Méthodes et analyses physico-expérimentales des mécanismes liés à la résistance dynamique dans les composants HEMT GaN de puissance

Pour controler le flux d'energie electrique de la source a la charge, l'electronique de puissance constitue un des elements phares dans l'acheminement de cette energie. La gestion et la conversion de cette energie electrique necessitent des convertisseurs de puissance efficaces, bases sur des interrupteurs presentant des performances elevees en commutation et en conduction, a haute puissance et haute frequence. Bien que les dispositifs a base de silicium dominent depuis longtemps l'electronique de puissance, les proprietes physiques de ce materiau limitent les performances des dispositifs en termes de temperature maximale d'operation, de tension de claquage, de resistance a l'etat passant et de vitesse de commutation. La recherche des materiaux prometteurs presentant des performances superieures a celles du silicium est donc necessaire. Le nitrure de gallium (GaN) est l'un des materiaux qui permet, grâce a ses proprietes physiques, de repondre aux exigences de fabrication des convertisseurs de puissance. En outre, le transistor a haute mobilite electronique (HEMT) a heterostructure AlGaN/GaN est un composant qui contribue a l'innovation des technologies de conversion de puissance. Cependant, de nombreux problemes de fiabilite affectent les performances electriques de ces dispositifs et necessitent un effort d'analyse et de comprehension. Les contributions du present travail s'inscrivent precisement dans ce domaine. La caracterisation de la resistance a l'etat passant de ce transistor, qui est un probleme critique, est necessaire pour comprendre la dynamique de certains phenomenes tels que le piegeage. Dans ce travail, on s'interesse tout particulierement a la caracterisation des effets du piegeage induit par des defauts qui peuvent exister dans les differentes couches de la structure. Nous proposons une nouvelle methodologie generale de mesure permettant d'obtenir des resultats fiables et reproductibles et montrant l'importance de maitriser les conditions initiales avant chaque mesure. Les phenomenes dynamiques sont caracterises a l'aide des mesures du courant en fonction du temps, realisees sur des structures TLM issues de differents lots technologiques, sous stimulations electrique et/ou optique. Deux methodes de caracterisation de ces defauts sont ainsi proposees. Le but de la premiere est de stresser le dispositif par une tension negative appliquee sur le substrat pour stimuler les defauts presents entre ce dernier et le canal 2DEG, alors que la deuxieme consiste a illuminer le dispositif sous test par une source lumineuse dont l'energie de photon correspondante est choisie de facon a ce qu'elle n'affecte que les pieges presents dans les materiaux. L'effet de l'illumination sur les resistances de contact est ensuite etudie, montrant une contribution non negligeable de ces resistances dans la resistance totale et mettant ainsi en evidence, pour la premiere fois, que la dynamique de la resistance a l'etat passant peut-etre due non seulement a des phenomenes dans le canal 2DEG mais egalement a des phenomenes au niveau des contacts ohmiques[. ]