Letteratura scientifica selezionata sul tema "Diodes à barrière de Schottky – Propriétés thermiques"

Le travail de thèse consiste à étudier des composants de la filière nitrure de gallium à partir d’études électriques et d’un modèle physico-thermique. Les dispositifs de cette filière sont très prometteurs pour des applications de puissance en hyperfréquence. Cependant, leurs performances électriques sont limitées par deux causes principales : La première cause est liée à la réalisation des contacts. Dans ce travail, nous avons étudié des contacts Schottky TiN sur hétérostructures AlGaN/GaN sur substrats Si (111) réalisés par pulvérisation magnétron. Une analyse détaillée des paramètres obtenus, tels que la hauteur de barrière, le coefficient d’idéalité et le courant de fuite en polarisation inverse, permet d’optimiser la topologie et le procédé technologique, tels que la température et la durée de recuit, la passivation et le prétraitement de surface. La théorie relative aux mécanismes de conduction à travers le contact est aussi rappelée, montrant que l’effet tunnel assisté par champ électrique et le courant limité par charge d’espace sont les mécanismes dominants. La seconde cause est liée à l’effet d’auto-échauffement important dans les composants de la filière GaNcompte tenu des fortes puissances dissipées, ce qui dégrade leurs performances électriques ainsi que la fiabilité. Dans ce cadre, un modèle physico-thermique basé sur le couplage d’un modèle énergie-balance avec un modèle thermique a été développé. Ce modèle prend en compte la température de réseau en tout point du composant et décrit bien les performances électriques et thermiques des composants de cette filière. Grâce au modèle développé, nous avons d’abord analysé les hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN sur différents substrats à partir de structures TLM, afin d’évaluer leurs performances électriques et thermiques, et ainsi d’optimiser le choix des substrats. Nous avons également étudié les diodes Gunn de la filière GaN avec différentes topologies, ce qui a permis d’optimiser une structure en termes de fréquence d’oscillations et de conversion de puissance, en prenant en compte les effets thermiques. Après une comparaison entre les résultats de simulation et ceux mesurés, il s’avère que le modèle physico-thermique est un outil de prédiction précis et fiable, extrêmement utile pour les technologues et qui permet en outre une meilleure compréhension des phénomènes physiques observés
The work of this thesis is dedicated to study gallium nitride based components by means of electric studies and a physical-thermal model. The GaN based devices are very promising for high-frequency microwave power applications. However, their electric performances are limited by two principal causes: The first cause is related to the contacts realization. In this work, we studied TiN Schottky contacts on AlGaN/GaN heterostructures on Si (111) substrates realized by magnetron spray. A detailed analysis of the obtained parameters, such as the barrier height, the ideality factor and the reverse leakage current, permits optimizing the topology and the technological processes, such as the annealing temperature and time, thepassivation and the surface pre-etching. The theory related to the conduction mechanisms through the contact is also recalled, showing that the electric field assisted tunnel effect and the space charge limited current are the dominant mechanisms. The second cause is related to the important self-heating effect in the GaN based components inconsideration of the high dissipated power, which degrades the electric performances and the reliability as well. In this framework, a physical-thermal model based on the coupling of an energy-balance model with a thermal model was developed. Such a model takes into account the lattice temperature everywhere in the device and describes the electric and thermal performances of GaN based components. Thanks to the developed model, firstly the AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures were analyzed on different substrates by means of TLM patterns, in order to evaluate their electric and thermal performances so as to optimize the substrate choice. The GaN based Gunn diodes with different topologies were also studied with the goal to optimize a structure in terms of frequency oscillation and power conversion, taking into account the thermal effects. After a comparison between the simulation results and the measured ones, it is proved that the physical-thermal model is an accurate and reliable predictive tool, which is extremely useful for the technologists and furthermore, permits a better understanding of the observed physical phenomena

