Etude, modélisation et simulation des caractéristiques électriques des transistors à effet de champ à modulation de dopage à base des hétéro-structures de nitrures III-N

Abstract

Actuellement, les matériaux isolants à forte permittivité tels que HfO2 et ZrO2 ont un facteur critique dans les dispositifs à base des nitrures III–N qui fonctionnent à haute puissance microondes et à haute température. Cependant, l’isolant HfO2 est instable thermiquement dans les dispositifs électroniques, mais l’isolant ZrO2 est particulièrement prometteur, car il présent une large bande interdite, une large discontinuité de la bande de conduction, une forte permittivité, et une bonne stabilité thermique. Dans ce travail, nous avons mené une étude de l’influence des matériaux isolants pour l’amélioration des performances statiques et dynamiques des MODFETs GaN/AlGaN/AlN/GaN ou InAlN/AlN/GaN, qui nécessite une optimisation des différents paramètres. A travers cette étude nous souhaitons à rechercher des modèles analytiques des MODFETs engendrant des simulations en accord avec les expériences pour la recherche actuelle. Des modèles analytiques des caractéristiques statiques et dynamiques des MODFETs et MIS–MODFETs GaN/AlGaN/AlN/GaN on été présentés. Nos résultats indiquent que le matériau isolant ZrO2 à forte permittivité et stable à haute température présent de meilleures performances pour les transistors MIS–MODFETs InAlN/AlN/GaN, la concentration des électrons est plus élevée que dans les transistors MIS–MODFETs GaN/AlGaN/AlN/GaN, en raison de la charge de polarisation spontanée plus élevée de l’hétérostructure InAlN/AlN/GaN. En conclusion, les MIS–MODFETs InAlN/AlN/GaN présentent de meilleures performances statiques et dynamiques, notamment lorsqu'ils sont recouverts d'une fine couche de cap GaN fortement dopée et d’un matériau isolant à forte permittivité et stable à haute température, même lorsque les effets d'auto–échauffement et thermiques sont pris en compte.