Projet ANR-07-BLAN-0313 – MOreGaN : Power MOSFETs realization on Gallium Nitride
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE MIDI-PYRENEES (CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE - DELEGATION REGIONALE MIDI-PYRENEES)
Partenaires : Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Centre national de la recherche scientifique; Université de Toulouse III - Paul Sabatier
Montant : 445000.0 euros
Date de début : 2007
Durée : 36 mois
Résumé : Ce projet est relatif à la réalisation d'interrupteurs normally-off MOS haute tension en GaN pour l'électronique de puissance. Les interrupteurs haute tension sont des composants clés en l'électronique de puissance. La réduction de la résistance passante spécifique de ces dispositifs est une exigence majeure et nécessaire afin de diminuer les pertes en conduction. L'interrupteur de puissance le plus répandu est le transistor MOS en Silicium mais l'amélioration de sa résistance passante est limitée par la région épaisse et faiblement dopée nécessaire pour soutenir la tension à l'état bloqué: les valeurs de résistances passante sont maintenant proches de la limite physique de silicium. -  Une avancée majeure dans des dispositifs de puissance pourrait venir du remplacement du Silicium par un semiconducteur à grand gap tel que le Carbure de Silicium (SiC), le Nitrure de Gallium (GaN) ou le Diamant. Ces matériaux ont des propriétés physiques supérieures au Silicium qui leur permettent de surmonter les limitations de ce dernier, notamment en température et en puissance. -  De nombreuses recherches ont déjà été effectuées sur le SiC: des redresseurs et des interrupteurs ont été démontrés et des diodes Schottky sont disponibles dans le commerce depuis 2001. -  Le GaN est devenu très populaire ces dernières années pour les applications optoélectroniques et RF mais aussi pour la puissance. Le GaN est commercialisé dans le secteur optoélectronique. Pour les applications de puissance, il reste beaucoup de recherches à effectuer sur le matériau, la technologie et la conception des dispositifs. Des progrès ont été accomplis sur les transistors à effet de champ utilisant des hétérojonctions AlGaN/GaN qui permettent le confinement de porteurs et, donc, une faible résistance passante. Malheureusement ces dispositifs sont principalement normally-on. Or, les interrupteurs normally-off sont préférables pour des dispositifs de puissance, puisque cela simplifie la conception des circuits de commande. -  L'objectif principal de ce projet est de fabriquer des transistors normally-off MOS de puissance latéraux en GaN. Pour atteindre cet objectif, plusieurs étapes technologiques doivent être étudiées et fortement améliorées. -  Ce projet est divisé en 4 phases: -  - le WP1 se concentrera sur la croissance épitaxiale de GaN et fournira des échantillons à WP2 et à WP3 (technologie) pour la fabrication de dispositifs. Les croissances de type N et de type P ainsi que des couches plus épaisses de GaN sont nécessaires pour réaliser des transistors MOS. -  - le but du WP2 est de contrôler l'interface 'diélectrique/GaN', afin d'améliorer la qualité de l'interface et les propriétés du diélectrique déposé. C'est aussi une étape cruciale pour la réalisation de dispositifs MOS de qualité. Les dépôts d'AlN et de diélectriques classiques seront étudiés. Enfin, des caractérisations chimiques et électriques de l'interface seront effectuées. -  - le WP3 est consacré au développement et à l'optimisation des étapes technologiques suivant la croissance de GaN et le dépôt diélectrique. Une étape importante est l'implantation ionique car les deux types de porteurs (N et P) sont nécessaires pour réaliser des transistors MOS. Les étapes de métallisation et de passivation doivent aussi être optimisées. -  - le WP4 se concentrera sur les caractérisations physiques et électriques et sur le calibrage du logiciel de simulation physique SENTAURUS. Ces caractérisations seront faites afin d'obtenir des informations sur les dispositifs, informations qui permettront notamment de calibrer le logiciel SENTAURUS. Une fois le logiciel calibré, on pourra proposer de nouvelles architectures des transistors MOS de puissance en GaN dans le futur. -  Ce projet doit donc relever les défis suivants: -  1) fournir des épitaxies GaN de qualité, de type N de type P et profondes -  2) fournir des interfaces 'diélectrique/ GaN' de qualité, -  3) implanter des régions N et P dans du GaN, -  4) réaliser