Dedicated Design Of Experiments And Experimental Diagnostic Tools For Accurate Reliability Investigations On Algan Gan High Electron Mobility Transistors Hemts
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Dedicated design of experiments and experimental diagnostic tools for accurate reliability investigations on AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMTs)
Le développement intensif et rapide des dispositifs HEMT à base de nitrure de gallium a été largement favorisé par les qualités intrinsèques du matériau pour proposer des performances élevées (haute puissance, haute fréquence...) et pour autoriser un fonctionnement en environnement extrêmement sévère (fluctuations thermiques, brouillage, tenues aux radiations ionisantes...) par rapport aux technologies concurrentes plus traditionnelles (Si, GaAs...). À ce jour, les dispositifs HEMTs AlGaN/GaN sont considérés comme une alternative prometteuse pour remplacer la technologie GaAs, et se positionnent comme d'excellents candidats pour des applications d'électronique de puissance, pour les applications TVSAT, des stations de base terrestres et des systèmes radar à large bande de fréquence (bande L à W), et pour les applications civiles et militaires. Cependant, il reste à lever certains verrous concernant des problèmes de fiabilité de ces dispositifs, qui affectent la durée de vie élevée attendue ; l'amélioration de la robustesse de ces technologies reste une phase critique à étudier malgré les progrès déjà réalisés. Plusieurs paramètres de fabrication affectent la fiabilité, tels que la passivation de la surface, le plateau de champ, le procédé de dépôt de la grille. Il est bien connu que l'étude de la fiabilité est complexe et ne pourra jamais être totalement accomplie, cependant les limites escomptées pour une exploitation raisonnable des filières GaN laissent entrevoir la possibilité de réels progrès dans ce domaine pour assoir le positionnement de ces technologies vis à vis des solutions concurrentes. Ce manuscrit de thèse présente les outils de diagnostic et les procédures de mesures associées développés pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacents de ces dispositifs. Les mesures électriques DC et pulsées à différentes températures sont présentées en premier lieu. Pour obtenir des informations au niveau microscopique sur la fluctuation des porteurs et des défauts dans les zones actives et passives du dispositif, des mesures de bruit basse fréquence sont effectuées sur les courant de grille et de drain sous différentes configurations : la diode seule (drain en l'air) et le transistor en régime saturé. Une technique électro-optique, l'OBIRCh (Optical Beam Induced Resistance Change technique), est aussi appliquée sur les mêmes composants : cette technique apporte d'autres informations quant à l'intégrité du composant (fluctuations de courant), et vient corroborer nos hypothèses sur l'activation de mécanismes piezoélectriques dans les zones fortement polarisées du composant. Toutes ces techniques non-destructives permettent des analyses croisées. Un modèle original de la diode Schottky a été établi pour tenir compte de certains défauts d'homogénéité à l'intérieur du contact de grille à l'interface entre la diode Schottky et la couche semi-conductrice supérieure. D'autres résultats originaux ont été trouvés à partir des mesures de bruit basse fréquence concernant la localisation des défauts actifs et leur évolution suite à l'application d'un stress électrique et thermique (HTRB, HTOL, ...). Les analyses électriques (pulsées et transitoires) des phénomènes de retard à la commande (grille ou drain) sont partiellement corrélées aux analyses du bruit basse fréquences des courant de grille et de drain pour identifier les mécanismes sous-jacents de dégradations. Dernièrement, une ébauche de plan d'expérience (DOE) est proposée dans le cadre de notre travail, qui complètera celui mis en œuvre dans le cadre du projet ANR REAGAN impliquant tous les partenaires : des règles et des procédures expérimentales sont identifiées pour s'assurer que les données expérimentales sont fiables (i.e. reflètent statistiquement le comportement réel du dispositif).
Polarization Effects in Semiconductors
Author: Debdeep Jena
language: en
Publisher: Springer Science & Business Media
Release Date: 2008
Polarization Effects in Semiconductors: From Ab Initio Theory to Device Applications presents the latest understanding of the solid state physics, electronic implications and practical applications of the unique spontaneous or pyro-electric polarization charge of wurtzite compound semiconductors, and associated piezo-electric effects in strained thin film heterostructures. These heterostructures are used in wide band gap semiconductor based sensors, in addition to various electronic and opto-electronic semiconductor devices. The book covers the ab initio theory of polarization in cubic and hexagonal semiconductors, growth of thin film GaN, GaN/AlGaN GaAlN/ AlGaInN, and other nitrides, and SiC heterostructures. It discusses the effects of spontaneous and piezoelectric polarization on band diagrams and electronic properties of abrupt and compositionally graded heterostructures, electronic characterization of polarization-induced charge distributions by scanning-probe spectroscopies, and gauge factors and strain effects. In addition, polarization in extended defects, piezo-electric strain/charge engineering, and application to device design and processing are covered. The effects of polarization on the fundamental electron transport properties, and on the basic optical transitions are described. The crucial role of polarization in devices such as high electron mobility transistors (HEMTs) and light-emitting diodes (LEDs) is covered. The chapters are authored by professors and researchers in the fields of physics, applied physics and electrical engineering, who worked for 5 years under the "Polarization Effects in Semiconductors" DOD funded Multi Disciplinary University Research Initiative. This book will be of interest to graduate students and researchers working in the field of wide-bandgap semiconductor physics and their device applications. It will also be useful for practicing engineers in the field of wide-bandgap semiconductor device research and development.
GaN Transistors for Efficient Power Conversion
An up-to-date, practical guide on upgrading from silicon to GaN, and how to use GaN transistors in power conversion systems design This updated, third edition of a popular book on GaN transistors for efficient power conversion has been substantially expanded to keep students and practicing power conversion engineers ahead of the learning curve in GaN technology advancements. Acknowledging that GaN transistors are not one-to-one replacements for the current MOSFET technology, this book serves as a practical guide for understanding basic GaN transistor construction, characteristics, and applications. Included are discussions on the fundamental physics of these power semiconductors, layout, and other circuit design considerations, as well as specific application examples demonstrating design techniques when employing GaN devices. GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition brings key updates to the chapters of Driving GaN Transistors; Modeling, Simulation, and Measurement of GaN Transistors; DC-DC Power Conversion; Envelope Tracking; and Highly Resonant Wireless Energy Transfer. It also offers new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, and Lidar, and revises many others throughout. Written by leaders in the power semiconductor field and industry pioneers in GaN power transistor technology and applications Updated with 35% new material, including three new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, Wireless Power, and Lidar Features practical guidance on formulating specific circuit designs when constructing power conversion systems using GaN transistors A valuable resource for professional engineers, systems designers, and electrical engineering students who need to fully understand the state-of-the-art GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition is an essential learning tool and reference guide that enables power conversion engineers to design energy-efficient, smaller, and more cost-effective products using GaN transistors.