Nouveau transistors à canaux AlGaN pour les applications à haute tension – ACTION

Le projet ACTION a pour objectifs d'explorer et de développer une nouvelle classe de transistors utilisant un canal AlGaN à ultra-large bande interdite. Ce projet PRCE est composé de trois laboratoires académiques le CRHEA, l’IEMN et l’institut Néel et de la startup EasyGaN en tant que partenaire industriel.
Ces transistors AlGaN vont permettre d’établir les bases d’une future génération de composants de puissance qui offriront une plus haute tenue en tension et une stabilité en température supérieure aux limites des transistors à base de GaN, venant ainsi concurrencer les domaines d’applications du SiC. Grâce à des rendements accrus sur des gammes de tension supérieures à 1200V, inaccessibles actuellement aux transistors GaN-sur-Silicium, ces composants vont permettre de réduire les pertes qui se produisent lors des multiples transformations de l’énergie électrique depuis sa production jusqu’à nos usages quotidien. Le point clé du projet est le développement par épitaxie par jets moléculaires (MBE) d’hétérostructures AlGaN/AlGaN sur substrat silicium grande surface. Cette nouvelle filière de matériaux compatible avec les fonderies CMOS sera donc en phase avec les efforts actuels menés par les principaux acteurs français du domaine. Dans un contexte de décarbonation et donc d’une électrification massive de nos usages, le projet ACTION jouera un rôle important et stratégique pour la fabrication d’une nouvelle génération de composants semiconducteurs améliorant la gestion de l’énergie.
Ce projet s’appuie sur des résultats préliminaires remarquables puisqu’un champ de claquage supérieur à 2.5 MV/cm a déjà été mesuré sur des structures HEMT à canal AlGaN extrêmement simples. Cette valeur de champ de claquage est déjà au-delà de l’état de l’art des transistors HEMT GaN-sur-silicium qui est typiquement de l’ordre de 1.5 MV/cm. Ces résultats sont prometteurs et confirment l’intérêt de cette approche d’autant plus que ces structures extrêmement simples (sans ingénierie de contrainte ni de réduction de la densité de défauts) ont été épitaxiées sur substrat silicium. Le projet ACTION a pour objectif de développer des structures HEMTs à canal AlGaN optimisées en termes de défauts et de contrainte sur substrat silicium en se basant sur un savoir-faire CRHEA unique de plus de 20 années en épitaxie MBE. Une partie de ce savoir-faire a été transféré à la startup EasyGaN, avec notamment la cession d’une licence sur un brevet qui permet de réduire la densité de dislocations dans l’alliage AlGaN. Un autre point clé du projet ACTION est la réalisation du composant et l’optimisation des différentes étapes technologiques. L’équipe de Farid Medjdoub (IEMN) est à l’état de l’art dans ce domaine. Leur expertise et leur grande réactivité vont permettre d’optimiser les performances des structures réalisées dans le projet. L’équipe de Julien Pernot (Institut Néel), connue et reconnue dans le domaine des matériaux ultra-grand gap, va permettre d’étudier et caractériser finement les propriétés des matériaux AlGaN apportant notamment une expertise spécifique sur les propriétés de transport qui sont au cœur du projet. Enfin, le projet ACTION permettra à la startup EasyGaN d’ajouter un produit à haute valeur ajoutée et stratégique à son catalogue.
Le consortium offre une parfaite complémentarité en apportant un savoir-faire unique pour mener à bien ce projet ambitieux visant des composants de puissance innovants. Le projet bénéficiera également de l'expertise de partenaires externes tels que : - la société Knowmade spécialisée dans l'analyse de brevets et le conseil en veille technologique et en stratégie de propriété intellectuelle, - l'Université de Padoue pour les mesures dynamiques, - l'Université de Bristol pour les analyses thermiques et, - la PME Riber pour les développements et le support technique autour de la croissance MBE sur substrats silicium 8".