During the last decades, a global effort has been started towards the implementation of energy efficient electronics. Silicon carbide (SiC), a wide band-gap semiconductor is one of the potential candidates to replace the widespread silicon (Si) which enabled and dominates today’s world of electronics. It has been demonstrated that devices based on SiC lead to a drastic reduction of energy losses in electronic systems. This will help to limit the global energy consumption and the introduction of renewable energy generation systems to a competitive price. Active research has been dedicated to SiC since the 1980’s. As a result, a mature SiC growth technology has been developed and 4 inch SiC wafers are today commercially available. Research and development activities on the fabrication of SiC devices have also been carried out and resulted in the commercialization of SiC devices. In 2011, Schottky barrier diodes, bipolar junction transistors, and junction field effect transistors can be purchased from several electronic component manufacturers. However, the device mostly used in electronics, the metal-oxide-semiconductor field effect transistor (MOSFET) is only recently commercially available in SiC. This delay is due to critical technology issues related to reliability and stability of the device, which still challenge many researchers all over the world. This thesis summarizes the main challenges of the SiC MOSFET fabrication process. State of the art technology modules like the gate stack formation, the drain/source ohmic contact formation, and the passivation layer deposition are considered and contributions of this work to the development of these technology modules is reported. The investigated technology modules are integrated into the complete fabrication process of vertical MOSFET devices. This MOSFET process was tested using cubic SiC (3C-SiC) and hexagonal SiC (4H-SiC) wafers and achieved results will be discussed. / QC 20110415

Les travaux de cette thèse ont été menés dans le cadre d'une collaboration entre les laboratoires SATIE et LTN IFSTTAR. Ils portent principalement, sur l'étude de la robustesse des composants JFET SiC de puissance pour des applications de découpage à haute fréquence, forte puissance surfacique et à haute température lorsqu'ils sont soumis à des régimes extrêmes de fonctionnement. Les travaux présentés traitent également de façon plus générale l'étude de la durée de vie de packaging dédiés à ce type de composants et adaptés à la haute température pour des applications aéronautiques. La robustesse de différents lots des VJFETs SiC d'un fabricant particulier (SemiSouth) a été étudiée en régimes d'avalanche et de court circuit afin de déterminer les énergies que peuvent supporter ces composants dans ces modes de fonctionnement particuliers en cherchant notamment à quantifier la température du cristal et à mettre en évidence les mécanismes physiques à l'origine des défaillances. Nous avons ainsi également développé un modèle éléments finis thermique afin d'estimer la température de jonction du JFET SiC lors des régimes extrêmes pour chercher à relier l'apparition de la défaillance à la température. Finalement, nous décrivons des mécanismes physiques à l'origine des dégradations lors de la répétition de tels régimes extrêmes de fonctionnement expliquant à terme la destruction par vieillissement des transistors. Un substrat céramique à base de Si3N4 a été le support des études menées dans le cadre de cette thèse sur le packaging. Nous avons caractérisé les dégradations de ces substrats par des analyses acoustiques après vieillissement par cyclage thermique de forte amplitude. Un modèle thermomécanique a été développé afin d'estimer les contraintes mécaniques dans l'assemblage et valider les résultats expérimentaux obtenus. Enfin, nous avons également initiés des travaux de diagnostic thermique sur des puces JFET SiC, par des mesures d'impédance thermique pouvant être utilisées pour la détection de défauts de délaminage dans un assemblage de puissance.

