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Développement d'une nouvelle filière de composants à base de matéiraux semiconducteurs à grand gap AlInN/GaN et analyses de FIA

PHC : Utique
Codes du projet : 13G1113 -- Campus N° 28722WF
Domaine : Sciences de l'ingénieur (SI)
Intitulé : Développement d'une nouvelle filière de composants à base de matéiraux semiconducteurs à grand gap AlInN/GaN et analyses de FIA
Porteur(s) : CORDIER Yvon, MAAREF Hassen, GAQUIERE Christophe, OUMEZZINE Mohamed
Date de début : 01/01/2013
Date de fin : 31/12/2016

Le projet proposé concerne l’élaboration de nouveaux dispositifs électroniques, des transistorsHEMTs AlInN/GaN dont on attend des performances accrues en comparaison avec lesHEMTs AlGaN/GaN, et ce pour des domaines d’applications allant des hyperfréquencesjusqu’ à la gestion de la puissance électrique. Pour cela, le procédé de synthèse des matériauxAlInN et GaN (épitaxie) sur des substrats tels que le Saphir et le Silicium sera développé et laqualité de ces cristaux sera étudiée conjointement par diverses techniques structurales etspectroscopiques complémentaires. Des composants de type transistor à effet de champseront fabriqués. Les propriétés électriques de ces composants seront étudiées conjointementen France (mesures statiques à température ambiante et en régime pulsé) et en Tunisie(mesures CDLTS et IDLTS à des températures comprises entre 40 K et 550 K). Cescaractérisations permettront d’établir des corrélations entre la présence et la quantité desdéfauts électriques, des défauts structuraux et les procédés de fabrication. Des analyses defiabilité seront également menées sur des composants références et sur des composants ayantsubi des traitements de « stress »durant 200 h afin d’identifier les processus de dégradationqui jouent un rôle prépondérant dans le dysfonctionnement des composants. Desmodélisations seront également développées. Les retours d’expériences seront utilisés pouroptimiser les procédés de fabrication au niveau des matériaux comme au niveau descomposants.

Objectifs

L'objectif principal de ce projet est d’élaborer des nouveauxdispositifs électroniques, des transistors HEMTs AlInN/GaN sur des substrats tels que leSaphir et le Silicium et d’établir des corrélations entre défauts électriques, défauts structurauxet procédés de fabrication. Pour cela, les matériaux des structures HEMTs AlInN/GaN serontsynthétisés par épitaxie au CRHEA-CNRS. Des analyses électriques et structuralesconjointes seront menées par les partenaires du projet pour chercher en premier lieu lesmoyens de réduire la densité de dislocations dans le cristal tout en gardant de bonnespropriétés d’isolation électrique dans les couches tampon GaN. Ce point est important surtoutpour un développement industriel de ces technologies sur des substrats comme le silicium. Ence qui concerne les zones actives des composants, on cherchera à obtenir d’une part des gazbidimensionnels d’électrons présentant des mobilités importantes, et d’autre part, desmatériaux et des composants pauvres en pièges électriques responsables d’instabilités et dedégradation des performances.

Résultats

Des composants ont été réalisés au CRHEA sur de nouvelles structures HEMTs AlGaN/GaNsur substrat Silicium pour lesquelles l’influence des conditions de croissance sur lefonctionnement des dispositifs a été étudiée. Cette étude devrait nous permettre d’avancerdans l’optimisation des couches tampon de GaN sur Silicium et celle des zones actives desHEMTs AlGaN/GaN. L’optimisation des couches tampon devrait par la suite directementbénéficier à celle des HEMTs AlInN/GaN. Nous avons poursuivi les caractérisationsélectriques sur des composants précédemment réalisés ainsi que sur de nouveaux dispositifs.En particulier nous avons tenté de compléter les mesures sur des composants réalisés auCRHEA sur l’échantillon HEMT AlInN/GaN T2515. Cette étude vise à compléter égalementles mesures faites sur des composants réalisés à l’IEMN sur le même matériau de départ etelle a aussi pour but de sélectionner les échantillons les plus intéressants pour les prochainesanalyses DLTS prévues à l’université de Monastir. L’année écoulée a permis d’avancer en ce qui concerne l’optimisation des couches tampon envue de la réaliser des HEMTs GaN sur substrat silicium. Même si certains points restent àvalider, l’étude de nouvelles structures AlGaN/GaN a permis de valider une nouvelle approche qui sera appliquée pour la fabrication de HEMTs AlInN/GaN. Le banc de mesureDLTS de l’Université de Monastir ayant connu des pannes, des études complémentaires ontété réalisées sur les premiers dispositifs (T2515). Ces mesures ont permis de mettre enévidence un nouveau type de piège (donneurs peu profonds). Parmi les composants de testfabriqués au CRHEA et à l’IEMN sur le même matériau (épitaxie T2515) certains ont étémontés en boîtier en vue de leur caractérisation en DLTS. Le programme de travail pourl’année 2015 consistera donc à des caractérisations DLTS à l’université de Monastir(échantillons T2515), et à la poursuite des optimisations matériau et composant au CRHEA età l’IEMN.

