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26/01/2023 - Maroun ALAM

par Laurent Krähenbühl, Leleve - publié le

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Maroun Alam soutient sa thèse le 26/01/2023 (10h00)
Lieu : INSA Lyon - Les Humanités Amphi Ouest, Villeurbanne

Analyse et caractérisation des performances électriques de composants en nitrure de Gallium

Jury :
Rapporteurs : BATUT, Nathalie ; KHATIR, Zoubir
Examinateurs : MORANCHO, Frédéric ; MOREL, Abdelkrim (SuperGrid Institute)
Encadrement Ampère : PLANSON, Dominique (Directeur de thèse) ; MOREL Hervé (co-encadrant) ; PHUNG Luong-Viet (co-encadrant)

Résumé :
Le silicium est le matériau le plus utilisé pour la fabrication des composants de puissance, car il présente de bonnes propriétés électriques et un faible coût de fabrication. Néanmoins, pour des puissances élevées nécessaires dans les applications en électronique de puissance, le silicium présente sa limite. Pour cela, les développements s’orientent vers les matériaux à large bande interdite, comme le SiC, le GaN et le diamant. Ces matériaux sont utilisés dans ce domaine car ils présentent de meilleures propriétés électriques et physiques.
Les HEMT (High Electron Mobility Transistor) sont construits à base d’une hétérojonction AlGaN/GaN, c’est-à-dire que la jonction de ces deux matériaux crée des contraintes mécaniques et conduit à une apparition d’électrons en formant un gaz 2D entre les deux matériaux, entraînant une grande densité d’électrons avec des vitesses élevées. Cependant, ces composants ne sont pas encore totalement fiables. Ainsi, cette thèse entre dans le cadre du projet européen IPCEI/Nano 2022 avec STMicroelectronics qui a pour objectif l’amélioration des performances des composants de puissance. Les travaux ont été divisés selon deux axes de travail. Le premier correspond aux simulations TCAD et dans ce cadre trois structures d’hétérojonction AlGaN/GaN (HEMT Normally On, Normally-OFF et diode) ont été définies. Afin de mieux comprendre l’influence du piégeage sur le comportement électrique et physique des différents dispositifs, des pièges ont été ajoutés dans la structure en variant la concentration de ceux-ci et l’énergie d’activation. Le deuxième axe concerne les caractérisations électriques. Des caractérisations ont été réalisées sur des diodes Schottky avec une hétérojonction AlGaN/GaN, et différents types de stress ont été appliqués avec pour objectif d’étudier l’évolution de la résistance dynamique. Premièrement, les stress quasi-statique ont été réalisés, correspondant à un passage de l’état bloqué à l’état passant pour une tension en inverse élevée. Deuxièmement, des commutations dures ont été appliquées avec un nouveau banc qui est le « Double Source Test ». Cela a été utilisé comme un stress dynamique. Finalement, un test de robustesse a été réalisé qui vise à appliquer des surcharges en courant afin d’observer l’évolution des paramètres physiques des diodes après stress.

Mots-clés :
Transistors et des diodes de puissance, électronique de puissance, matériaux à large bande interdite, transistors HEMT, gaz 2D, simulations TCAD, stress quasi-statique, commutations dures, surcharges en courant.