Etude de la fiabilité à long terme des transistors HEMT à base de GaN PDF Download
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Author: Alexis Divay
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Category :
Languages : fr
Pages : 206
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Book Description
Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Elle repose notamment sur des caractérisations électriques des composants, le développement d'une méthode athermique de caractérisation de pièges ainsi que le stress de ces transistors sur un banc de vieillissement dédié. La somme des caractérisations avant, pendant et après vieillissement ainsi que les analyses micro-structurales permet de définir des hypothèses quant à l'origine physique des dérives de performances de ces composants.
Author: Alexis Divay
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Languages : fr
Pages : 206
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Book Description
Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Elle repose notamment sur des caractérisations électriques des composants, le développement d'une méthode athermique de caractérisation de pièges ainsi que le stress de ces transistors sur un banc de vieillissement dédié. La somme des caractérisations avant, pendant et après vieillissement ainsi que les analyses micro-structurales permet de définir des hypothèses quant à l'origine physique des dérives de performances de ces composants.
Author: Abdelkhalak El Hami
Publisher: Elsevier
ISBN: 0081024231
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 305
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Book Description
This second volume of a series dedicated to the reliability of high-power mechatronic systems focuses specifically on issues, testing and analysis in automotive and aerospace applications. In the search to improve industrial competitiveness, the development of methods and tools for the design of products is especially pertinent in the context of cost reduction. This book proposes new methods that simultaneously allow for a quicker design of future mechatronic devices in the automotive and aerospace industries while guaranteeing their increased reliability. The reliability of these critical elements is further validated digitally through new multi-physical and probabilistic models that could ultimately lead to new design standards and reliable forecasting. - Presents a methodological guide that demonstrates the reliability of fractured mechatronic components and devices - Includes numerical and statistical models to optimize the reliability of the product architecture - Develops a methodology to characterize critical elements at the earliest stage in their development
Author: Andres Echeverri Duarte
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Languages : fr
Pages : 218
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Cette thèse porte sur l'étude des transistors de puissance à haute mobilité électronique en Nitrure de Gallium à enrichissement récemment apparus sur le marché. Ces travaux se focalisent sur l'analyse physique de la défaillance lors du vieillissement de ces composants sous des profils de mission réels de commutation. Un banc de stress a été conçu et construit, permettant d'imposer des conditions de fonctionnement réel sur le transistor sans utiliser des charges et donc en minimisant la consommation d'énergie. Une autre originalité de ce banc est qu'il contient des transistors témoin qui subissent une partie du stress imposé au transistor sous test, aidant ainsi à la compréhension des dégradations. Les composants vieillis sont caractérisés électriquement pour établir les modes de défaillance. Des méthodes de décapsulation de composants et de préparation d'échantillons mulit-échelle (mm au nm) ont été également développées afin d'accéder à la zone active des transistors. Par l'analyse de la microstructure des dispositifs, avec des techniques de photoémission spectrale, microscopie électronique à balayage et en transmission, les mécanismes de défaillance sont déterminés et la corrélation avec les modes dedéfaillance correspondants est réalisée.
Author: Samh Khemiri
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Languages : fr
Pages : 157
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Les travaux de cette thèse s’inscrivent, dans le cadre du projet AUDACE (Analyse des caUses de DéfaillAnces des Composants des systèmes mEcatroniques embarqués). Ils ont permis, dans un premier temps, de mettre en place des bancs de robustesse ainsi qu’une méthodologie pertinente permettant de réaliser une étude approfondie de la fiabilité des transistors HEMT de la technologie AlGaN/GaN sous des contraintes électromagnétique, RF, électrique, thermique et des contraintes combinées. Dans un deuxième temps et pour couronner ce travail, une approche de modélisation électrique est exposée à travers le modèle EEHEMT commercialisé par Agilent.
Author: Walf Chikhaoui
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Languages : fr
Pages : 0
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La fabrication des composants semi-conducteurs 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 fabrication des 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. 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/semi-conducteur. Cette étude nous a permis de conclure sur la stabilité du contact de grille après les tests de vieillissement accélérés.
Author: Damien Saugnon
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Languages : fr
Pages : 192
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Dans la course aux développements des technologies, une révolution a été induite par l'apparition des technologies Nitrures depuis deux décennies. Ces technologies à grande bande interdite proposent en effet une combinaison unique tendant à améliorer les performances en puissance, en intégration et en bilan énergétique pour des applications hautes fréquences (bande L à bande Ka en production industrielle). Ces technologies mobilisent fortement les milieux académiques et industriels afin de proposer des améliorations notamment sur les aspects de fiabilité. Les larges efforts consentis par des consortiums industriels et académiques ont permis de mieux identifier, comprendre et maîtriser certains aspects majeurs limitant la fiabilité des composants, et ainsi favoriser la qualification de certaines filières. Cependant, la corrélation et l'analyse physique fine des mécanismes de dégradation suscite encore de nombreux questionnements, et il est indispensable de renforcer ces études par une approche d'analyse multi-outils. Nous proposons dans ce travail de thèse une stratégie d'analyse selon deux aspects majeurs. Le premier concerne la mise en œuvre d'un banc de stress qui autorise le suivi de nombreux marqueurs électriques statiques et dynamiques, sans modifier les conditions de connectiques des dispositifs sous test. Le second consiste à mettre en œuvre un modèle physique TCAD le plus représentatif de la technologie étudiée afin de calibrer le composant à différentes périodes du stress.Le premier chapitre est consacré à la présentation des principaux tests de fiabilité des HEMTs GaN, et des défauts électriques et/ou structuraux recensés dans la littérature ; il y est ainsi fait état de techniques dites non-invasives (c.-à-d. respectant l'intégrité fonctionnelle du composant sous test), et de techniques destructives (c.-à-d. n'autorisant pas de reprise de mesure). Le second chapitre présente le banc de stress à haute fréquence et thermique développé pour les besoins de cette étude ; l'adjonction d'un analyseur de réseau vectoriel commutant sur les quatre voies de tests permet de disposer de données dynamiques fréquentielles, afin d'interpréter les variations du modèle électrique petit-signal des modules sous test à différentes périodes du stress. [...].
