Introduction

N° d’ordre 2011ISAL0050 Année 2011
Thèse
Etude des mécanismes physiques
responsables des dysfonctionnements des
transistors HEMTs à base
d’hétérostructures AlGaN/GaN et
AlInN/GaN
présentée devant
L’Institut National des Sciences Appliquées de Lyon
pour obtenir
le grade de docteur
Ecole doctorale : Electronique, Electrotechnique, Automatique
Spécialité : Dispositifs de l’Electronique Intégrée
par
Walf Chikhaoui
Soutenue le juin 2011 devant la Commission d’examen
Jury
Cette thèse a été préparée à l’Institut des Nanotechnologies de Lyon (INSA de Lyon)
Cette thèse est accessible à l'adresse : http://theses.insa-lyon.fr/publication/2011ISAL0050/these.pdf
© [W. Chikhaoui], [2011], INSA de Lyon, tous droits réservés

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Ecoles doctorales
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Résumé
La fabrication des composants semiconducteurs à base de nitrure de gallium (GaN) connaît
actuellement une grande expansion. Ce matériau, par ces propriétés physico-chimiques
intéressantes, est un très bon candidat pour la réalisation de diodes électroluminescentes LEDs
dans le domaine de l’éclairage ainsi que dans la filière microélectronique pour la fabrication de
composants de puissance à haute fréquence de fonctionnement.
Dans la pratique, avant d’intégrer ces composants dans un système électronique, l’analyse de leur
fiabilité est une étape nécessaire pour valider la technologie de fabrication utilisée. L’objectif de
ce travail est la détermination des mécanismes physiques responsables de la dégradation des
performances des Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMT) à base d’hétérostructures
AlGaN/GaN et AlInN/GaN.
Dans un premier temps, la caractérisation en régime statique des composants, par des mesures de
courant et de capacité à différentes températures, nous a permis de repérer certaines anomalies
dans les caractéristiques des composants. Cette non-idéalité liée aux effets thermiques semble
provenir des mécanismes de piégeage des porteurs par les défauts dans le matériau. Dans le but
d’analyser ces mécanismes, des mesures de spectroscopie de défauts profonds (DLTS) ont été
effectuées sur la capacité de type Schottky du contact de la grille. Ces mesures ont été effectuées
sur des transistors non vieillis ainsi que sur des composants qui ont subi des tests de
vieillissement accélérés pour évaluer leur niveau de dégradation.
L’étape suivante a consisté à mesurer les pièges profonds dans les HEMTs par DLTS en courant
de drain, de façon à déterminer quels défauts influencent directement le courant dans ces
dispositifs. Cette étude a été effectuée sur différents composants avec différentes géométries pour
analyser au mieux le comportement de ces pièges.
L’étude du contact de grille est aussi une étape importante pour déterminer les origines de
défaillance des composants. Pour cela, nous avons réalisé une étude approfondie sur les différents
mécanismes de transport à travers la barrière métal/semiconducteur en effectuant des mesures en
température du courant de grille. Cette étude nous a permis de conclure sur la stabilité du contact
de grille après les tests de vieillissement accélérés.
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