NANO-INNOV / RT - NIRT

Démonstrateur transistor de puissance à base de GaN épitaxié sur substrat Si grand diamètre – ToPoGaN1

Résumé de soumission

Contexte : Le domaine de l'énergie représente pour le 21e siècle un axe de développement autour duquel se focalisent dorénavant les recherches tant en termes économiques, industriels qu'environnementaux. La baisse inéluctable des énergies fossiles, la prise en considération de plus en plus importante des risques liés à l'émission de gaz à effet de serre sur le climat et à la pollution due aux gaz résiduels issus de la combustion des hydrocarbures et leurs conséquences sur la santé, induisent dans le monde un effort important pour développer la production d'énergie alternative et réduire la consommation énergétique par les utilisateurs. Ainsi, en France comme ailleurs, les évolutions du secteur de l'énergie sont en train de générer des changements majeurs au sein des marchés utilisateurs. Le passage à la traction hybride et électrique pour les transports, le couplage des énergies renouvelables au réseau électrique, la généralisation dans l'habitat des systèmes motorisés, l'introduction de l'éclairage basse tension et la convergence « bâtiment-transport » contribueront de façon significative à l'efficacité énergétique et à la diminution des rejets de CO2
. Ils vont en outre, nécessiter une gestion performante des ressources, du stockage et de l'utilisation de l'énergie. Ce passage est largement conditionné par la maîtrise des composants intégrés de puissance. Dans ce contexte, le Nitrure de Gallium (GaN) est le matériau grand gap aujourd'hui reconnu comme un candidat très sérieux pour remplacer le silicium (Si) et le carbure de silicium (SiC) pour les marchés des composants de puissance à forts volume : a) ses performances en rendements, fréquence de commutation et température de fonctionnement sont largement meilleures que celles du silicium, b) le coût de fabrication des composants lié à la taille des substrats Silicium sur lesquels il peut être mis en œuvre est largement inférieur à celui du SiC. Vision à 5 ans : l'ambition de la filière mise en place en France et dont le projet Nano-Innov TOPOGAN1 sera la rampe de lancement est de démontrer la faisabilité industrielle de composants latéraux et verticaux normally-on(normalement passants) et normally-off(normalement non passants) capables de tenir des tensions de 600V à 1200V pour des courants de 200A et 100A respectivement, fabriqués sur des substrats Silicium de 6 pouces (150 mm). Objectif à 15 mois : Réaliser la démonstration de transistors fonctionnels 600V, 10 A sur filière complète 6 pouces (150 mm) démontrant la capacité à fabriquer des composants avec les rendements suffisants pour ouvrir de vraies perspectives industrielles. 1-Mettre en place une filière complète de procédé de fabrication de transistors de puissance à bas de nitrure de gallium sur substrats silicium de 150mm. 2-Développer les procédés et techniques d'épitaxie par MOCVD de multicouches nanométriques à base de matériau AlGaN permettant de compenser les écarts de paramètres de maille des deux matériaux de base que sont le substrat Silicium et le matériau grand gap GaN. 3-Maîtriser l'homogénéité de ces couches à l'échelle de Wafers 6 pouces alors que la plupart des procédés sont aujourd'hui réalisés sur substrats 2, 3 ou 4 pouces. 4-Assurer la réalisation de couches épitaxiées de 2 ou 3 µm d'épaisseur sans introduction d'une flèche trop importante sur le wafer permettant en particulier la réalisation des étapes suivantes de lithographie pour la réalisation des étapes technologiques de fabrication du transistor de puissance. Ainsi une flèche inférieure à 50µm est nécessaire pour l'alignement de wafers de 150 mm. 5-Développer de nouveaux procédés technologiques, pour la réalisation d'architectures de transistors à base de grille MIS et l'obtention de couches de passivation fiables, permettant de répondre aux spécifications poussées en terme de densités de courant, tenue en tension et fiabilité.

Coordination du projet

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

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Début et durée du projet scientifique : - 0 Mois

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