Simulation et réalisation technologique de cellules de commutation à base de nouveaux interrupteurs de

Missions :
La gestion de l'énergie constitue l'un des plus importants défis que notre société va devoir relever au cours du XXIe siècle. C'est précisément sur ce défi que se positionnent les activités de recherche du projet proposé qui vise une gestion optimale de l'énergie dans de nombreux marchés. Dans ce contexte, la conception de nouveaux interrupteurs de puissance qui doivent gérer cette énergie est indispensable : il convient de minimiser les pertes, d'assurer une meilleure gestion de l'énergie électrique en améliorant les caractéristiques intrinsèques des composants à semi-conducteurs. Les matériaux semi-conducteurs à large bande interdite tels que le GaN sont les candidats adéquats pour répondre à ce nouveau défi.
Les travaux concernent de nouveaux procédés de fabrication d'architectures de transistors à haute mobilité (High Electron Mobility Transistor — HEMT —) en Nitrure de Gallium (GaN) présentant la fonctionnalité « normally-off ».
L'inconvénient actuel et majeur des HEMTs conventionnels est que leur blocage se fait à des tensions négatives ; c'est ce que l'on appelle un composant normally-on (« normalement fermé ») : ces interrupteurs HEMTs conventionnels sont conducteurs même lorsque la tension de commande (tension de grille) est nulle. Or, de nombreuses applications de puissance requièrent l'utilisation d'interrupteurs normally-off (« normalement ouverts »), c'est-à-dire des interrupteurs ouverts lorsque leur tension de commande est nulle.
Plusieurs structures de HEMT en GaN ont été proposées dans la littérature afin de satisfaire à la fonctionnalité normally-off.
Dans ce projet, nous proposons donc, dans un premier temps, de concevoir des composants de puissance GaN HEMTs normally-off en se basant sur une nouvelle approche 3D qui devrait éviter de dégrader le gaz bidimensionnel et ainsi préserver les performances de ces composants, puis, dans un second temps, de concevoir, réaliser et caractériser une cellule de commutation à base de ces nouveaux interrupteurs normally-off en GaN qui seront intégrés monolithiquement sur la même puce de silicium.
Activités :
Les travaux envisagés comportent 3 grandes phases :
1) Simulations physiques à éléments finis afin de définir la meilleure structure HEMT en GaN susceptible de présenter la fonctionnalité normally-off désirée, puis optimisation des paramètres géométriques et technologiques de la structure choisie.
2) Réalisation technologique de la structure dans la plateforme technologique du LAAS-CNRS avec l'aide de partenaires fournisseurs de plaques de GaN (le CRHEA-CNRS, partenaire privilégié du LAAS-CNRS depuis 10 ans dans ce domaine).
3) Réalisation technologique d'une cellule de commutation à base de ces nouveaux interrupteurs GaN HEMTs normally-off qui seront intégrés monolithiquement sur la même puce de silicium.
Contexte de travail :
Les travaux se feront au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS) fondé
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