Analyse et modélisation des mécanismes de dégradation de grille des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) de type AlGaN/GaN

L'introduction recente des technologies a grande bande interdite vient revolutionner le segment des modules de puissance RF. De par les niveaux de puissance eleves proposes aux frequences des bandes de telecommunications, les technologies GaN representent desormais une alternative integree majeure qui vient se substituer progressivement aux technologies III-V GaAs (amplificateurs SSPA), en concurrencant meme les technologies des tubes a ondes progressives (amplificateurs TWTA). Ce developpement rapide des technologies GaN durant la derniere decennie s'est avere par la mise sur le marche de nombreuses filieres, telles que GH50 et GH25, issues d'UMS. Ces filieres s'appuient sur des variantes technologiques qui peuvent se traduire par une maitrise delicate des divers mecanismes de degradation induits par les contraintes thermiques, electriques ou RF : tests IDQ, HTRB, HTOL, etc. La complexite des processus mis en jeu (effets thermiques, piezoelectriques, ...) rend souvent delicate l'analyse des mecanismes qui induisent les degradations observees, et il est necessaire d'etablir une etude rigoureuse multi-physique, afin d'identifier les parametres electriques et technologiques sensibles. Les analyses associees a ces travaux s'appuient sur des mesures non-invasives, croisees dans les domaines temporel et spectral. Cette approche purement metrologique connait des limites dans la mesure ou le croisement de donnees non-destructives et destructives ne peuvent pas etre appliquees sur les memes composants, ni avant/apres application de la contrainte. L'objectif de cette these est ainsi de pouvoir faire converger ces technologies industrielles et en phase de transfert vers des procedes plus robustes et plus performants, en ameliorant notre connaissance des cinetiques de degradation nombreuses et encore mal maitrisees. Les technologies identifiees pour venir en support technologique sont les filieres qualifiees ou en phase de l'etre cote UMS : GH50 et GH25. Sur chacune des technologies, nous pourrons identifier les mecanismes limitatifs tant a l'instant t0, que lors de l'evolution sous contrainte. Dans une vision de maturation technologique, nous pourrons identifier les zones sensibles qui limitent les zones de securite operationnelle des dispositifs, et qui permettent aux technologues d'ameliorer les procedes technologiques. De plus, cette double entree technologique permettra d'eprouver les methodes de travail que nous avons mis en œuvre lors de cette these. Les techniques de mesure temporelles (non-invasives), telles que les mesures I-V-T DC et pulsees, seront analysees et correlees avec les mesures de bruit basse frequence (analyse frequentielle), sur des composants temoins (vierges). Les mesures electriques permettent d'identifier les phenomenes de gate lag et de drain lag, qui sont des facteurs limitatifs pour les applications de puissance et applications pulsees radar. Le bruit basse frequence est quant a lui reconnu pour permettre une analyse des defauts dans les differentes zones, actives ou pas, des composants etudies. L'analyse et la localisation de ces sources de bruit est indispensable pour l'etape suivante. Ces techniques de mesures et modeles associes seront ensuite mis a profit pour etudier des composants stresses (vieillis). D'une part, l'evolution des caracteristiques electriques de linearite autorisera l'apprehension des consequences du stress sur le comportement operationnel des dispositifs. De l'autre part, l'evolution des spectres de bruit donnera l'acces a une vision plus corpusculaire de ce qui entame l'abaissement des performances des transistors. Cette evolution constituera une base de donnees fiable, qui servira a mieux cerner les changements immediats et lents des processus de degradation reversibles et irreversibles des composants sous test : modification de la diode Schottky, presence de pieges accepteurs, charges mobiles et fixes, phenomenes de pieges lents et rapides.