Les besoins exponentiels liés aux applications exploitant le domaine THz nécessitent d'accroitre l'éventail des sources disponibles et d'optimiser leur fabrication. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés aux diodes schottky en vue de la réalisation de multiplicateurs de fréquences. Notre travail de recherche expérimental a consisté en l'optimisation des caractéristiques de diodes schottky de filière GaAs, par le développement et la mise en œuvre d'un procédé de fabrication innovant. Dans un premier temps, nous avons réalisé des diodes schottky GaAs sur substrat GaAs de différentes tailles, pour élaborer des composants de référence. Nous avons ensuite fabriqué un composant de type flip-chip pour une application de multiplication à 150 GHz en boitier guide d'ondes. Enfin, dans le but d'améliorer les performances en puissance des diodes, nous avons optimisé leur dissipation thermique en transférant leur structure épitaxiale sur un substrat bénéficiant d'une meilleure conductivité thermique : le SiHR (silicium haute résistivité). Le procédé technologique complet de ces fabrications est détaillé, puis la dernière partie de l'étude est consacrée à leurs caractérisations. D'une part, nous avons évalué les éventuelles variations sur les caractéristiques des diodes GaAs sur GaAs, induites par les différentes tailles. D'autre part nous avons comparé les deux technologies sur les substrats SiHR et GaAs. Ce travail montre l'apport que peut présenter ce type de technologie reportée, où une diminution significative de la résistance thermique des composants est observée, et est associée à un gain notable sur la résistance série
The exponential needs associated with applications exploiting the THz domain require to expand the range of available sources and optimize their fabrication processes. In this thesis, we focused on schottky diodes for its use as frequency multipliers. Our experimental research involved optimizing the characteristics of GaAs schottky diodes through the development and implementation of an innovative fabrication process. First, we fabricated GaAs schottky diodes on GaAs substrate with several aspect ratios in order to make a reference in terms of device. Then we fabricated a flip-chip device for a 150 GHz frequency multiplication application in a waveguide block. Finally, in order to enhance the power handling of the diodes, we optimized their thermal dissipation by transferring their epitaxial structure onto a substrate with higher thermal conductivity : SiHR (high resistivity silicon). The complete technological processes for these fabrications are detailed, and the last part of the study is dedicated to their characterization. On one hand, we assessed any variations in the characteristics of GaAs diodes on GaAs induced by the different aspect ratios. On the other hand, we compared the two technologies on SiHR and GaAs substrates. This work demonstrates the potential of this type of transferred technology, where a significant reduction of thermal resistance is observed and is associated with a notable improvement of the series resistance

L'adhésion entre aluminium et polyoléfines (emballage) est obtenue par fusion sous pression de la polyoléfine au contact du métal. L'examen du comportement électrique de l'interface polymère-métal (intensité-potentiel en courant continu) montre une bonne corrélation entre les propriétés électriques et adhésives. Un modèle de l'interface polymère-métal, associant une barrière de Schottky et une charge d'espace, modulée en fonction des propriétés adhésives est proposé

L'objectif de ce travail est l'etude des proprietes electriques du materiau alinas elabore par epitaxie par jets moleculaires a basse temperature de croissance (< 500c). Il s'agit en particulier d'identifier les niveaux de defauts presents dans le materiau, de determiner la nature et l'origine de ces defauts, ainsi que leur influence sur le comportement electrique d'un composant simple, la diode schottky/alinas. Pour caracteriser le materiau, nous avons utilise trois methodes de mesures: les mesures de courant en fonction de la temperature, les mesures de bruit basse frequence (bbf), et les mesures de spectroscopie d'admittance (sa), appliquees aux diodes schottky et aux structures tlm (transmission line model). Nous avons identifie 5 niveaux de defauts dans le materiau, dont deux de type accepteurs compensateurs, l2 (e#c - 0,4 ev) et h2 (e#v + 0,48 ev), responsables du caractere semi-isolant observe a basse temperature de croissance. Le niveau de defauts dominant est le niveau donneur l3 (e#c - 0,6 ev). Nous avons mis en evidence dans les diodes schottky, la presence d'un courant tunnel assiste par les defauts et son influence sur la hauteur de barriere schottky. Nous avons demontre que le bruit en 1/f provient des fluctuations de la hauteur de la barriere schottky, dues aux fluctuations du taux d'occupation des defauts

