H/F Doctorat / Caractérisations electro-otpiques de composants à base de Ga2O3

Sujet de thèse :
Domaine et contexte scientifiques :
Les composants électroniques à base de matériaux semi-conducteurs à grand gap (SiC, GaN) connaissent un essor considérable pour les applications en électronique de moyenne puissance (1 kV / 10 A) comme par exemple le secteur des automobiles hybrides/électriques. Au-delà de cette gamme de puissance, les enjeux d’une électronique permettant d’augmenter la densité de puissance et l’efficacité de commutation/conversion sont considérables du point de vue des enjeux énergétiques et de la réduction des émissions de CO2 avec des applications notamment dans le domaine de la distribution du courant (smart grid) et des transports (ferroviaire). Pour répondre à ces exigences de puissance, il faut se tourner vers des matériaux dits à ultra grand gaps (UWBG) présentant des énergies de bande interdite (4 eV) et des champs de claquage (~10 MV.cm-1) appropriés comme le diamant, l’AlGaN ou le Ga2O3. Ce dernier, présente l’avantage unique de la disponibilité de substrats commerciaux de 150 mm de diamètre à coût raisonnable (3 fois moins cher que SiC). Un très fort challenge à relever pour les matériaux UWBG est le dopage. Ici encore Ga2O3 présente un grand intérêt étant donné que le dopage n peut être facilement réalisé sur des plages de valeurs larges [1-3]. Des dispositifs de puissance unipolaire ont été démontrés avec un fonctionnement normally-on [4-6]. La brique technologique manquante pour des dispositifs de puissance normally-off est le dopage de type p pour la réalisation de dispositifs bipolaires L’étude du dopage de type p fait l’objet d’une thèse démarrée au laboratoire (Mme O. Heribi). Pour l’instant, cette difficulté est contournée par l’usage d’une hétérojonction avec de l’oxide de Nickel (NiO de type) p [7]. Toutefois, lorsque les dimensions des dispositifs sont étendues pour obtenir de forts courant à l’état on, la tenue en tension en pâtie fortement. Ceci peut s’expliquer par la présence de défauts électriquement actifs sous la diode et/ou par la difficulté de réalisation de protections périphériques. L’objectif de la thèse sera donc de caractériser les défauts électriquement actifs présents dans le matériau Ga2O3 ainsi que ceux induits par les process technologiques employés pour réaliser les protections périphériques (implantations, gravures, passivation). A cette fin, le laboratoire INL et l’équipe « Matériaux Fonctionnels» possèdent une véritable expertise originale sur les techniques électriques et électro-optiques d’étude des niveaux électroniques induits par les pièges et les défauts dans les semi-conducteurs à grand gap. De plus la thèse est financée dans le cadre d’un projet national PEPR (Programme et Equipement Prioritaire de Recherche) dont le but est de réaliser une diode de puissance (10 kV, 10A) avec son packaging. Pour cela le consortium regroupe des experts français pour l’épitaxie du Ga2O3 (GEMAC), l’épitaxie du NiO (CEA
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