Soutenance de thèse : Ralph MAKHOUL

Conception et caractérisations électriques de diodes de type TMBS et de transistors de type MOSFET en diamant pour la microélectronique de puissance

Doctorant : Ralph MAKHOUL

Laboratoire INSA : Ampère
Ecole doctorale : ED160 : Électronique, Électrotechnique et Automatique

L’augmentation de la consommation électrique mondiale nécessite l’amélioration des composants de puissance. Jusqu’à présent, la majorité de ces composants, principalement réalisés en Silicium, ont atteint un point de saturation en termes de compromis entre la tenue en tension et la résistance à l’état passant. Ainsi, les propriétés physiques intrinsèques prometteuses des semi- conducteurs à large bande interdite (SiC, GaN, Diamant) ouvrent la voie vers la réalisation des composants électroniques de puissance plus performants.
Dans ce contexte, nos travaux portent sur la conception et la réalisation d’une diode TMBS (Trench MOS Barrier Schottky) verticale et d’un transistor MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) vertical à canal P et à grille en U en diamant qui supportent 6000 V et 1200 V respectivement à température ambiante. Ces deux structures ont été conçues dans le cadre du projet ANR MOVeToDIAM (MOS Vertical Tout DIAMant), coordonné par le LAAS-CNRS, dans la continuité des travaux sur diamant effectués au laboratoire depuis 2005.
La conception de la diode TMBS et du transistor MOSFET est réalisée avec le logiciel SENTAURUS TCAD (Technology Computer Aided Design). Une méthodologie de conception est adaptée pour ces deux structures pour bien atteindre les critères de fonctionnement souhaités.
Pour terminer, des briques technologiques essentielles ont été développées afin de réaliser la diode TMBS et le transistor MOSFET. Dans un premier temps, des contacts ohmiques sur des échantillons en diamant type P ont été réalisés, puis caractérisés électriquement à l’aide des motifs TLM (Transmission Line Method) droit.
Ensuite, un procédé de gravure sèche RIE-ICP (Reactive Ion Etching – Inductive Coupled Plasma) a été développé pour obtenir la réalisation de la structure MESA de la diode TMBS et aussi pour l’ouverture de la grille en U du transistor MOSFET. Enfin, un dépôt de différents diélectriques (SiO2, Si3N4 et Al2O3) sur des échantillons en diamant a été réalisé afin d’évaluer la qualité du dépôt du diélectrique.