L'influence de différentes méthodes de préparation de surface sur la microstructure et les propriétés électriques des contacts à base Co sur n-Ge a été étudiée. Il a été montré que les nettoyages thermiques s'accompagnent de la diffusion d'impuretés métalliques dans le substrat. Lors du recuit, ces impuretés sont piégées par la formation des germaniures de cobalt. Un nettoyage à 700°C ou une attaque au HF permettent d'éliminer l'oxyde de germanium natif à l'interface M/SC, contrairement à un nettoyage thermique à 400°C qui cependant modifie la nature chimique de l’oxyde. Pour tous les échantillons, une microstructure complexe est observée après formation des germaniures. Les échantillons présentent une augmentation de la rugosité de l'interface M/SC et la coexistence des phases Co5Ge7 et CoGe2. Après un nettoyage à 400°C, une microstructure particulière, attribuée à l'oxyde restant après "nettoyage" est observée. Dans tous les cas, le modèle thermoïonique ne suffit pas à expliquer le comportement des diodes Schottky. En particulier, les valeurs obtenues pour la constante de Richardson sont très en deçà de la valeur attendue. Par une analyse en température des hauteurs de barrières, nous avons montré la nécessité de raisonner en terme d'inhomogénéités de barrière, ces dernières étant influencées par la microstructure. De plus, un fort ancrage du niveau de Fermi est observé pour les contacts directs M/SC alors qu'il est partiellement levé par l'oxyde de germanium natif présent à l'interface M/SC. Finalement, nous avons montré que ce désencrage du niveau de Fermi est lié à la nature chimique de l’oxyde
The influence of various surface cleaning procedures on both electrical properties and microstructure of Co based n-Ge Schottky contacts has been studied. In-depth diffusion of metallic impurities into the Ge substrate has been reported after thermal pre-treatments. After germanidation, gettering of the metallic impurities by the germanide phases has been observed. While no more oxide interlayer is observed after HF etching and thermal pre-treatment at 700°C, a temperature of 400°C has been found to be not enough to remove the oxide interlayer. However, it modifies the chemical nature of the oxide interlayer. A complex microstructure is reported for all the samples after germanidation. For most of the samples, the coexistence of Co5Ge7 and CoGe2 structures and an increase of the roughness of the M/SC interface have been observed. The particular microstructure observed, after germanidation, for the sample pre-treated at 400°C has been ascribed to the remaining oxide interlayer. Whatever the pre-treatments, the behaviours of all the Schottky diodes could not be explained by the thermionic model only. This model leads to a large underestimation of the Richardson’s constant. By a detailed analysis of the temperature dependence of the Schottky barrier heights, we have pointed out the necessity to reason in term of barrier inhomogeneity, these last being strongly influenced by the microstructure. The electrical results have been explained in the framework of the Fermi level pinning concept. While a strong Fermi level pinning is observed for intimate contacts, the presence of the native Ge oxide at the M/SC interface yields a depinning of the Fermi level. However, this depinning has been found to be dependent on the chemical nature of the oxide interlayer

Le diamant est reconnu comme étant le meilleur candidat pour l’électronique de puissance. Actuellement, le composant le plus avancé est la diode Schottky. Ce composant présente déjà des résultats prometteurs, mais certaines améliorations restent nécessaires, telles que l'augmentation des courants à l’état passant combinée à une augmentation de la tension de claquage. Ces contraintes électriques sont toujours étroitement liées aux propriétés du matériau et à la qualité de la croissance du diamant par CVD. Dans cette thèse, des solutions seront proposées et présentées à partir des étapes de croissance du diamant et de la fabrication des diodes et ensuite caractérisées pour voir si elles conviennent. Je vais d'abord aborder la croissance