Academic literature on the topic 'Robustesse en mode DC'

La filière GaN est stratégique pour l'Union Européenne car elle permet d'améliorer la puissance et le rendement des systèmes radar et de télécommunication, notamment dans les bandes S à Ka (jusqu'à 30 GHz). Pour répondre aux besoins des futures applications, telles que la 5G et les systèmes militaires, le développement des technologies GaN vise à augmenter les fréquences jusqu'aux ondes millimétriques. Cela nécessite d'optimiser l'épitaxie et la réduction de la longueur de grille à moins de 150 nm, ainsi que l'utilisation de barrières ultrafines (&lt;10 nm) pour éviter les effets de canaux courts. La substitution de la barrière AlGaN par du AlN représente une solution pour maintenir de bonnes performances tout en miniaturisant les composants. Dans ces travaux de thèse, plusieurs variantes technologiques à barrière AlN ultrafine (3 nm) sur des canaux GaN non-dopés de différentes épaisseurs, développées par le laboratoire IEMN sont étudiés. L'évaluation des performances et de la robustesse de ces technologies, cruciale pour leur qualification et utilisation dans des missions à long-terme, sont ainsi menées en mode DC et RF afin de définir les zones de sécurité de fonctionnement (SOA) et d’identifier les mécanismes de dégradation.La campagne de caractérisation DC et pulsée a révélé une faible dispersion des composants après leur stabilisation électrique, reflétant une bonne maîtrise technologique : ceci permet par ailleurs des études statistiques et des analyses génériques plus pertinentes sur l’ensemble des lots de composants étudiés. L'analyse de la sensibilité des dispositifs à des températures allant jusqu'à 200°C a prouvé la forte stabilité thermique des performances en mode diode et transistor, en suivant les indicateurs paramétriques représentatifs des modèles électriques des composants (courants de saturation et courants de fuite, tension de seuil, taux de retard aux commandes entrée sortie, …). L’ajout d’une barrière arrière AlGaN sur une couche tampon moyennement dopée C a réglé le compromis entre confinement des électrons et densités de pièges. Les tests de vieillissement accéléré en mode DC à différents points de polarisation et en mode RF par paliers de puissance d’entrée ont montré que la barrière arrière AlGaN confère une meilleure stabilité des courants de fuite et des courbes I(V) statiques, une réduction des effets de piégeage et d'auto-échauffement, ainsi qu'une extension de la SOA-DC opérationnelle. Les tests de vieillissement accéléré en mode dynamique à 10 GHz sur des HEMTs avec différents espacements grille-drain ont montré que la SOA-RF ne dépend pas de cet espacement, mais plutôt de la capacité de la grille à supporter des signaux RF élevés, avant dégradation brutale de cette dernière. En utilisant une méthode de modélisation non linéaire originale, prenant en compte le phénomène d'auto-polarisation, les dispositifs avec barrière AlGaN se sont révélés plus robustes également en RF. Cela se traduit par leur compression plus tardive de gain, allant jusqu’à +10dB et sans dégradation électrique ainsi que structurelle apparente (observée par photoluminescence). Indépendamment de la variante AlN/GaN, le mécanisme de dégradation en stress RF correspond au claquage abrupt de la grille Schottky conduisant à sa défaillance. Ces résultats prouvent que les composants sont plus sensibles aux conditions de polarisation DC qu’au niveau de signal RF injecté [...]<br>The GaN industry is strategic for the European Union because it enhances the power and efficiency of radar and telecommunication systems, especially in the S to Ka bands (up to 30 GHz). To meet the needs of future applications such as 5G and military systems, GaN technology development aims to increase frequencies to the millimeter-wave range. This requires optimizing epitaxy and reducing the gate length to less than 150 nm, as well as using ultrathin barriers (&lt;10 nm) to avoid short-channel effects. Replacing the AlGaN barrier with AlN is a solution to maintain good performance while miniaturizing devices. In this thesis, several technological variants with an ultrathin AlN barrier (3 nm) on undoped GaN channels of various thicknesses, developed by the IEMN laboratory, are studied. The evaluation of the performance and robustness of these technologies, crucial for their qualification and use in long-term profil missions, is conducted in both DC and RF modes to define the safe operating areas (SOA) and identify degradation mechanisms.The DC and pulsed characterization campaign revealed low component dispersion after electrical stabilization, reflecting good technological control. This also allows for more relevant statistical studies and generic analyses across all component batches studied. The sensitivity analysis of the devices at temperatures up to 200°C demonstrated strong thermal stability in diode and transistor modes, following parametric indicators representative of the electrical models of the components (saturation currents and leakage currents, threshold voltage, gate and drain lags rates, ...). The addition of a AlGaN back-barrier on a moderately C-doped buffer layer resolved the trade-off between electron confinement and trap densities. Accelerated aging tests in DC mode at various biasing conditions and in RF mode by input power steps showed that the AlGaN back-barrier provides better stability in leakage currents and static I(V) curves, reduces trapping and self-heating effects, and extends the operational DC-SOA.Dynamic accelerated aging tests at 10 GHz on HEMTs with different gate-drain spacings showed that the RF-SOA does not depend on this spacing but rather on the gate's ability to withstand high RF signals before abrupt degradation occurs. Using an original nonlinear modeling method that considers the self-biasing phenomenon, devices with the AlGaN back-barrier proved to be more robust in RF as well. This is reflected in their later gain compression, up to +10 dB, without apparent electrical or structural degradation (as observed by photoluminescence). Regardless of the AlN/GaN variant, the RF stress degradation mechanism corresponds to the abrupt breakdown of the Schottky gate, leading to its failure. These results indicate that the components are more sensitive to DC bias conditions than to the level of injected RF signals [...]