Author: Serge Karboyan
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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).
Author: Mohsine Bouya
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Book Description
Afin de répondre à l'exigence croissante de densité de puissance aux hautes fréquences, les chercheurs se sont intéressés aux matériaux à large bande interdite tels que le nitrure de gallium GaN. Les HEMTs (transistors à haute mobilité électronique) AlGaN/GaN ne sont pas stabilisées et donc l'analyse de défaillance de ces composants est difficile (défauts multiples).Les mécanismes de défaillance des HEMTs GaAs sont difficilement transposables sur les HEMTs GaN et nécessitent donc une étude approfondie. De plus que les données actuelles sur les effets de pièges ne permettent pas d'expliquer facilement des effet parasites comme l'effet de coude. Ce qui nécessité de développer de nouvelles procédures d'analyse de défaillance adaptées aux composant GaN. Les dégradations induites par les électrons chauds sont difficilement détectables par la technique d 'émission de lumière standard ce qui a nécessité le développement de la microscopie à émission de lumière dans le domaine de l'UV. L'objectif principal de ce travail est la mise au point d'une méthodologie d'analyse de défaillance pour les filières GaN et l'optimisation des techniques electro-optiques non destructives de localisation de défauts. En vue de l'amélioration des procédés technologiques, et de la fiabilité des HEMT GaN.
Author: Laurent Brunel
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Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de la qualification des technologies GaN de UMS et plus particulièrement celle de la technologie GH25, et a pour objectif d'apporter un soutien direct au développement des technologies UMS à base de GaN. Le premier chapitre traite des généralités sur les HEMTs AlGaN/GaN. Le deuxième chapitre est consacré à la description des technologies GH50 et GH25 de UMS. Les éléments passifs de la technologie GH25 ont été caractérisés électriquement et thermiquement, puis des mesures de claquage utilisant une technique d'injection de courant de drain ont été mises en oeuvre sur des HEMTs de la technologie GH50 afin d'évaluer l'aire de sécurité de fonctionnement. Le troisième chapitre est dédié à l'étude des effets parasites rencontrés sur les deux technologies GH50 et GH25.Chacun des effets parasites est décrit puis caractérisé de façon approfondie. Le dernier chapitre se concentre sur l'étude de la fiabilité de la technologie GH25. Après avoir présenté les différentes variantes technologiques, les résultats des tests de vieillissement accéléré mis en oeuvre à UMS sont analysés afin d'évaluer leur impact sur la fiabilité de la technologieGH25 et d'identifier les mécanismes de dégradation et les effets parasites.
Author: Omar Chihani
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Book Description
L'industrie des transports aéronautique et terrestre voit une augmentation constante de l'électrification de ses fonctions. Les actionneurs mécaniques ou hydrauliques sont au fil des évolutions technologiques remplacés par des actionneurs électriques.Les composants qui dominent le marché actuellement ne semblent plus capables de suivre la tendance. En effet, les composants de puissance à base de silicium règnent toujours sur le marché actuel, grâce à leur faible coût. Ce matériau commence par contre à atteindre ses limites théoriques en termes de performances. Dans ce contexte, différentes structures en semi-conducteurs à large bande interdite sont en train d'émerger afin de succéder au silicium.Cette étude a pour objectif d'évaluer la fiabilité des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium. Ces composants semblent être très prometteurs pour des applications moyennes puissances. Cependant, les mécanismes de défaillance dont peuvent souffrir ces composants ne sont pas encore suffisamment étudiés. L'étude consiste en l'application de vieillissements alliant contraintes thermiques et électriques. Ces vieillissements sont effectués à différentes conditions de tension et de température. L'objectif de cette méthode est, dans un premier temps, d'isoler l'effet de chaque facteur de stress sur l'état des composants, et dans un second temps, d'identifier les mécanismes de défaillances activés en fonction des conditions de vieillissement.Ce travail a permis d'identifier l'existence de différents mécanismes de défaillance pouvant être activés selon les conditions de vieillissement. En effet, il est apparu que la gamme de température de vieillissement utilisée influe grandement sur la prédominance des mécanismes de défaillance activés. Les résultats obtenus remettent en question les normes de qualification actuellement appliquées aux composants en Nitrure de Gallium. Ces normes devraient revoir à la hausse les températures de vieillissement utilisées afin de couvrir des gammes plus proches des températures d'utilisation pour ce type de composants.