du diamant et présenter de nouvelles méthodes, concernant la couche fortement dopée ainsi que la couche non intentionnellement dopée, afin de simplifier les processus de fabrication et de réduire l'influence de la résistance en série des couches déposées. En ce qui concerne l'état passant, un travail important sur la parallélisation des diodes a été effectué. Mais aussi, le premier substrat hétérohépitaxié permettant la création de composants ayant une plus grande surface a été testé. Des diodes Schottky laterales ont été fabriqués sur diamant / Ir / SrTiO3 / Si, elles seront décrites et caractérisées. L’état bloquant et le contrôle de la tension de claquage ont également été étudiés en augmentant l’épaisseur de la couche de diamant tout en maintenant une bonne qualité de croissance et en évitant l’étape de gravure qui reste problématique pour le diamant. Dans le même temps, une étude transversale d’une diode (i.e dans la profondeur du matériau) sera présentée pour comprendre comment est le champ électrique sous la diode grâce aux techniques de courant induit par faisceau d'électrons et de cathodoluminescence. Cette thèse a permis de développer un procédé de croissance de film épais en simplifiant potentiellement la fabrication des diodes; démontrer la faisabilité de la parallélisation des diodes avec leur intégration dans un pont de diodes; il a également été montré qu'au-delà de la tension de claquage, la fuite inverse reste un point de blocage pour le développement des composants en diamant
Diamond is known as the best candidate for power electronics application. Currently the most advance component is the Schottky diode. This device still is already showing promising results but some improvement are still needed. In this thesis, some of them will be proposed and presented from the diamond growth and fabrication steps and after characterized to see if it is suitable. I will first discuss about diamond growth and present new improvements about it that concern the heavily doped layer as well as the non-intentionally doped one. After both part of the characteristics curve have been under investigation for improvement. The ON-state, to increase the current passing through the device by working on the design and on the component parallelization. The OFF-state, by proposing different solution to increase the reverse blocking capabilities. At the same time a transversal ( i.e in the diamond depth) study will be presented to understand how is the electric field inside the diode. Finally, the first heteroepitaxially grown diode on diamond/Ir/SrTiO3/Si will be described

Les convertisseurs à base de Si atteignent leurs limites. Face à ces besoins, le GaN, avec sa vitesse de saturation des électrons et le champ électrique de claquage élevés est candidat idéal pour réaliser des redresseurs, surtout s’il est épitaxié sur substrat à bas cout. Ce travail est dédié au développement des diodes Schottky sur AlGaN/GaN. Une couche de SiNx en faible traction a été obtenue. Un contact ohmique de Ti/Al avec une gravure partiel a donné une Rc de 2.8 Ω.mm avec une résistance Rsh de 480 Ω/□. Des diodes Schottky avec les étapes issues de ces études ont été fabriqué. La diode recuite à 400 °C avec 30 nm de profondeur de gravure a montré une hauteur de barrière de 0,82 eV et un facteur d'idéalité de 1,49. La diode a présenté une très faible densité de courant de fuite de 8.45x10-8 A.mm-1 à -400 V avec une tension de claquage entre 480 V et 750 V
Si-based devices for power conversion applications are reaching their limits. Wide band gap GaN is particularly interesting due to the high electron saturation velocity and high breakdown electric field, especially when epitaxied on low cost substrates such as Si. This work was dedicated to the development and fabrication of the Schottky diode on AlGaN/GaN on Si. SiNx passivation in very low tensile strain is used. Ti (70 nm)/Al (180 nm) partially recessed ohmic contacts annealed at 800 ºC exhibited a 2.8 Ω.mm Rc with a sheet resistance of 480 Ω/sq. Schottky diodes with the previously cited passivation and ohmic contact were fabricated with a fully recessed Schottky contact annealed at 400 ºC. A Schottky barrier height of 0.82 eV and an ideality factor of 1.49 were obtained. These diodes also exhibited a very low leakage current density (up to -400 V) of 8.45x10-8 A.mm-1. The breakdown voltage varied between 480 V and 750 V

