Reliability assessment of GaN HEMTs on Si substrate with ultra-short gate dedicated to power applications at frequency above 40 GHz / Hadhemi Lakhdhar ; sous la direction de Nathalie Malbert et de Nathalie Labat et de Nicolas Defrance

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : anglais / English

Catalogue Worldcat

Transistors de puissance

Silicium -- Substrats

Matériaux -- Détérioration

Malbert, Nathalie (1968-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Labat, Nathalie (1962-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Defrance, Nicolas (1982-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Aupetit-Berthelemot, Christelle (1971-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Tartarin, Jean-Guy (19..-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Descamps, Philippe (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

De Jaeger, Jean-Claude (Membre du jury / opponent)

Curutchet, Arnaud (1975-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Bordeaux (2014-....) (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde) (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Résumé / Abstract : Ce travail de thèse se concentre sur l'évaluation de la fiabilité des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) AlGaN / GaN à grille ultra-courte sur substrat silicium dédiés aux applications de puissance à une fréquence supérieure à 40GHz. Il a été réalisé au sein des laboratoires IMS Bordeaux et IEMN Lille.Ce travail compare initialement les HEMT AlGaN / GaN réalisés par croissance MOCVD avec ceux obtenus par croissance MBE. En particulier, l'analyse électrique statique a permis d'étudier l'influence de la géométrie des dispositifs sur les performances des composants.Des tests de vieillissement accéléré ont été effectués pour évaluer la robustesse des transistors HEMTs en AlGaN/GaN à grille ultra-courte sur Si. Une méthodologie basée sur une séquence d'essais de vieillissement a été définie pour établir le diagnostic in-situ d’une dégradation statique et permanente et d’une dégradation qui se traduit par un transitoire de courant de drain au cours du chaque palier de la séquence de vieillissement. La valeur de la tension critique de dégradation à partir de laquelle le courant de drain commence à diminuer de façon significative dépend des conditions de polarisation du vieillissement, de la distance grille-drain et de la longueur de grille. De plus, l’aire de sécurité de fonctionnement de cette technologie a été déterminée.

Résumé / Abstract : This Ph.D. work focuses on the reliability assessment of ultra-short gate AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) on silicon substrate dedicated to power applications at frequency above 40GHz. It was carried out within IMS Bordeaux and IEMN Lille laboratories.This work initially compares AlGaN/GaN HEMTs grown by MOCVD with those grown using MBE, through electrical characterization.In particular, the device geometry impact on the device performances has been studies by static electrical characterization.Step-stress experiments are performed to investigate reliability assessment of ultra-short gate AlGaN/GaN high electron mobility transistor (HEMT) on Si substrate. A methodology based on a sequence of step stress tests has been defined for in-situ diagnosis of a permanent degradation and of a degradation which is identified by a drain current transient occurring during each step of the ageing sequence . The same stress conditions were applied on HEMTs with different geometries. It is found no evolution of the drain current during non stressful steps. The value of the critical degradation voltage beyond which the stress drain current starts to decrease significantly is also found dependent on the stress bias conditions, the gate-drain distance and the gate length. Moreover, the safe operating area of this technology has been determined.