La présentation d'une demande d'Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) constitue à mes yeux une étape importante dans un parcours de recherche afin d'effectuer un bilan du parcours effectué, de dresser un point d'étape sur les stratégies de recherche développées et de porter un regard sur les perspectives d'action de développement futures. C'est également l'occasion d'apprécier comment s'est bâti un cheminement au gré des rencontres, des opportunités mais aussi de mesurer l'évolution des champs d'attraction et d'intérêt du chercheur. Mon document n'est pas centré sur la présentation unique d'une nouvelle recherche, ni sur la défense d'une thèse ou encore sur un retour théorique ou conceptuel majeur. Je propose une synthèse des principales recherches, afin de donner au lecteur une vision panoramique et significative des travaux de recherche effectués depuis dix ans. Il s'agit donc d'une relecture critique effectuée avec la volonté de vérifier une cohérence d'ensemble et d'interroger la logique entre problématiques de recherche, champs théoriques mobilisés, positionnement épistémologique et méthodologiques de recherche. L'articulation de ma présentation autour de trois axes (les usages des technologies sous l'angle interdisciplinaire, les individus comme acteurs de l'appropriation, et l'intérêt opératoire de l'usage des Technologies d'Information et de Communication TIC dans les organisations), respecte la progression de mes travaux dans le temps, montrant l'évolution de mes intérêts, de mes réflexions et de mes analyses. Mes recherches m'ont d'abord permis de travailler sur les pratiques des dispositifs sociotechniques dans le travail et sur la formation du lien social au travers d'une communication médiatisée par des systèmes collaboratifs. Les résultats mis en évidence ont permis de : - de prendre en compte l'usager en tant qu'acteur de sa propre communication. - de souligner d'éventuels écarts par rapport à des prescriptions d'usages. - enfin, d'étudier les significations des usages pour une technologie employée dans un contexte donné De fait, mon entrée à L'école de Management de Grenoble a fait me focaliser sur des aspects de gestion de la communication des organisations (notamment via le projet Européen de recherche E-gap) : les aspects managériaux étant plus particulièrement au centre des préoccupations de l'Ecole et les Sciences de l'information et de la Communication étant une interdiscipline par définition. Ainsi, aborder le travail distant par le biais des concepts d'autonomie, de compétences ou de réseaux sociaux a permis de mettre en évidence des éléments clés dans la compréhension de la communication des organisations. Cet angle de recherche a souligné les aspects essentiels des relations interpersonnelles pour les échanges de connaissances et la capitalisation de celles-ci. Mon activité de recherche a donc été infléchie depuis 2001 par des conditions contingentes mais en cohérence avec les réflexions précédentes. Par la suite, la recherche de terrains nouveaux, la volonté de travailler en collaboration avec des chercheurs de différentes disciplines et surtout l'intérêt de poursuivre mes recherches dans l'optique de la communication des organisations en leur donnant une nouvelle perspective, m'ont conduite à travailler à développer une posture originale par rapport aux pratiques quotidiennes dans l'organisation, en spécifiant et en approfondissant le concept de bricolage présent dans les pratiques quotidiennes. Ainsi, dans la perspective d'une meilleure compréhension des usages des TIC, dans le monde professionnel (avec en point de mire le rapport avec l'efficacité de la communication dans les organisations), il m'a semblé intéressant et utile de travailler sur ce qui peut relever du quotidien, du banal, en me focalisant sur les façons, les manières, les agirs des individus (ou des groupes). L'idée fondamentale est d'observer, de comprendre et de valoriser des pratiques quotidiennes parfois cachées, différentes, implicites mais toujours porteuses de sens individuels et collectifs pour, ultérieurement, les faire mieux participer et de manière plus efficiente au projet collectif. Afin de reprendre ce cheminement, mon document d'habilitation à diriger des recherches est donc organisé en trois parties. Dans une première partie, je traite de la nécessité de travailler le concept d'usage de façon interdisciplinaire, c'est-à-dire en prenant en considération un point de vue communicationnel mais également managérial. Les résultats des travaux montrent toute la complexité de la mise en œuvre des usages dans les organisations. Ces dernières évoluent en fonction des mutations économiques, sociales et technologiques. De multiples critères sont à prendre en compte et la diversité des comportements et des réactions questionnent ainsi les approches autour des usages. Dans une deuxième partie, je traite du rôle de l'acteur dans la formation des usages. L'objet de recherche se situe ici autour du concept d'appropriation et de la difficulté à aboutir à une théorie qui essaie d'en définir les fondements. Mes travaux soulignent ici la transversalité des approches et des théories pour une compréhension plus fine. La troisième partie envisage les modes opératoires et méthodologiques. Là encore, la stratégie de transversalité des méthodes et des approches semble être celle qui apporte le plus de réponses à la compréhension et à la mise en œuvre efficace de l'appropriation des TIC dans les organisations. Chaque partie fait également l'objet d'une discussion dans laquelle je souligne les limites de l'ensemble de mes travaux et les prospectives éventuelles.

