Conception, fabrication et simulation de HEMTs GaN robustes de prochaine génération pour les applications millimétriques

Ces dernières années, des avancées significatives ont été réalisées avec les transistors à haute mobilité électronique en GaN (HEMTs) contribuant à l'évolution de la prochaine génération de réseaux 5G, de systèmes radar et de communications par satellite. Cependant, pour améliorer davantage l'amplification de puissance et les performances à haute fréquence (>30 GHz), de nouvelles architectures ont été développées. Ces conceptions se caractérisent pardes structures repensées avec des longueurs de grille inférieures à 150 nm, des couches barrières réduites ou des couches épitaxiales optimisées. Plusieurs groupes de recherche ont obtenu des résultats remarquables, alliant un rendement en puissance ajoutée élevée (PAE > 50%) à une puissance de sortie élevée (POUT > 3 W/mm), couvrant des plages de fréquences allant de la bande Ka (30 GHz) à la bande W (94 GHz). Malgré ces progrès, la fiabilité des dispositifs de faibles dimensions reste un défi majeur en raison du champ électrique élevé, de l'auto-échauffement et des effets de piégeage. Cette recherche associe la fabrication et la caractérisation de dispositifs avec des simulations TCAD pour fournir des informations clés dans ce domaine. L'une des technologies les plus prometteuses, le HEMT à canal AlGaN gradué, a été analysée à travers des simulations pour mieux comprendre ce qui en fait une solution unique. De plus, grâce à une architecture de buffer optimisée reposant sur l'insertion d'une couche barrière sous le canal en AlGaN et une barrière ultra-mince en AlN, des performances en puissance à l'état de l'art à 40 GHz ont été atteintes sur les composants fabriqués. Enfin, une nouvelle architecture sans buffer dotée d'une barrière ultra-mince en AlGaN a également été étudiée, montrant des résultats prometteurs qui pourraient rivaliser avec les technologies existantes. La fiabilité à court terme de ces structures a été évaluée afin d'identifier les principaux points faibles et d'orienter les futurs développements.