CDD Doctorant Nouveau procédé épitaxial de GaN sur Silicium pour transistor de puissance à avalanche H/

Sujet de thèse :
Pour faire face aux multiples défis de la transition énergétique, que ce soit au niveau de la génération, du transport ou de l'utilisation de l'électricité, des composants électroniques extrêmement efficaces sont nécessaires. Ainsi, des nouveaux composants sont développés à partir du nitrure de gallium (GaN) pour fabriquer des interrupteurs et des redresseurs rapides pouvant supporter de fortes tensions pour des tailles de composants réduites par rapport à ceux fabriqués avec du Silicium. Cependant tous ces composants qui doivent permettre de réduire les pertes d’énergie durant toutes les étapes de transformation de l’électricité restent difficiles à fabriquer en grandes quantités à faible coût. Que ce soit pour des applications grand public en deçà de 220 V, ou pour les véhicules électriques ou hybrides entre 600 et 1200V, le dépôt par épitaxie de semiconducteurs tels que le GaN sur des substrats de grand diamètre est un point clé pour faire baisser les coûts de fabrication. Pour cela, des substrats de Silicium sont utilisés comme support, mais les grandes différences de propriétés cristallines (paramètres de maille, coefficients de dilatation) entre le GaN et le Silicium sont à l’origine de défauts cristallins et de contraintes mécaniques néfastes pour une fabrication contrôlée de composants performants. Pour pallier ce point, le projet vise le développement de nouveaux empilements de couches épitaxiées contenant du Nitrure de Gallium (GaN) sur substrat Silicium pour démontrer un transistor de puissance capable de supporter des tensions supérieures à 1200 V. En particulier, le projet vise à lever les limitations liées au claquage qui oblige habituellement à recourir à des films de GaN très épais. Ces idées ont fait l’objet d’une première démonstration de principe à plus basse tension (500 V) avec des films fins. Des difficultés techniques demeurent cependant pour la réalisation de couches épitaxiales optimales, conformes à cette nouvelle approche et capables de résister à une tension de 1400 V. La thèse proposée explorera les différentes stratégies épitaxiales par EJM, EPVOM ou leur combinaison. Au sein de ce projet financé par l’ANR, l’entreprise III-V lab apportera son soutien avec l’épitaxie de structures par EPVOM. Le laboratoire LN2 mènera les activités de conception au moyen de simulations et fabriquera des composants de test. Les caractérisations électriques en modes continu et pulsé seront réalisées sous haute tension au LAAS pour démontrer les atouts de ces nouveaux dispositifs.
Contexte :
La thèse proposée dans ce contexte se déroulera au CRHEA (Valbonne, 06). Elle portera sur l’épitaxie de ces nouvelles structures au moyen des techniques EJM et EPVOM et leurs caractérisations structurales et électriques qui seront validées par les partenaires via la fabrication et la caractérisation de dispositifs de test.