Densification behaviour and mechanical properties (hardness, fracture toughness and flexural strength) of the SiC-TiC composite system were studied. Pressureless sintering experiments were conducted on samples containing 0 to 30 vol % TiC created through an in-situ reaction between TiO2 and C: TiO2 + 3C -> TiC + 2CO. Sintering of the compacts was carried out in the presence of Al2O3 and Y2O3 sintering additives which promoted densification at sintering temperatures ranging from 1825 to 1925°C. It was determined that the presence of synthesized TiC particles served to effectively toughen the composite through crack deflection, impedance and bridging. An increase in fracture strength and hardness was also observed. Densities in excess of 98 % theoretical density were achieved depending on the sintering conditions and volume fraction of TiC phase. The SiC grain size and morphology was analyzed as a function of TiC volume fraction. The presence of TiC particles in the SiC matrix inhibited the exaggerated grain growth of the SiC grains and activated additional toughening mechanisms. The SiC grains were found to be roughly equiaxed with very fine TiC particles preventing significant elongation. The optimal sintering conditions for room temperature mechanical properties required slow heating through the reaction zone (1300 to 1520°C) followed by a 1 h dwell at 1885°C. At this temperature, the maximum flexural strength of 566 MPa was measured in samples containing 5 vol % TiC. Conversely, a maximum fracture toughness of 5.7 MPa·m0.5 was measured in samples containing 10 vol % TiC sintered at 1900°C. The hardness was shown to increase very little, from ~19.8 GPa in the monolithic SiC samples to 20.1 GPa in samples containing 5 vol % TiC. A theoretical analysis was conducted to model the effect of porosity and grain morphology on the mechanical properties of the SiC matrix and was experimentally verified. / Thesis (Master, Mechanical and Materials Engineering) -- Queen's University, 2010-09-21 15:20:02.797

With increasing amount of user data and applications in wireless communication technology, demands are growing on performance and fabrication costs. One way to decrease cost is to integrate the building blocks in an RF system where digital blocks and high power amplifiers then are combined on one chip. This thesis presents LDMOS transistors integrated in a 65 nm CMOS process without adding extra process steps or masks. High power performance of the LDMOS is demonstrated for an integrated WLAN-PA design at 2.45 GHz with 32.8 dBm output power and measurements also showed that high output power is achievable at 5.8 GHz. For the first time, this kind of device is moreover demonstrated at X-band with over 300 mW/mm output power, targeting communication and radar systems at 8 GHz. As SOI is increasing in popularity due to better device performance and RF benefits, the buried oxide can cause thermal problems, especially for high power devices. To deal with self-heating effects and decrease the RF substrate losses further, this thesis presents a hybrid substrate consisting of silicon on top of polycrystalline silicon carbide (Si-on-poly-SiC). This hybrid substrate utilizes the high thermal conductivity of poly-SiC to reduce device self-heating and the semi-insulating properties to reduce RF losses. Hybrid substrates were successfully fabricated for the first time in 150 mm wafer size by wafer bonding and evaluation was performed in terms of both electrical and thermal measurements and compared to a SOI reference. Successful LDMOS transistors were fabricated for the first time on this type of hybrid substrate where no degradation in electrical performance was seen comparing the LDMOS to identical transistors on the SOI reference. Measurements on calibrated resistors showed that the thermal conductivity was 2.5 times better for the hybrid substrate compared to the SOI substrate. Moreover, RF performance of the hybrid substrate was investigated and the semi-insulating property of poly-SiC showed to be beneficial in achieving a high equivalent substrate parallel resistance and thereby low substrate losses. In a transistor this would be equal to better efficiency and output power. In terms of integration, the hybrid substrate also opens up the possibility of heterogeneous integration where silicon devices and GaN devices can be fabricated on the same chip.

Cubic-phase silicon carbide (andamp;acirc;-SiC) nanostructures were successfully synthesized by the reaction of silicon monoxide (SiO) powder with multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) at high temperatures. Experiments were conducted under vacuum or in the presence of argon gas in a high-temperature furnace and the fabrication parameters of temperature (1300 -1500andamp;deg;C), time, and reactant material mass were varied to optimize the material. The resulting samples were then physically characterized using X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM) and transmission electron microscopy (TEM). XRD analysis revealed the presence of dominant andamp;acirc;-silicon carbide phases. SEM images depicted morphologies similar to the starting MWCNTs, having relatively larger diameter sizes, shorter lengths and reduced curvature. TEM observations showed the presence of solid and hollow nanostructures with both crystalline and amorphous regions. Additional experiments were performed to investigate de-aggregation and dispersion procedures for the andamp;acirc;-SiC nanostructures fabricated. Optimum results for these experiments were achieved by ultrasonication of 0.01 wt.% andamp;acirc;-SiC in N,N dimethyl formamide (DMF) and dispersion using a spin coater. A methodology for electrical testing of andamp;acirc;-SiC nanostructures was developed using the de-aggregation and dispersion process established. SEM observations revealed that the random nature of the dispersion procedure used was not efficient in forming contacts regions that would allow electrical measurements of andamp;acirc;-SiC nanostructures on the pre-patterned silicon substrate.