Informations supplémentaires

NR

CNRS - UPR 10

Partenaire français
Paris
http://www.cnrs.fr

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Centre de Recherche sur l'Hétéro-Epitaxie et ses Applications CRHEA


Responsable(s)
Yvon CORDIER - CRHEA - Valbonne - Tél : 0493957820 - Email : yc@crhea.cnrs.fr

Faculté des Sciences de Monastir

Partenaire tunisien
Monastir
http://www.fsm.rnu.tn/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire de Micro-Optélectronique et Nanostructures LMNO


Responsable(s)
Hassen MAAREF - LMNO - Monastir - Tél : 21673500276 - Email : hassan.maaref@fsm.rnu.tn

Université de Lille 1

Partenaire français
Villeneuve d'Ascq
www.univ-lille1.fr

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Institut d'Electronique

de Microelectronique et de Nanotechnologie IEMN


Responsable(s)
Christophe GAQUIERE - IEMN - Villeneuve d'Ascq - Tél : 33320197826 - Email : christophe.gaquiere@iemn.univ-lille1.fr

Université de Monastir

Partenaire tunisien
Monastir
http://www.um.rnu.tn/

Laboratoire(s) ou unité(s) de recherche
Laboratoire de Physico Chimie des Matériaux LPCM


Responsable(s)
Mohamed OUMEZZINE - LPCM - Monastir - Tél : 21673500276 - Email : mohamedoumezzine@yahoo.fr

Optimisation et analyse des propriétés de transport électroniques dans les structures à base des matériaux AlInN /GaN

Cotutelle - These - En cours
Par : Soumaya LATRECH
Début de thèse :
Présenté le : 01/11/2016
A : En cours
Co-directeurs :
  • CORDIER Yvon
  • CRHEA, Valbonne
  • MAAREF Hassen
  • LMNO, Monastir

Etudes des propriétés électriques et modélisation des HEMTs AllnN/GaN

Cotutelle - These - En cours
Par : Mounir BAIRA
Début de thèse :
Présenté le : 01/01/2017
A : En cours
Co-directeurs :
  • CORDIER Yvon
  • CRHEA, Valbonne
  • MAAREF Hassen
  • LMNO, Monastir

Publications

    Conférences et séminaires

    Current-voltage characteristics of (Mo/Au)/AlGaN/GaN/Si Schottky diodes

    Colloque
    European Materials Research Society Spring Meeting, E-MRS
    A : Lille, France
    Du : 26/05/2014
    Au : 30/05/2014
    Participants :
    GASSOUMI Malek, GAQUIERE Christophe, MAAREF Hassen, MOSBAHI H., CHARFEDDINE M., ZAIDI MA.

    Study and optimization of the structural and electrical prop-erties of InAlN/GaN heterostructures on Silicon

    Conférence
    5th international conference on NANO-structures SElf Assembly (NanoSea)
    A : Marseille, France
    Du : 07/07/2014
    Au : 11/07/2014
    Participants :
    LATRACH Soumaya, CORDIER Yvon, FRAYSSINET Eric, CHENOT Sébastien, MAAREF Hassen

    Characterization of trapping effect in AlInN/GaN HEMT: Comparative study of interface states density extraction methods from 77K to 297K

    Workshop
    23rd European Workshop on Heterostructure Technology (HETECH)
    A : Giessen, Allemagne.
    Du : 12/10/2014
    Au : 15/10/2014
    Participants :
    DEFRANCE Nicolas, FRAYSSINET Eric, CORDIER Yvon, AGBOTON A., ALTUNTAS P., CUTIVET A., LESECQ M., HOEL V., DE JAEGER J-C.,

    On the Correlation Between Kink Effect and Effective Mobility in InAlN/GaN HEMTs

    Conférence
    9th European Microwave Integrated Circuits Conference (EuMIC)
    A : Rome, Italie
    Du : 06/10/2014
    Au : 07/10/2014
    Participants :
    DEFRANCE Nicolas, GAQUIERE Christophe, FRAYSSINET Eric, CORDIER Yvon, ALTUNTAS P., LESECQ M., AGBOTON A., OUHACHI R., OKADA E., DE JAEGER J-C.

    Erreur
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    Erreur
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    PHC 01