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Doctorat: étude des propriétés de transport électronique dans les transistors de puissance à base de GaN (H/F)

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Informations générales

Référence : UPR2940-FLOPOI-038
Lieu de travail : GRENOBLE
Date de publication : mercredi 9 septembre 2020
Nom du responsable scientifique : Philippe FERRANDIS
Type de contrat : CDD Doctorant/Contrat doctoral
Durée du contrat : 36 mois
Date de début de la thèse : 1 novembre 2020
Quotité de travail : Temps complet
Rémunération : 2 135,00 € brut mensuel

Description du sujet de thèse

Cette thèse s'inscrit dans le cadre des projets HUGE (High freqUency GaN Electronics) et HBV (High Breakdown Voltage) financés par l'Agence Nationale de la Recherche via le laboratoire d'excellence GaNext. Ces projets visent à développer et améliorer des technologies à base de GaN pour des applications dans les domaines des hautes fréquences (télécommunications 5G, militaires et spatiales) et des hautes tensions (convertisseurs d'énergie électrique).
Au cours des dernières années, de remarquables progrès sont apparus avec des transistors à hautes mobilités pour l'amplification de puissance et la commutation à hautes fréquences. Les transistors les plus matures sont composés d'une hétérojonction AlGaN/GaN mais d'autres structures à base d'hétérojonctions (In)(Ga)AlN/GaN avec une couche très fine (inférieure à
10 nm) riche en Al sont à l'étude. Elles permettent d'accroitre la densité du gaz d'électrons à deux dimensions dans le canal du transistor et sont compatibles avec un grand rapport de taille entre la longueur de la grille et la distance entre la grille et le canal pour des grilles inférieures à 100 nm. Ces propriétés conduisent à des vitesses de fonctionnement plus élevées. Pour augmenter le gain en puissance à haute fréquence, les hétérojonctions à base de GaN sont fabriquées sur des substrats à forte dissipation thermique.
Le projet HUGE s'intéressera aux nouvelles hétérojonctions contenant une couche fine riche en Al sur différents types de substrats (Si, SiC,…). Pour développer des amplificateurs de puissance opérant au-delà de la bande W (75-110 GHz), l'obtention de transistors avec une grande linéarité et une excellente fiabilité sont nécessaires. L'objectif est d'aboutir à un démonstrateur d'amplificateur à ondes millimétriques.
Par ailleurs, le projet HBV étudiera les composants latéraux de puissance élaborés sur des substrats riches en Al et aura pour objectif d'améliorer la tenue en tension des transistors à haute mobilité en GaN pour des applications au-delà du kilovolt.
Pour accompagner les projets HUGE et HBV dans leur réussite, des améliorations au niveau de la pureté des matériaux et des étapes technologiques sont essentielles. Elles se traduisent par une réduction du courant de fuite, une diminution des effets de piégeage, une optimisation de la mobilité des porteurs et une augmentation de la tension de claquage.

Contexte de travail

L'objectif de la thèse est de détecter les défauts électriquement actifs dans les couches actives du transistor par Deep-Level Transient Spectroscopy, Deep-Level Optical Spectroscopy et spectroscopie d'admittance au sein de l'Institut Néel. Cette étude sera complétée par des mesures de mobilité des électrons situés dans le canal du transistor par effet Hall en fonction de la température au Laboratoire Charles Coulomb (L2C). Les résultats expérimentaux conduiront à une meilleure compréhension des mécanismes de transport en jeu dans les différents composants. Des échanges réguliers entre les laboratoires chargés de la caractérisation (Néel et L2C) et de la fabrication des dispositifs (CRHEA et IEMN) auront pour but d'améliorer les performances des transistors de puissance opérant à haute fréquence et d'augmenter leur tension de claquage.
De niveau master ou école d'ingénieur, la ou le candidat(e) doit avoir des connaissances en physique des semi-conducteurs et composants. Une expérience en caractérisation de dispositifs microélectroniques serait un plus.
La thèse se déroulera au sein de l'Institut NEEL à Grenoble. L'Institut NEEL est l'un des plus grands instituts de recherche nationaux français pour la recherche fondamentale en physique de la matière condensée enrichi d'activités interdisciplinaires aux interfaces avec la chimie, l'ingénierie et la biologie. Il est situé au cœur d'un environnement scientifique, industriel et culturel unique. Il fait partie de l'un des plus grands environnements de haute technologie d'Europe en micro et nanoélectronique, juste à côté des Alpes françaises.
Des campagnes de mesures ponctuelles se dérouleront au Laboratoire Charles Coulomb à Montpellier.

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