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Soutenance de thèse : Alexis Divay

Titre de la thèse

Fiabilité à long terme des transistors HEMT à base de GaN.

Date et lieu de la soutenance

Vendredi 30 octobre 2015 à 10h.

Salle de conférences, Groupe de Physique des Matériaux (GPM), Rouen.

Résumé

Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Dans un premier temps, le composant a été caractérisé de manière électrique et thermique. Ces premières données nous ont permis de définir l'état initial du composant avant vieillissement. Ensuite, une méthode athermique de mesure de pièges a été développée à base d'impulsions courtes. En s'appuyant sur un modèle électro-thermique de la source de courant du composant, le principe de la mesure a été validé. L'état de piège initial à l'intérieur du transistor a ensuite été effectué avec plusieurs protocoles de mesure. Dans un second temps, le vieillissement des transistors a été effectué à deux conditions différentes (tension de drain nominale et au maximum rating). Les mesures de reprises effectuées avant, pendant et après le vieillissement permettent d'analyser l'évolution des performances de ces transistors en conditions proches de l'opérationnel. L'utilisation de la méthode athermique de mesures de pièges a permis de mettre en évidence une augmentation de la densité de défauts dans le cristal après vieillisement. Des analyses en photo-émission en face arrière sur un composant neuf et vieilli ont présenté le même type de signature, avec une amplitude moins élevée pour les composants vieillis.

Mots-clés

HEMT AlGaN/GaN, fiabilité, tests de vieillissement RF pulsés, pièges, caractérisations électriques, analyse micro-structurale.

Abstract

AlGaN/GaN HEMTs are on their way to become a reference technology for high power and high frequency applications. However, the lack of feedback regarding the reliability of such devices can be felt by the defense, automotive and telecommunications industrialists because of its lack of maturity. This study deals with the long term reliability of power AlGaN/GaN HEMTs in RADAR operating mode. First, the device under test was characterized electrically and thermally. These data allowed us to define the initial state of the component before ageing. Then, an athermal measurement technique for trapping effect measurement has been developed, based on short pulses. By using an electro-thermal model of the electrical source of the component, the principle of the measurement was validated. The trapping initial state has then been measured using different measurement protocols. Secondly, the ageing of these components has been conducted with two different conditions (drain tension at nominal level and at maximum rating). The recovery measurements carried out before, during and after stress allowed us to analyze the performances evolution of such transistors. The athermal trapping effect characterization technique has shown an increase in defects density in the device after stress. Backside photo-emission measurements were conducted on a fresh and an aged device, showing the same signature type but with a lower amplitude for aged transistors.

Keywords

AlGaN/GaN HEMT, reliability, pulsed RF ageing test, traps, electrical characterizations, micro-structural analysis.

Composition du jury

  • Rapporteur : Jean-Guy Tartarin, Professeur, LAAS-CNRS, Toulouse
  • Rapporteur : Nathalie Malbert, Professeur, IMS-CNRS, Bordeaux
  • Examinateur (Directeur de thèse) : Olivier Latry, Maître de conférences HDR, GPM-CNRS, Rouen
  • Examinateur : Raymond Quéré, Professeur, XLIM-CNRS, Limoges
  • Examinateur (Co-Encadrant) : Cédric Duperrier, Maître de conférences, ETIS-CNRS, ENSEA, Cergy-Pontoise
  • Examinateur (Co-Encadrant) : Farid Temcamani, Professeur, ECS-Lab, Cergy-Pontoise
  • Invité : Christian Moreau, DGA Maîtrise de l'Information, Bruz
  • Invité : Benoit Lambert, United Monolithic Semiconductors, Villebon-sur-Yvette
  • Invité : Philippe Eudeline, Thalès Air Systems, Ymare

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