Nous avons etudie des dispositifs photodiodes reposant sur des contacts redresseur du type pb/p-pbse. Les couches minces de pbse ont ete elaborees par epitaxie par jets moleculaires (ejm). Cette etude est basee sur la modelisation des processus de conduction du courant a travers la barriere (courant par effet tunnel, generation-recombinaison, diffusion, courant de fuite). Des mesures de caracteristiques i(v) entre 4-300k et c(v) a 77k ont ete realisees. Des resultats experimentaux de capacite presentent une dependance lineaire de c#-#2(v). L'etude des caracteristiques i(v) a mis en evidence qu'a basse temperature le courant par effet tunnel est dominant et alors qu'a la temperature ambiante le courant est limite par la resistance serie du contact (diffusion dans le volume du semiconducteur). Les hauteurs de barrieres determinees a partir de caracteristiques i(v) et c(v) ont permis de mettre en evidence l'existence d'une couche d'inversion a l'interface pb/p-pbse. Nous montrons que la presence d'une couche d'inversion altere considerablement la valeur de la hauteur de barriere

L'oxyde de zinc (ZnO) est un semi-conducteur à large gap direct (3,37 eV) qui possède de nombreuses propriétés intéressantes (piézoélectrique, optique, catalytique, chimique...). Un large champs d'applications fait de lui l'un des matériaux les plus étudiés de la dernière décennie, notamment sous forme nanostructurée. Dans ce travail, nous nous intéressons à la synthèse par électrochimie des couches minces, des micro- & nano-plots, et des nanofils de ZnO. Deux méthodes ont été utilisées : la première dite Template consiste à la fabrication des micro- et nanopores en réseau ordonné à l'aide de la technique lithographique dans lesquels a lieu la croissance du ZnO ; la seconde consiste à la croissance libre de réseau de nanofils. Les caractérisations structurales, morphologiques et optiques du ZnO ainsi élaboré ont été réalisées par diffractométrie des rayons-X (DRX), microscopie électronique à balayage (MEB), microscopie électronique en transmission (MET), spectroscopie Raman, spectroscopie UV et photoluminescence (PL). Les propriétés électriques des couches minces et des réseaux de nanofils (sous l'effet collectif) de ZnO ont été étudiées par des mesures "courant tension" (I-V) à température ambiante dans la configuration métal/semi-conducteur/métal à l'aide d'un réseau de micro-électrodes métalliques déposé en surface du ZnO. Cette étude nous a permis de déterminer qualitativement la conductivité électrique du ZnO et les différents paramètres de la jonction Schottky entre le ZnO et le substrat doré. Celle-ci est fondamentale et indispensable pour la réalisation d'un dispositif de récupération d'énergie tel que le nanogénérateur de courant piézoélectrique à base de nanofils de ZnO

Le nitrure de gallium (GaN) et ses alliages ternaires et quaternaires suscitent de plus en plus d’intérêt dans les communautés scientifiques et industrielles pour leur potentiel d’utilisation dans des dispositifs électroniques haute fréquence, dans les transistors à forte mobilité électroniques, dans la photo-détection UV et les cellules solaires de nouvelles générations. L’aboutissement de ces nouveaux composants reste entravé à l’heure actuelle, entre autre, par la non maîtrise des techniques d’établissement de contacts électriques. C’est dans ce cadre général que s’inscrivent les travaux de cette thèse. Même si l’objectif principal de cette thèse concerne l’étude des défauts électriquement actifs dans les alliages de semiconducteurs à grand gap B(AlGa)N et de leur rôle dans les propriétés de transport, la réalisation des contacts ohmiques et des contacts Schottky constitue une étape essentielle dans la réalisation des dispositifs à étudier. Pour les contacts ohmiques, nous avons déposé des couches de type Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) par évaporation thermique. Des résistances spécifiques des contacts de l’ordre de 3x10-4Wcm2 ont été déterminées par les méthodes des TLM linéaires et confirmées par les TLM circulaires. Une modélisation théorique a été entreprise dans ce sens pour analyser les mesures expérimentales. Ensuite on a réalisé des diodes Schottky en déposant des contacts métalliques de Platine (Pt) d’épaisseur 150 nm. Des facteurs d’idéalité de 1.3 et une hauteur de barrière de 0.76 eV ont été obtenus et d’une manière reproductible. Une fois ces dispositifs réalisés, une étude des mécanismes de transport a été entreprise et nous a permis de mettre en évidence l’existence des effets tunnel direct et assisté par le champ, en plus de l’effet thermoïonique classique. Ceci a été mis en évidence par des mesures de courant et de capacité en fonction de la température. Pour les photodétecteurs, nous avons réalisés les mêmes mesures