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. / This work is incorporated within the framework of the qualification of UMS GaNtechnologies and more particularly of the GH25 technology, and aims to support thedevelopment of UMS GaN based technologies. The first part of this report deals withAlGaN/GaN HEMT generality. The second part is dedicated to the description of the UMStechnologies GH50 and GH25. Passive components of GH25 technology have beencharacterized through electrical and thermal measurement, and then breakdown measurementsusing a drain current injection technique have been carried out on GH50 HEMT in order toevaluate the safe operating area of these devices. The third part is dedicated to the study of theparasitic effects observed on the two technologies GH50 and GH25. Each of these parasiticeffects is described and fully characterized. The last part of this work focuses on the study ofthe GH25 technology. Technological variations are first introduced, and then results ofaccelerated aging test carried out at UMS are analyzed to evaluate their impact on thereliability of the GH25 technology and to identify wear out mechanism and parasitic effects.

Les travaux de these s’inscrivent dans le cadre de deux projets: ReAGaN et ExtremeGaN avec des industriels (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) et des laboratoires derecherche (LEPMI, LAAS et l’université de Bristol).Les deux technologies GaN (GH50 et GH25) étudiées dans cette thèse sont fournies parla société United Monolithic Semiconductors (UMS) et elles ont été qualifiées durant cettethèse. Plusieurs composants ont subi des tests de vieillissement accéléré en températureréalisés par UMS, ensuite une campagne de caractérisation électrique approfondie a étéréalisée au laboratoire IMS afin d’étudier les effets parasites et les mécanismes de dégradationqui limitent la fiabilté de cette filière.Le premier chapitre traite les bases du transistor HEMT à base de GaN. Les avantagesdu matériau nitrure de gallium ainsi que les substrats adaptés au HEMT à base de GaN sontprésentés. Une brève description du marché europeen des composants GaN est donnée.Ensuite, la structure ainsi que le fonctionnement du HEMT AlGaN/GaN sont décrit ainsi queles deux technologies d’UMS.Le deuxième chapitre présente les tests de vieillissement utilisés pour l’analyse defiabilité. Ensuite, un état de l’art des effets parasites et des mécanismes de dégradation desHEMTs AlGaN/GaN est donné. Le projet ReAGaN est décrit et les différentes techniques decaractérisation utilisées durant les travaux de cette thèse sont présentées.Le troisième chapitre est divisé en quatre études de cas ; les trois premières sont dans lecadre du projet ReAGaN et la quatrième dans le cadre du projet Extreme GaN. Dans lapremière étude de cas, les mécanismes de conduction qui augmentent les courants de fuitesdes HEMTs AlGaN/GaN issus de la technologie GH50 ont été étudiés. La deuxième étude decas est dédiée à l’étude d’un effet parasite électrique qui apparait après un vieillissementaccéléré en température sur la caractéristique de la diode Schottky en polarisation directe.Dans la troisième étude de cas, l’influence de la variation de la fraction molaire des HEMTsAlGaN/GaN sur les paramètres électriques a été analysée. La dernière étude de cas consiste enla détermination des limites de fonctionnement et l’aire de sécurité de la technologie GH25d’UMS en réalisant les mesures des lieux de claquage en mode diode et en mode transistor. / This thesis is in the framework of two projects: ReAGaN and Extreme GaN withindustrials (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) and academics (LEPMI, LAAS andUniversity of Bristol).The studied AlGaN/GaN HEMTs are provided by the society United MonolithicSemiconductors (UMS) from the GH50 and GH25 GaN processes that were qualified duringthis thesis. Many devices were submitted to high temperature accelerated life tests by UMSand characterized at IMS laboratory to study the parasitic effects and degradationsmechanisms that are limiting the electrical reliability of GaN based HEMTs technology.The first chapter gives an overview of the basics of GaN based high electron mobilitytransistors (HEMTs). Gallium Nitride material features are reviewed as well as substratessuited for GaN based devices. GaN market in Europe and the main industrial actors are listed.Furthermore, the structure and operation of GaN based HEMTs are described. In the last part,the two UMS GaN processes are described.The second chapter presents the life tests that are used for reliability studies. State of theart of parasitic effects and degradation mechanisms of AlGaN/GaN HEMTs is given.Furthermore, the ReAGaN project in which the main part of this thesis is involved isdescribed. The electrical characterization techniques used at IMS during this thesis arepresented.The third chapter is divided into four case studies; three case studies are in theframework of ReAGaN project and the fourth one in the Extreme GaN project. In the firstcase study, we investigate the conduction mechanisms inducing the leakage current inAlGaN/GaN HEMTs issued from GH50 process. The second case study is dedicated to thestudy of an electrical parasitic effect that appears on the Schottky diode forward characteristicafter temperature accelerated life tests. In the third case study, we study the influence of Almole fraction on the DC electrical parameters of AlGaN/GaN HEMTs. The last case studyconsists in the determination of the limits and safe operating area (SOA) of UMS GH25 GaNHEMTs by carrying out the two and three terminal breakdown voltages measurements.

In this thesis, the design of passive networks with the aid of full-wave simulation software and geometry-based models of lumped elements is investigated. This is done by examining the results of a number of simulation examples, as well as measured data from manufactured designs to compare against simulated equivalents. One such example is a chip antenna evaluation board design, in which the PCB, antenna, matching components and connector are all modeled. When measured, the simulation agreed with the board’s best matched frequency of 5.5 GHz to within 20 MHz. In another, a new antenna layout is generated from an existing evaluation design which, produced a match of about -15 dB at the design frequency with a similar bandwidth to that shown on the antenna datasheet on the first attempt at manufacture. Additionally, a statistical experiment was conducted in order to provide insight into the phenomenon of coupling between lumped components, and to define clearly when it starts to become an important effect to consider. For both chip capacitors and inductors, a behavioral model of how much crosstalk is present in a prospective circuit was developed which takes into account angle and distance between components, as well as case size. Finally, a simple discrete gradient descent was implemented in a commercial full-wave simulation software in order to assist in the refinement of designs containing 3-D geometry-defined component models.

This diploma thesis deals with the theoretical description of interference methods used to measure vibrations, examines main parasitic effects and analyses its contribution to achievable the resolution. In the practical part, it uses several measurements to verify the effects of the level of reflected beam, stand-off distance and speckle noise. It also proposes a practical experiment for measuring dynamic parameters and signal-noise ratio. Results show that, the noise is exponentially dependent on the level of the reflected beam. The visible maximum of the vibrometer proved to be critical in terms of time stability of the measured signal level in two of the three measurements. Results of the dynamic measurement show that, the measured deviations were not degraded or significantly disturbed by the noise signal. From the measurement of the speckle noise, it emerged that the lowest level of noise is achieved with smooth and highly reflective materials.