Les HEMT AlGaN/GaN sont en passe de devenir incontournables dans le monde de l'amplification de puissance radiofréquence, grâce à leurs performances exceptionnelles. Cependant,en raison de la relative jeunesse de cette technologie, des études de fiabilité dans plusieurs modes de fonctionnement sont toujours nécessaires pour comprendre les mécanismes de défaillance propres à ces composants et responsables de leur vieillissement. Cette étude porte sur l'analyse des défaillances dans les transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance,en régime de fonctionnement de type RADAR (pulsé et saturé). Elle s'appuie sur la conception d'amplificateurs de test, leur caractérisation et leur épreuve sur bancs de vieillissement. La mise en place d'une méthodologie visant à discriminer les mécanismes de dégradation prépondérants, conjointement à une analyse micro-structurale des composants vieillis, permet d'établir le lien entre l'évolution des performances électriques et l'origine physique de ces défauts.

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. / This PhD Thesis is about the reliability of enhancement Gallium Nitride high electron mobility power transistors, recently on the market. This work is focused on physics of failure analysis on aged devices under real mission switching profiles. A novel stress bench able of stablish real operating conditions on a transistor without using a load, so minimizing energy consumption. Also, the circuit has two additional devices that undergo separate current and voltage stresses and are used for better understanding of degradations on main device under test. Electric characterization of aged devices allows determination of failure modes. Decapsulation and sample preparation procedures at different scales were developed to access the active zone of the devices and perform micro-structural analyses by the means of spectral photoemission, scanning and transmission electronic microscopies. Then, failure mechanisms are correlated with the corresponding modes.

Les HEMT AlGaN/GaN sont en passe de devenir incontournables dans le monde de l'amplification de puissance radiofréquence, grâce à leurs performances exceptionnelles. Cependant,en raison de la relative jeunesse de cette technologie, des études de fiabilité dans plusieurs modes de fonctionnement sont toujours nécessaires pour comprendre les mécanismes de défaillance propres à ces composants et responsables de leur vieillissement. Cette étude porte sur l'analyse des défaillances dans les transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance,en régime de fonctionnement de type RADAR (pulsé et saturé). Elle s'appuie sur la conception d'amplificateurs de test, leur caractérisation et leur épreuve sur bancs de vieillissement. La mise en place d'une méthodologie visant à discriminer les mécanismes de dégradation prépondérants, conjointement à une analyse micro-structurale des composants vieillis, permet d'établir le lien entre l'évolution des performances électriques et l'origine physique de ces défauts. / AlGaN/GaN HEMTs are on the way to lead the radiofrequency power amplificationfield according to their outstanding performances. However, due to the relative youth of this technology, reliability studies in several types of operating conditions are still necessaryto understand failure mechanisms peculiar to these devices and responsible for their wearingout. This study deals with the failure analysis of power AlGaN/GaN HEMTs in RADARoperating mode (pulsed and saturated). This is based on the design of test amplifiers, theircharacterization and their stress on ageing benches. The setting up of a methodology aimingat discriminating predominant degradation modes, jointly with a micro-structural analysisof aged devices, permits to link the evolution of electrical performances with the physicalroots of these defects.