Thèse Fabrication et Caractérisation de Diodes Pin Gan pour la Commutation Haute Fréquence et la Protection H/F - 37

Établissement : Université de Tours
École doctorale : Energie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers - EMSTU
Laboratoire de recherche : Groupe de recherche en Matériaux, Microélectronique, Acoustique et Nanotechnologies
Direction de la thèse : Kevin NADAUD ORCID 0000000229691453
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-04-01T23:59:59

Dans cette thèse, des diodes pin (Positive Intrinsic Negative) utilisant du GaN seront fabriquées et caractérisées . Afin de réaliser ce type de diodes, certains défis doivent être relevés, notamment la réalisation d'un contact ohmique à faibles pertes sur du GaN de type p. Cette thèse se concentrera tout d'abord sur l'optimisation du contact ohmique sur le GaN et la caractérisation des interfaces entre les différentes couches de l'empilement, à l'aide d'outils conventionnels (MEB, AFM, mesures CC). Ensuite, en utilisant les conditions optimales de dépôt du contact ohmique, la fabrication et la mesure de diodes à base de GaN à plusieurs échelles seront réalisées. Des mesures CC conventionnelles (I(V ), courant de fuite, capacité de claquage) en fonction de la température et du cyclage seront utilisées pour quantifier la robustesse des diodes fabriquées. De plus, des mesures électriques à basse/moyenne fréquence (DLTS, I-DLTS) seront mises en place pour identifier les pièges de porteurs de niveau profond avec leur concentration dans les différentes couches actives et la corrélation avec les mesures locales (C-AFM) et les mesures DC sera effectuée. Des mesures à haute fréquence seront également effectuées pour évaluer les performances de la diode dans la gamme GHz et ainsi déterminer son potentiel d'intégration dans un circuit micro-ondes. Tout l'équipement nécessaire à ce projet est disponible sur la plateforme technologique CERTeM (http: //certem.univ-tours.fr), qui est une salle blanche entièrement équipées.

Les commutateurs fonctionnant dans la bande micro-ondes sont des composants clés pour les front-end RF, car ils peuvent être utilisés pour sélectionner le chemin entre l'émetteur et le récepteur, sélectionner un chemin pour le déphaseur, etc. Les semi-conducteurs III-V sont largement utilisés pour les applications à puissance RF élevée grâce à leurs excellentes propriétés physiques, notamment en termes de transport d'électrons (vitesse élevée des électrons, mobilité élevée dans les gaz à haute densité d'électrons). Il est ainsi possible de fabriquer des transistors à haute mobilité électronique (HEMT) fonctionnant à haute fréquence qui peuvent être utilisés pour l'amplification mais aussi pour la commutation. Par rapport à d'autres semi-conducteurs comme le silicium ou l'arséniure de gallium, le nitrure de gallium (GaN) peut supporter des températures de fonctionnement plus élevées, peut être utilisé dans des environnements difficiles et présente un champ électrique de claquage plus élevé. Le GaN permet également de fabriquer des diodes PIN qui présentent une linéarité supérieure à celle de leurs homologues FET. Les diodes à broches peuvent également être utilisées pour la fabrication de limiteurs, composants indispensables à la protection des amplificateurs à faible bruit. Pour ces deux applications, une faible résistance à l'état passant, une faible capacité à l'état bloqué et une puissance admissible élevée sont nécessaires pour garantir les performances et la fiabilité du dispositif final.

English version
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Switches operating in the microwave band are key components for RF front-end since they can be used to select the path between transmitter and receiver, select a path for phase-shifter, etc. III-V semiconductors are widely used for applications with higher RF-power thanks to their excellent physical properties, particularly in
terms of electron transport (high electron velocity, high mobility in high density electron gases). It is thus possible to manufacture High Electron Mobility Transistors (HEMTs) operating at high frequency which can be used for amplification but also for switching. Compared to other semiconductors like silicon or gallium
arsenide, gallium nitride (GaN) can sustain higher operation temperatures, can be used in harsh environment and presents a higher breakdown electric field. With GaN, it's also possible to fabricate pin diodes which have higher linearity compared to their FET counterpart. Pin diodes can also be used for the fabrication
of limiters which are mandatory components to protect low noise amplifiers. For both applications, low on resistance, low off-state capacitance and high-power handling are necessary to ensure the performances and the reliability of the final device.