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H/F Doctorat en Matière Condensée – Physique des composants électroniques

Cette offre est disponible dans les langues suivantes :
Français - Anglais

Date Limite Candidature : lundi 2 août 2021

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Informations générales

Référence : UMR5270-VIRLAG-005
Lieu de travail : VILLEURBANNE
Date de publication : lundi 12 juillet 2021
Nom du responsable scientifique : BLUET Jean-Marie
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 octobre 2021
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

La production et la gestion durable de l'énergie sont des enjeux sociétaux de prime importance. Aujourd'hui, le développement des énergies renouvelables (éolienne, photovoltaïque...) ou encore le déploiement des véhicules électriques favorisent une distribution en courant continu de l'énergie, d'où la demande croissante pour de convertisseurs haute tension (HV) et/ou haute température. Dans le contexte du transport de l'électricité sous la forme d'un courant continu, la montée en tension des composants actifs est primordiale afin de diminuer le nombre de composants et par conséquent de limiter les pertes. Les semi-conducteurs à large bande interdite sont une solution pour obtenir l'amélioration drastique des performances des composants de puissance, limitées à ce jour par les propriétés restreintes du Silicium (Si) pour ces applications. Les matériaux les plus prometteurs sont les nitrures de gallium (GaN). Par rapport au silicium, les principaux bénéfices apportés par ces matériaux sont un bon fonctionnement sur une large gamme de température, un champ électrique critique élevé et une vitesse de dérive élevée des électrons leur conférant l'intérêt de résister à la fois à de très hautes tensions, de très hautes températures et pouvant opérer relativement à haute fréquences [1,2,3].
L'objectif du projet dans lequel s'inscrit ce travail de thèse est de développer des composants de puissance à base de GaN verticaux pour essayer d'atteindre les limites théoriques du matériau en termes de tension de claquage et de courant à l'état passant. Pour ce faire, des verrous technologiques comme, par exemple, l'effondrement du courant (« current collapse » [4]) ou encore la compréhension des mécanismes de claquages devront être surmontés. Pour cela, une caractérisation physique des composants est nécessaire afin de valider chaque étape de leur fabrication puis de leur fonctionnement.
L'objectif principal de cette thèse comprend donc deux grandes parties 1) développer des méthodes de caractérisation des composants GaN par couplage de méthodes de caractérisation physique : Deep-Level Transient Spectroscopy (DLTS), micro-Raman, photoluminescence (PL) et micro-OBIC (Optical Beam Induced Current). 2) trouver des liens entre des caractéristiques électriques du transistor et des caractéristiques physiques des empilements en utilisant des véhicules de test qu'on intègrera dans tous nos masques de fabrication.
A plus grande échelle, ce projet permettra de caractériser des composants GaN afin de mieux comprendre les mécanismes à l'origine des limitations électriques dans le but final de les améliorer que ce soit d'un point de vue de la tenue en tension, de l'effondrement du courant ou encore de leur robustesse.
[1] K. Chen and C. Zhou, “Enhancement-mode AlGaN/GaNHEMTand MISHEMT technology,” Phys. Status Solidi A, vol. 208, no. 2, pp. 434–438, 2011.
[2] J. L. Hudgins, G. S. Simin, E. Santi, and M. Asif Khan, “An assessment of wide bandgap semiconductors for power devices,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 18, no. 3, pp. 907–914, May 2003.
[3] T. Nomura, M. Masuda, N. Ikeda, and S. Yoshida, “Switching characteristics of GaN HFETs in a half bridge package for high temperature applications,” IEEE Trans. Power Electron., vol. 23, no. 2, pp. 692–697, 2008. [4] R. Vetury, N. Q. Zhang, S. Keller, and U. K. Mishra, “The impact of surface states on the DC and RF characteristics of AlGaN/GaN HFETs,”IEEE Trans. Electron Devices, vol. 48, no. 3, pp. 560–566, 2001.

Contexte de travail

Ce projet s'inscrit dans le cadre du projet Vertigan du Labex Ganext, il s'agit d'une collaboration inter-laboratoires entre l'Institut des Nanotechnologies de lyon (INL), le laboratoire Ampère et le laboratoire Charles Coulomb (L2C). Le doctorant sera également amené à collaborer avec les laboratoires en charge de la croissance épitaxiale (CHREA) et de la technologie (CEA-LETI).
Au laboratoire Ampère, le travail sera suivi par Camille Sonneville (maitresse de conférence) et Dominique Planson (Professeur), à l'INL l'équipe encadrante sera constituée de Georges Brémond (professeur) et Jean-Marie Bluet (professeur), et au L2C Sandrine Juillaguet (maitresse de conférence) et Sylvie Contreras (Chargée de recherche) suivront les travaux.

Contraintes et risques

Des déplacements de plusieurs jours seront à prévoir à Montpellier au laboratoire L2C.

Informations complémentaires

Le candidat recherché doit être titulaire d'un master 2 de recherche et/ou un diplôme d'ingénieur et avoir de bonnes bases en physique du solide et des semi-conducteurs. Il doit être très motivé par la recherche appliquée. Des connaissances en techniques de caractérisation spectroscopique (Raman, luminescence…) et/ou électrique (DLTS, micro-Obic) seraient un plus.
Il doit posséder des aptitudes à travailler en équipe (équipe projet), des capacités d'organisation et de rendre compte analytiquement et synthétiquement et de travailler rapidement en autonomie avec un esprit critique.
Les candidatures devront inclure un CV détaillé ; au moins une référence (personnes susceptibles d'être contactées) ; une lettre de motivation d'une page ; un résumé d'une page du mémoire de master ; les notes de Master 1 ou 2 ou d'école d'ingénieur.

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