de courant et de capacité à l’obscurité et sous illumination à des longueurs d’ondes adaptées. Ces mesures nous ont permis de comprendre les phénomènes de gain qu’on a observés sur ces échantillons et aussi de mettre en évidence des mécanismes thermiquement actifs, dont les énergies d’activation ont été déterminées par la technique de l’Arrhenius. L’étude des défauts électriquement actifs a été menée par la technique transitoire de capacité de niveaux profonds, la (DLTS). Cette technique a été récemment mise en oeuvre au laboratoire et nous a permis d’effectuer des mesures sous différentes conditions incluant diverses polarisations de repos, différentes fréquences, et différentes hauteurs et largeurs d’impulsion de polarisation. Un des résultats importants est la possibilité de caractérisation à la fois des pièges à majoritaires et des pièges à minoritaire en changeant simplement les conditions de polarisation et contrairement aux procédures habituelles où une excitation optique supplémentaire est souvent nécessaire pour augmenter la concentration des porteurs minoritaires. Il a ainsi été mis en évidence, en accord avec la plupart des résultats de la littérature, l’existence de 6 pièges à électrons, tous situés en dessous de 0.9 eV de la bande de conduction, de trois pièges à trous dans l’intervalle 0.6 - 0 .7 eV au dessus de la bande de valence et un piège à trous distribué à l’interface. Une procédure rigoureuse de fit a été mise au point et a permis de confirmer nos résultats obtenus par la procédure classique de l’Arrhenius
Gallium nitride (GaN) and its ternary and quaternary alloys are attracting more and more interest in the scientific and industrial communities for their potential for use in high frequency electronic devices, for transistors with high electronic mobility, for UV photo-detection and new-generation solar cells. The outcome of these new components is still be seen to be limited in many areas, mainly due to the lack of control of electrical contacts implementation techniques. It is in this context that this thesis takes place.Although the main objective of this thesis deals with the study of the electrically active defects in high band gap B(AlGa)N semiconductor alloys and their role in the transport properties, the production of ohmic and Schottky contacts is an essential step in the realization of the devices under study. For the Ohmic contacts, we have deposited Ti/Al/Ti/Au (15/200/15/200) layers by thermal evaporation. Using the Transfer Length Method (TLM), we obtained specific contact resistances in the order of 3x10-4Wcm2. The Circular TLM has also confirmed this result. Besides, a theoretical modelling has been carried out to analyse the experimental measurements. Schottky diodes were then produced by depositing 150 nm platinum (Pt) metal contacts. An ideality factor of 1.3 and a barrier height of 0.76 eV were obtained. On the other hand, a study of transport mechanisms has been performed. It allowed us to demonstrate the existence of the direct tunnelling and the Thermionic Field Emission, in addition to the conventional thermionic effect. This result was underpinned by current and capacity measurements as a function of temperature. For photo detectors, we performed the same measurements of current and capacity in darkness and under illumination at suitable wavelengths. These measurements allowed understanding the internal gain that was observed on the samples. Furthermore, they show the effect of the thermally active mechanisms whose activation energies were determined by the Arrhenius technique. Using the Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS) technique followed up the study of the electrically active defects. This technique has recently been implemented in the laboratory. It allowed us to perform measurements under different conditions including various reverse bias, different frequencies, and different voltage pulse amplitudes and durations. One of the important results is the possibility of characterizing both majority and minority traps by simply changing the polarization conditions, as opposed to the usual procedures where an additional optical excitation is often necessary to increase the concentration of the minority carriers. In accordance with most of the encountered literature results, we found 6 electron traps all located below 0.9 eV of the conduction band, 3 hole traps in the 0.6-0.7 eV range above the valence band and one hole trap distributed at the interface. A rigorous procedure was developed and confirmed our results obtained by the standard Arrhenius technique