Le SiC est un matériau semi-conducteur à large bande d'énergie interdite dont les très bonnes caractéristiques électriques et thermiques en font un candidat idéal pour la fabrication de composants dans le domaine de la puissance et des détecteurs de rayonnement. En particulier, la réalisation de détecteurs UV est très attendue dans les domaines suivants : détection d'incendies, imagerie de surface, astronomie, médecine, militaire… Les photodétecteurs à base de semiconducteurs à large bande interdite permettent d'obtenir une très bonne sélectivité dans l'UV, sans avoir à utiliser de filtres optiques. Le SiC semble être le matériau le plus prometteur, grâce à sa bonne stabilité chimique, mécanique et thermique, ce qui représente un avantage pour opérer en environnement extrême. Cependant le dopage du SiC nécessite un savoir-faire très particulier (implantation à chaud, recuit à haute température, forte dynamique de chauffe…). Nous nous sommes proposés dans un premier temps de réaliser par implantation (ionique et plasma) des composants tests, permettant d'accéder aux caractéristiques des jonctions. Le cas des jonctions implantées n+p et p+n a été étudié. Après l'optimisation des paramètres technologiques de l'implantation et du recuit associé, la fabrication de détecteurs de rayonnement basés sur la diode Schottky ou la diode p.n a été mise en œuvre. Une étape de simulation de ces composants a été effectuée sur le logiciel Sentaurus Device (Synopsys). Les caractérisations de ces détecteurs ont montré une meilleure sensibilité pour les diodes implantées Bore par plasma. / Silicon carbide is a wide band-gap semiconductor with electrical and thermal characteristics particularly suitable for high power devices and radiation sensors. The realisation of UV detectors is mainly useful in the following sectors: fire detection, surface imagery, astronomy, medicine, military... The photodetectors based on wide band-gap semiconductors allow to get a very good selectivity, without using optical filters. Silicon carbide seems to be the most promising material, due to its chemical, mechanical and thermal stability, inducing a reliable behaviour in extreme environment. However SiC doping requires a distinct know-how (hot ion implantation, high temperature annealing, rapid heating-rate…). Test devices have been firstly processed by using ion implantation and plasma, allowing evaluating p+n or n+p junction characteristics. After the optimisation of the technological parameters of implantation and related annealing, the realisation of radiation detectors based on Schottky or p.n diodes has been carried out. The electrical simulations of such devices were performed with Sentaurus Devices program (Synopsys). The characteristics of the devices proved an improvement with the Boron-plasma implantation.

Les composants actifs en électronique de puissance sont principalement à base de Silicium. Or, le silicium a des limites en termes de température d'utilisation, fréquence de commutation et de tenue en tension. Une alternative au Si peut être les semi-conducteurs à grand gap tels que le SiC-4H. Grâce aux travaux de plusieurs équipes de chercheurs dans le monde, les performances s'améliorent d'année en année. Le laboratoire AMPERE conçoit, réalise et caractérise des composants de puissance en SiC-4 H. Cette thèse s'inscrit dans les projets SiCHT2 et VHVD du laboratoire. Le travail réalisé au cours de cette thèse repose sur la conception la fabrication et la caractérisation électrique de composantes haute tension en SiC-4H. Les paramètres de protection pour la diode bipolaire 6500V sont optimisés à l'aide des simulations à base d'éléments finis. Les paramètres du SiC pour les modèles utilisés pour la simulation sont développés par des travaux précédents. Ensuite, le masque est dessiné. La diode est réalisée chez IBS. La première caractérisation est effectuée avant le recuit post-métallisation en directe et inverse sans passivation finale. Après le recuit post-métallisation la résistance de contact est plus faible. La caractérisation de la tenue en tension a été effectuée à AMPERE puis à l'ISL à très haute tension. A l'aide de simulations à base d'éléments finis, les paramètres tels que la résistance de contact et la durée de vie des porteurs ont été affinés à partir des caractérisations électriques obtenues par l'expérience. Les autres travaux portent sur la conception, les optimisations et les fabrications des diodes 10 kV et transistors 6500 V.

Les composants actifs en électronique de puissance sont principalement à base de Silicium. Or, le silicium a des limites en termes de température d’utilisation, fréquence de commutation et de tenue en tension. Une alternative au Si peut être les semi-conducteurs à grand gap tels que le SiC-4H. Grâce aux travaux de plusieurs équipes de chercheurs dans le monde, les performances s’améliorent d’année en année. Le laboratoire AMPERE conçoit, réalise et caractérise des composants de puissance en SiC-4 H. Cette thèse s’inscrit dans les projets SiCHT2 et VHVD du laboratoire. Le travail réalisé au cours de cette thèse repose sur la conception la fabrication et la caractérisation électrique de composantes haute tension en SiC-4H. Les paramètres de protection pour la diode bipolaire 6500V sont optimisés à l’aide des simulations à base d'éléments finis. Les paramètres du SiC pour les modèles utilisés pour la simulation sont développés par des travaux précédents. Ensuite, le masque est dessiné. La diode est réalisée chez IBS. La première caractérisation est effectuée avant le recuit post-métallisation en directe et inverse sans passivation finale. Après le recuit post-métallisation la résistance de contact est plus faible. La caractérisation de la tenue en tension a été effectuée à AMPERE puis à l’ISL à très haute tension. A l’aide de simulations à base d'éléments finis, les paramètres tels que la résistance de contact et la durée de vie des porteurs ont été affinés à partir des caractérisations électriques obtenues par l’expérience. Les autres travaux portent sur la conception, les optimisations et les fabrications des diodes 10 kV et transistors 6500 V. / The power devices are mainly based on silicon. Silicon devices have limitations in terms of operating temperature, switching frequency and breakdown voltage. An alternative can be semiconductor wide band gap devices such as 4H-SiC. Through the work of several teams of researchers around the world, the performance of the power devices in 4H-SiC improve year by year. At ampere laboratory, design, fabrication and electrical tests of 4H-SiC devices are performed. The work done in this thesis is the design, fabrication and electrical characterization of 4H-SiC power devices with a high breakdown voltage. The parameters of the edge termination are optimized using simulations based on finite elements method. The parameters of 4H-SiC during the simulation are based on previous works. Then the mask is drawn. The diodes are manufactured by IBS. First the characterization in forward and reverse mode is done before the ohmic contact annealing. The diode passivation is a single SiO2 layer. After ohmic contact annealing, the contact resistance is lower. The characterization of the breakdown voltage is performed at AMPERE and at ISL for very high voltage. Parameters such as contact resistance and carrier lifetime are estimated by fitting measured electrical characteristics with results of finite element simulation. The design of the diodes 10 kV and bipolar junction transistor 6500 V is also part of this work. This work has been performed for 2 different projects VHVD with ANR for the financial support and SiCHT2 with DGCIS for the financial support.