristiques de sortie Ids(Vds,Vgs) des transistors réalisés sur des structures élaborées par Epitaxie par Jets Moléculaires sur différents types de substrats (Silicium, SiC et Tremplins GaN sur Saphir). On montrera également tout l'intérêt de passer d'une stratégie d'isolation électrique reposant sur le piégeage des électrons par les dislocations à un mode d'isolation basé sur l'incorporation d'impuretés compensant le dopage résiduel de type n dans la couche tampon GaN. Après avoir donné les perspectives liées à ces études, ce document présentera un nouveau projet de recherche sur le développement de dispositifs électroniques à transport vertical à base d'hétérostructures Al(Ga)N/GaN intégrées dans des nanostructures. Enfin, après le rappel des autres activités connexes à mon travail de recherche, ce document se termine par la liste de mes publications et communications accompagnée d'une sélection de publications.

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Chikhaoui, Walf. "Etude des mécanismes physiques responsables des dysfonctionnements des transistors HEMTs à base d'hétérostructures AlGaN/GaN et AlInN/GaN". Phd thesis, INSA de Lyon, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00679527.

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Resumen

La fabrication des composants semi-conducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) connaît actuellement une grande expansion. Ce matériau, par ces propriétés physico-chimiques intéressantes, est un très bon candidat pour la fabrication des composants de puissance à haute fréquence de fonctionnement. Dans la pratique, avant d'intégrer ces composants dans un système électronique, l'analyse de leur fiabilité est une étape nécessaire pour valider la technologie de fabrication utilisée. L'objectif de ce travail est la détermination des mécanismes physiques responsables de la dégradation des performances des Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMT) à base d'hétérostructures AlGaN/GaN et AlInN/GaN. Dans un premier temps, la caractérisation en régime statique des composants, par des mesures de courant et de capacité à différentes températures, nous a permis de repérer certaines anomalies dans les caractéristiques des composants. Cette non-idéalité liée aux effets thermiques semble provenir des mécanismes de piégeage des porteurs par les défauts dans le matériau. Dans le but d'analyser ces mécanismes, des mesures de spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont été effectuées sur la capacité de type Schottky du contact de la grille. L'étape suivante a consisté à mesurer les pièges profonds dans les HEMTs par DLTS en courant de drain, de façon à déterminer quels défauts influencent directement le courant dans ces dispositifs. Cette étude a été effectuée sur différents composants avec différentes géométries pour analyser au mieux le comportement de ces pièges. L'étude du contact de grille est aussi une étape importante pour déterminer les origines de défaillance des composants. Pour cela, nous avons réalisé une étude approfondie sur les différents mécanismes de transport à travers la barrière métal/semi-conducteur. Cette étude nous a permis de conclure sur la stabilité du contact de grille après les tests de vieillissement accélérés.

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Brull, Stéphane. "Etude cinétique d'un gaz à plusieurs composantes". Aix-Marseille 1, 2006. http://www.theses.fr/2006AIX11018.

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Tesis sobre el tema "Composants GaN"

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