Les matériaux semiconducteurs jouent aujourd'hui un grand rôle dans les dispositifs électroniques et optoélectroniques. En particulier, qu'il s'agisse des télécommunications par voies Hertziennes ou Microondes, sur Terre ou en liaison avec des satellites, ou encore de radars ou de gestion de l'énergie, les semiconducteurs à grande largeur de bande interdite (dits 'Grands Gaps') s'avèrent particulièrement intéressants pour la génération de puissance. Si on compare les différentes propriétés électriques du Nitrure de Gallium et du Carbure de Silicium (SiC) avec celles du Silicium et de l'Arséniure de Gallium (GaAs) on voit immédiatement que des champs électriques critiques élevés en raison de leur grande énergie de bande interdite combinés à des grandes vitesses de saturation pour les électrons impliquent de grandes potentialités en termes de puissance et de fréquence de fonctionnement. Malgré la quasi-absence de substrat natif, l'élaboration du matériau GaN a énormément progressé suite à l'engouement provoqué par la réalisation et la commercialisation de diodes électroluminescentes et de lasers dans le domaine visible. Le recours à l'hétéro-épitaxie associé à une sensibilité relativement faible aux défauts tels les dislocations traversantes, a permis le développement des dispositifs. Un avantage pour GaN est également de pouvoir construire des hétérojonctions parfaites avec des alliages de la famille des nitrures d'éléments III comme AlGaN, InGaN, etc... Pour la génération de puissance à hautes fréquences, le transistor à électrons de haute mobilité HEMT (dit encore HFET, TEGFET ou MODFET) basé sur l'hétérojonction AlGaN/GaN s'est rapidement imposé par rapport au MESFET GaN, ou encore par rapport transistor bipolaire GaN. Dans ce mémoire, après une description de mon parcours dans la recherche, depuis la thèse jusqu'à ce jour, sont présentées les principales composantes d'une structure HEMT AlGaN/GaN ainsi que leur influence sur le comportement des composants. Une attention particulière est portée aux couches tampons et à l'influence de leur qualité structurale sur l'isolation électrique et sur la mobilité dans le gaz bidimensionnel d'électrons confiné à l'interface AlGaN/GaN. Ces propriétés seront mises en relation avec les caractéristiques de sortie Ids(Vds,Vgs) des transistors réalisés sur des structures élaborées par Epitaxie par Jets Moléculaires sur différents types de substrats (Silicium, SiC et Tremplins GaN sur Saphir). On montrera également tout l'intérêt de passer d'une stratégie d'isolation électrique reposant sur le piégeage des électrons par les dislocations à un mode d'isolation basé sur l'incorporation d'impuretés compensant le dopage résiduel de type n dans la couche tampon GaN. Après avoir donné les perspectives liées à ces études, ce document présentera un nouveau projet de recherche sur le développement de dispositifs électroniques à transport vertical à base d'hétérostructures Al(Ga)N/GaN intégrées dans des nanostructures. Enfin, après le rappel des autres activités connexes à mon travail de recherche, ce document se termine par la liste de mes publications et communications accompagnée d'une sélection de publications.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:CCSD/oai:tel.archives-ouvertes.fr:tel-00588722 |
| Date | 03 October 2007 |
| Creators | Cordier, Yvon |
| Publisher | Université de Nice Sophia-Antipolis |
| Source Sets | CCSD theses-EN-ligne, France |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | habilitation ࠤiriger des recherches |
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