Optimisation, fabrication et caractérisation d'un capteur de gaz à base d'hétérostructure AlGaN/GaN HEMT pour des applications automobiles PDF Download
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Author: Yacine Halfaya
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Le travail de la thèse s'articule sur le développement d'un nouveau type de capteurs de gaz à base des matériaux semi-conducteurs III-Nitrure (Les nitrures de gallium). Ces matériaux présentent de nombreux avantages qui pourraient être utilisées pour concevoir des capteurs NOx sensibles et sélectifs pour le contrôle des pollutions émises par la ligne d'échappement Diesel. Afin de limiter et déduire les gaz polluants émis par les moteurs à explosion en générale et les moteurs Diesel en particuliers (NO, NO2, NH3, CO, ...), différentes normes européennes ont été établies. Pour respecter ces normes, plusieurs modifications sur les moteurs et les lignes d'échappement des véhicules ont été effectuées (filtres à particules, catalyseurs, capteurs NOx, ...). Les capteurs NOx utilisés actuellement sont à base d'électrolyte solide. Ils sont basés dans leur fonctionnement sur la mesure de la concentration d'oxygène présente dans le gaz d'échappement qui permet de son tour l'estimation de la concentration totale des gaz NOx (mesure indirecte). Ces capteurs ne détectent pas le NH3 à la sortie de la ligne d'échappement, et ne donnent pas une information précise sur le rapport entre NO et NO2 (manque de sélectivité) qui est un facteur important pour le bon fonctionnement de catalyseur sélectif SCR (amélioration de rendement) ; d'où la nécessité d'un capteur de gaz plus performant et en particulier sélectif afin d'améliorer les systèmes de contrôle, de post-traitement et de diagnostic. Notre approche consiste à utiliser un transistor HEMT (High Electron Mobility Transistor) à gaz bidimensionnel d'électrons à base de nitrure de Gallium avec l'association d'une couche fonctionnelle à la place de la grille. L'interaction des molécules de gaz avec cette couche fonctionnelle donne une signature (variation de signal de sortie) spécifique pour chaque type de gaz qui aide à l'amélioration de la sélectivité. Le projet contient deux parties : l'optimisation de la structure choisie et l'optimisation de la couche fonctionnelle afin d'obtenir une détection sélective entre les différents gaz polluants. Cette technologie est intéressante pour développer des capteurs de gaz grâce aux possibilités de détecter des faibles variations de tensions et aux possibilités de fonctionnement dans des environnements sévères. La thèse de doctorat s'inscrit dans le cadre de l'OpenLab materials and processes en collaboration entre le laboratoire Georgia-Tech lorraine et l'entreprise Peugeot-Citroën PSA.
Author: Yacine Halfaya
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Le travail de la thèse s'articule sur le développement d'un nouveau type de capteurs de gaz à base des matériaux semi-conducteurs III-Nitrure (Les nitrures de gallium). Ces matériaux présentent de nombreux avantages qui pourraient être utilisées pour concevoir des capteurs NOx sensibles et sélectifs pour le contrôle des pollutions émises par la ligne d'échappement Diesel. Afin de limiter et déduire les gaz polluants émis par les moteurs à explosion en générale et les moteurs Diesel en particuliers (NO, NO2, NH3, CO, ...), différentes normes européennes ont été établies. Pour respecter ces normes, plusieurs modifications sur les moteurs et les lignes d'échappement des véhicules ont été effectuées (filtres à particules, catalyseurs, capteurs NOx, ...). Les capteurs NOx utilisés actuellement sont à base d'électrolyte solide. Ils sont basés dans leur fonctionnement sur la mesure de la concentration d'oxygène présente dans le gaz d'échappement qui permet de son tour l'estimation de la concentration totale des gaz NOx (mesure indirecte). Ces capteurs ne détectent pas le NH3 à la sortie de la ligne d'échappement, et ne donnent pas une information précise sur le rapport entre NO et NO2 (manque de sélectivité) qui est un facteur important pour le bon fonctionnement de catalyseur sélectif SCR (amélioration de rendement) ; d'où la nécessité d'un capteur de gaz plus performant et en particulier sélectif afin d'améliorer les systèmes de contrôle, de post-traitement et de diagnostic. Notre approche consiste à utiliser un transistor HEMT (High Electron Mobility Transistor) à gaz bidimensionnel d'électrons à base de nitrure de Gallium avec l'association d'une couche fonctionnelle à la place de la grille. L'interaction des molécules de gaz avec cette couche fonctionnelle donne une signature (variation de signal de sortie) spécifique pour chaque type de gaz qui aide à l'amélioration de la sélectivité. Le projet contient deux parties : l'optimisation de la structure choisie et l'optimisation de la couche fonctionnelle afin d'obtenir une détection sélective entre les différents gaz polluants. Cette technologie est intéressante pour développer des capteurs de gaz grâce aux possibilités de détecter des faibles variations de tensions et aux possibilités de fonctionnement dans des environnements sévères. La thèse de doctorat s'inscrit dans le cadre de l'OpenLab materials and processes en collaboration entre le laboratoire Georgia-Tech lorraine et l'entreprise Peugeot-Citroën PSA.
Author: Iliass Nifa
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Book Description
Le travail de thèse effectué porte sur la caractérisation électrique et la modélisation du gaz d'électrons à deux dimensions (2D) dans les dispositifs MOS-HEMT à base de l'hétérojonction AlGaN/AlN/GaN. Ces dispositifs ont un fort potentiel pour les applications d'électronique de puissance. Ce travail de recherche se place en soutien aux efforts de recherche pour l'élaboration des épitaxies GaN sur Si et pour les filières technologiques HEMT sur GaN. Il s'agit de comprendre précisément le fonctionnement du gaz d'électrons 2D et ses propriétés de transport électronique. Une nouvelle méthodologie a été développée pour identifier le dopage résiduel de la couche GaN, lequel est un paramètre important des substrats GaN et était par ailleurs difficile à évaluer. Un deuxième axe de recherche a consisté à proposer des techniques de mesure fiables ainsi qu'une modélisation des propriétés de transport du gaz d'électrons 2D. Dans ce cadre, des mesures split-CV et effet Hall ont été réalisées en fournissant pour chacune d'elles un protocole expérimental adéquat, avec un montage innovant pour les mesures effet Hall. Ce travail expérimental a été enrichi par une modélisation des propriétés du transport du 2DEG basée sur le formalisme de Kubo-Greenwood. Enfin, dans un dernier axe de recherche, un aspect plus général visant la compréhension en profondeur de l'électrostatique de l'empilement de la grille de nos GaN-MOS-HEMT a été proposé. Il est basé sur la caractérisation électrique C-V, la modélisation et l'extraction des paramètres. Le modèle développé a permis de souligner l'impact des charges surfaciques de polarisation et des défauts sur la tension de seuil des MOS-HEMT. Ce modèle a également permis d'estimer une valeur de la déformation dans les couches GaN épitaxiées sur un substrat Silicium.
