Conception et fabrication de transistor de puissance à architecture horizontale de type normally-off à base de GaN sur un substrat de silicium
- Date :
- Jeudi 26 novembre 2026
- Heure :
- À 9 h
- Type :
- Soutenance de thèse
- Lieu :
- Dans le local P2-1002 (3IT) de l'Institut interdisciplinaire d'innovation technologique.
Description :
Doctorant : Elhadji Adama Seck
Directeur de recherche : Hassan Maher
Président de jury : Maxime Berger
Résumé : Les transistors HEMT AlGaN/GaN sont naturellement normalement passants (normally-on) à VGS = 0 V, alors que les applications de haute puissance exigent un fonctionnement normalement bloqué (normally-off). Cette thèse développe un MOS-HEMT AlGaN/GaN sur substrat de silicium dont l’oxyde de grille Al2O3 est déposé sur une fine barrière AlGaN partiellement gravée par gravure cyclique (Digital etching). Une démarche combinant simulation TCAD, fabrication sur plaques de 3 pouces et caractérisation électrique permet d’optimiser la structure de la grille et les plaques de champ. La résistance à l’état passant (RON) est réduite de 20 à 14 Ω.mm soit une amélioration de 30 %. A VGS = 15 V et VDS = 3 V, le courant maximal passe 120 mA/mm pour la structure standard à 180 mA/mm pour la nouvelle structure. Une architecture de plaques de champ à plusieurs niveaux augmente la tension de claquage de 180 V pour la structure standard à 584 V pour une plaque de champ puis à environ 900 V pour deux plaques de champ. Ce gain s’explique par une redistribution efficace et progressive du champ électrique. Pour améliorer la tenue en tension verticale, une couche de p-GaN est enterrée dans la partie inférieure de la couche tampon. Elle permet de déplacer le pic de champ électrique de l’interface GaN/Si vers la jonction n-GaN/p-GaN tout en conservant un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) d’environ 9.4 × 1012 cm-2. Sur une structure verticale d’environ 1.5 µm (1 µm de GaN et 460 nm de p-GaN), une tension de claquage verticale de 530 V est mesurée, avec un comportement compatible avec une avalanche non destructive. Pour une couche tampon de 5 µm, les simulations prévoient 1735 V, contre 920 V sans couche de p-GaN. Ces résultats ouvrent la voie à des transistors GaN sur silicium normalement bloqués pour les applications de forte puissance.
Doctorant : Elhadji Adama Seck
Directeur de recherche : Hassan Maher
Président de jury : Maxime Berger
Résumé : Les transistors HEMT AlGaN/GaN sont naturellement normalement passants (normally-on) à VGS = 0 V, alors que les applications de haute puissance exigent un fonctionnement normalement bloqué (normally-off). Cette thèse développe un MOS-HEMT AlGaN/GaN sur substrat de silicium dont l’oxyde de grille Al2O3 est déposé sur une fine barrière AlGaN partiellement gravée par gravure cyclique (Digital etching). Une démarche combinant simulation TCAD, fabrication sur plaques de 3 pouces et caractérisation électrique permet d’optimiser la structure de la grille et les plaques de champ. La résistance à l’état passant (RON) est réduite de 20 à 14 Ω.mm soit une amélioration de 30 %. A VGS = 15 V et VDS = 3 V, le courant maximal passe 120 mA/mm pour la structure standard à 180 mA/mm pour la nouvelle structure. Une architecture de plaques de champ à plusieurs niveaux augmente la tension de claquage de 180 V pour la structure standard à 584 V pour une plaque de champ puis à environ 900 V pour deux plaques de champ. Ce gain s’explique par une redistribution efficace et progressive du champ électrique. Pour améliorer la tenue en tension verticale, une couche de p-GaN est enterrée dans la partie inférieure de la couche tampon. Elle permet de déplacer le pic de champ électrique de l’interface GaN/Si vers la jonction n-GaN/p-GaN tout en conservant un gaz bidimensionnel d’électrons (2DEG) d’environ 9.4 × 1012 cm-2. Sur une structure verticale d’environ 1.5 µm (1 µm de GaN et 460 nm de p-GaN), une tension de claquage verticale de 530 V est mesurée, avec un comportement compatible avec une avalanche non destructive. Pour une couche tampon de 5 µm, les simulations prévoient 1735 V, contre 920 V sans couche de p-GaN. Ces résultats ouvrent la voie à des transistors GaN sur silicium normalement bloqués pour les applications de forte puissance.