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InP/GaAsSb/InP reportés sur substrat hôte pour application à la puissance

EL FATIMI Hicham
Résumé : 

Cette thèse est centrée sur l'étude, la réalisation et la caractérisation de transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) dont les couches actives de la filière InP/GaAsSb sont reportés sur substrat hôte. Cette étude a pour but d'établir les bases pour la conception de transistor de puissance dans le domaine hyperfréquence et s'inscrit dans le contexte du projet ANR ATTHENA. Trois axes de recherche ont été développés. La simulation numérique a permis d'introduire, pour les structures reportées, les concepts de drains thermiques utilisant le couche métallique introduite lors du report. Dans ce contexte il a été montré que, sur un substrat d'aussi faible conductivité que le Pyrex, le report permet de réduire la résistance thermique de plus de 30%. Sur une substrat de bonne conductivité thermique, par exemple silicium, cette réduction est d'un facteur six. Basés sur ces concepts, une technologie de fabrication des TBH reportés par collage anodique a été développée. Des TBH de type double mesa ont été fabriqués et caractérisés. Deux verrous technologiques ont été identifiés dans la fabrication des nanoTBH dédiés aux hyperfréquences. Les caractérisations électriques ont permis d'attribuer l'excès de courant de base habituellement observé dans les hétérojonctions InP/GaAsSb à la présence d'antimoine dans l'InP de l'émetteur. L'absence d'antimoine dans l'émetteur lorsque celui est épitaxié avant1a base, cas desTBH reportés, supprime ce courant parasite et rend le gain du transistor indépendant du courant collecteur. D'autre part, les effets d'un échauffement sur les caractéristiques électriques ont été systématiquement étudiés dans le but de fournir un guide à la conception des transistors de puissance. Grâce à .ses hétérojonction de type Il, le TBH GaAsSb/InP présente un coefficient thermo-électrique significativement plus faible que celui des TBH autres filières, conférant au TBH InP/GaAsSb une beaucoup plus grande stabilité thermique. La durée de vie des électrons minoritaires dans la base est limitée par les recombinaisons Auger ce qui se traduit par un gain en courant constant dans une large plage de températures. L'ensemble de ces caractéristiques électriques confère aux TBH InP/GaAsSb reporté sur substrat hôte un très fort potentiel pour les applications de puissance en améliorant considérablement sa stabilité en courant et en température.