Electricity and power generation is an essential part of our life. However, powergeneration activities also create by-products (such as sulphur oxides, nitrogen oxides,carbon monoxide, etc), which can be dangerous when released to the atmosphere.Sensors, as part of the control system, play very vital role for the fluegas cleaning processes in power plants. This thesis concerns the development ofSilicon Carbide Field Effect Transistor (SiC-FET) gas sensors as sensors for sulfurcontaining gases (SO2 and H2S) used as part of the environmental control systemin power plants. The works includes sensor deposition and assembly, sensinglayer characterization, operation mode development, performance testing of thesensors in a gas mixing rig in the laboratory and field test in a desulfurization pilotunit, and both experimental and theoretical studies on the detection mechanismof the sensors. The sensor response to SO2 was very small and saturated quickly. SO2 is a verystable gas and therefore reaction with other species requires a large energy input.SO2 mostly reacts with the catalyst through physisorption, which results in lowresponse level. Another problem was that once it finally reacted with oxygen andadsorbed on the surface of the catalyst in form of a sulfate compound, it is desorbedwith difficulty. Therefore, the sensor signal saturated after a certain timeof exposure to SO2. Different gate materials were tested in static operation (Pt,Ir, Au), but the saturation phenomena occurred in all three cases. Dynamic sensoroperation using temperature cycling and multivariate data analysis could mitigatethis problem. Pt-gate sensors were operated at several different temperatures in acyclic fashion. One of the applied temperatures was chosen to be very high for ashort time to serve as cleaning step. This method was also termed the virtual multisensor method because the data generated could represent the data from multiplesensors in static operation at different temperatures. Then, several features of thesignal, such as mean value and slope, were extracted and processed with multivariatedata analysis. Linear Discrimination Analysis (LDA) was chosen since itiiiallows controlled data analysis. It was shown that it was possible to quantify SO2with a 2-step LDA. The background was identified in the first step and SO2 wasquantified in the second step. Pt sensors in dynamic operation and 2-step LDAevaluation has also demonstrated promising results for SO2 measurement in thelaboratory as well as in a desulfurization pilot unit. For a commercial sensor, algorithmhave to be developed to enable on-line measurement in real time. It was observed that Ir-gate sensors at 350oC were very sensitive to H2S. The responseobtained by Ir sensors to H2S was almost five times larger than that of Ptsensors, which might be due to the higher oxygen coverage of Ir. Moreover, Irsensors were also more stable with less drift during the operation as a result ofhigher thermal stability. However, the recovery time for Ir sensors was very long,due to the high desorption energy. Overall, the Ir sensors performed well whentested for a leak detection application (presence of oxygen and dry environment).The geothermal application, where heat is extracted from the earth, requires thesensor to be operated in humid condition in the absence (or very low concentration)of oxygen, and this poses a problem. Temperature cycle operation and smartdata evaluation might also be an option for future development. Along with the sensor performance testing, a study on the detection mechanismwas also performed for SO2 sensor, both experimentally and theoretically. The experimentincluded the study of the species formed on the surface of the catalystwith DRIFT (diffuse reflectance infrared frourier transform) spectroscopy and theanalysis of the residual gas with mass spectroscopy. Explanatory investigation ofthe surface reactions was performed using quantum-chemical calculations. Theoreticalcalculations of the infrared (IR) vibration spectra was employed to supportthe identification of peaks in the DRIFT measurement. Based on the study on theresidual gas analysis and quantum-chemical calculations, a reaction mechanismfor the SO2 molecule adsorption on the sensor surface was suggested.

No description available.

Univ., Diss.-2001--Trier, 2000. / Literaturverz. S. [365] - 386.

Univ., Diss.--Tübingen, 2002. / Literaturverz. S. [279] - 301.