Physical and thermal characterizations of GaN-based HEMTs biased in DC and pulsed regimes
Caractérisations physique et thermique de transistors HEMTs de la filière GaN polarisés en régimes continu et pulsé
Résumé
GaN-based High-Electron Mobility Transistors (HEMTs) are promising for power and microwave applications. However, they remain subject to limiting effects such as electrical traps and/or self-heating, both induced by electrical polarization. In this dissertation, we therefore sought methods to physically and thermally characterize components. Firstly, we developed a characterization technique combining pulsed I-V electrical measurements with photoionization techniques. The aim is to determine the position, activation energy and time constants of traps in the components without using Arrhenius laws. Secondly, thermal characterization of biased components was carried out using Raman spectroscopy. Thus, we estimated the averaged self-heating temperature on the probed volume using conventional Raman spectroscopy and those of the surface of the semiconductor layer or metal contacts using Raman microthermometers based on CeO2 and TiO2. This technique was also made it possible to thermally characterize components biased in pulsed regime.
Les transistors de type HEMT (High Electron Mobility Transistors) à base de GaN sont des composants prometteurs pour des applications de puissance et des applications hyperfréquences. Cependant, ils sont aujourd’hui encore sujet à des effets limitatifs tels que des effets de pièges électriques et/ou d’auto-échauffement induits par la polarisation électrique. Dans ce manuscrit de thèse, nous avons donc développé des méthodes afin de caractériser physiquement et thermiquement des composants. Dans la première partie, nous avons mis au point une technique de caractérisation combinant les mesures électriques I-V en régime impulsionnel avec les techniques de photoionisation. L’objectif est de déterminer la position, l’énergie d’activation et les constantes de temps des pièges présents dans les composants sans utiliser des lois d’Arrhenius. Dans la deuxième partie, la caractérisation thermique de ces composants en mode de fonctionnement a été faite grâce à la spectroscopie Raman. Ainsi, nous avons estimé des températures d’auto-échauffement moyennées sur le volume sondé en utilisant la spectroscopie Raman classique et celles des surfaces du semiconducteur et des contacts métalliques en utilisant deux types de microthermomètres Raman à base de TiO2 et de CeO2. Cette technique de caractérisation a également fait ses preuves pour caractériser thermiquement des composants polarisés en régime impulsionnel.
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