Co-intégration des transistors GaN à enrichissement et à déplétion pour les circuits de communication RF de la prochaine génération – ED-GaN

Dans le contexte actuel de la rapide évolution et de l’expansion des communications sans fil, le transistor HEMT à base de GaN constitue un excellent candidat pour les circuits de puissance et hyperfréquence fort de ses performances en hautes fréquences, de la forte tension de claquage associée et de sa robustesse. Le transistor GaN HEMT, selon sa conception classique, est un dispositif à appauvrissement. Les concepteurs en électronique RF demandent depuis longtemps une technologie performante intégrant des dispositifs à appauvrissement et à enrichissement (ED-mode) afin de réduire la complexité des circuits et leur consommation d’énergie. La réalisation de HEMTs GaN à enrichissement offrant de bonnes performances est une tâche délicate et difficile. Selon la littérature, de nombreuses équipes de recherche ont travaillé au développement de tels dispositifs par des moyens différents : A) Implantation d’ions de Fluor (F-) dans la partie supérieure de la couche de barrière B) Amincissement localisé de la couche barrière C) Gravure de la barrière avec l’aide d’une couche d'arrêt D) Épitaxie locale d’une couche de p-GaN sur le dessus de la couche barrière. Toutes ces techniques sont actuellement étudiées dans les laboratoires de recherche et chacune d’entre elles présente ses propres avantages et inconvénients. Jusqu'à présent, il est impossible de savoir quelle technique permet la meilleure combinaison, de performances, de reproductibilité et de fiabilité. Particulièrement, l'intégration monolithique de HEMTs GaN à enrichissement et à appauvrissement sur la même plaqueette est un grand défi. La raison en est que les structures épitaxiales sont conçues pour favoriser l'un des deux modes de modulation (enrichissement ou appauvrissement). Cette situation génère des risques pour toute fonderie voulant amener les dispositifs intégrés ED-mode sur le marché de l’électronique RF sans pour autant compromettre les performances initiales des dispositifs à appauvrissement. L'objectif de ce projet est l'intégration de HEMTs GaN à Enrichissement et à Dépletion, à hautes performances, reproductibles et fiables sur la même puce. Le consortium évaluera les quatre approches (A-D) en utilisant une comparaison non partisane. Pour ce faire, le partenaire industriel (OMMIC) et les quatre institutions de recherche (LN2, IEMN, CRHEA, IMS) ont conçu un programme scientifique de 42 mois qui comprend la conception des dispositifs, la croissance épitaxiale, la microfabrication, l’évaluation des performances et les tests de fiabilité. Ensuite, le consortium choisira l'approche technologique la mieux adaptée conformément aux spécifications d’OMMIC. Ce déroulement représente une différence majeure par rapport à ce qui est actuellement rapporté dans l'état de l'art. Après l'achèvement du projet, la technologie sera transférée à la fonderie d’OMMIC. Un des avantages les plus importants de ce projet est que les technologies les plus prometteuses pour fabriquer des HEMTs GaN ED-mode vont être testées dans les mêmes conditions pour permettre un choix éclairé de la technologie la plus adéquate. Par conséquent, OMMIC sera dans une position gagnante et aura une excellente occasion de faire une percée pour devenir un leader de classe mondiale dans les circuits RF à base de GaN. Le succès commercial du produit aura un impact positif pour le fabricant (OMMIC) et pour les entreprises en amont et en aval, permettant la création de nouveaux emplois dans les secteurs connexes. Les systèmes de défense, les équipements de santé, l'électronique grand public et l’industrie de l'automobile sont de vastes marchés pour cette technologie. Ils sont d’une importance stratégique pour le développement économique, la sécurité et le bien-être de notre société. En raison de la caractéristique très expérimentale de ce projet et des capacités exceptionnelles du consortium, le projet produira un impact scientifique remarquable dans le domaine des semi-conducteurs à large bande interdite.