Sujet de Doctorats 2013 - IEMN

Titre : Conception de circuits à base d’une nouvelle technologie AlN/GaN/AlGaN en gammemillimétrique sur substrat siliciumFinancement prévu : contrat doctoral/ contrat ANRCofinancement éventuel :(Co)-directeur de thèse : Nathalie ROLLANDE-mail : nathalie.rolland@iemn.univ-lille1.frLaboratoire : IEMN – UMR 8520Groupe de recherche : CSAMDescriptif :Les composants à base de Nitrure de Gallium (GaN) sont pressentis pour devenir la prochainegénération de transistor en bande millimétrique. Un certain nombre de groupes ont démontrés lapossibilité d’obtenir une combinaison unique de puissance et de rendement ainsi qu’une bande passanteplus élevée et une stabilité à haute température supérieure avec le matériau GaN comparé auxtechnologies à base de GaAs ou de Silicium. Dans ce cadre, une nouvelle hétérostructure à based’AlN/GaN de haute qualité est en cours de développement. Cette nouvelle technologie laisse espérerune rupture des performances des circuits à haute fréquence. En effet, cette nouvelle configurationpermet d’accroître la densité de porteur du transistor par un facteur 2 ou 3 par rapport aux structuresHEMT classiques AlGaN/GaN tout en offrant des rapports d’aspects (longueur de grille/distance grillecanal)très favorable à la montée en fréquence du fait de la possibilité de bénéficier d’épaisseur debarrière ultra-mince avec cette configuration. De plus, la croissance de cette hétérostructure a étéentreprise sur substrat de silicium au niveau industriel et arrive maintenant à maturité, ce qui permetd’envisager des composants à coût modéré, offrant une solution attractive pour l'intégration avec destechnologies silicium matures tels que la filière CMOS en utilisant une approche monolithique.Notre groupe a démontré des résultats remarquables sur la filière AlN/GaN/AlGaN-sur-Si (doublehétérostructure) avec des performances bien au-delà de l’état de l’art international comparées auxcomposants GaN-sur-Si actuels. En particulier, des performances fréquentielles de l’ordre de 200 GHzcombiné à une tenue en tension de plus de 100 V ont permis de générer une puissance de sortieconséquente à une fréquence d’opération de 40 GHz pour la 1 ère fois 1 . Par ailleurs, nous avonségalement mesuré le facteur de bruit entre 6 et 40 GHz dans ces mêmes composants. Le très faiblecourant de fuite, le gain élevé ainsi que des effets de pièges réduits nous ont permis de démontrer leplus faible niveau de bruit jamais observé dans un transistor GaN en bande K 23 a . Plus récemment,1 F. Medjdoub et al, “First demonstration of high power GaN-on-Silicon transistors at 40 GHz” Electron Device. Lett. 33, 8,20122 F. Medjdoub et al, “Sub-1-dB Minimum Noise Figure Performance of GaN-on-Si transistors up to 40 GHz” ElectronDevice. Lett. 33, 9, 201255