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Couches minces de nitrure d aluminium à basse température pour la gestion thermique des composants de puissance
Cette thèse est consacrée à l'étude de la croissance et des propriétés de couches minces d'AIN élaborées par pulvérisation magnétron réactive à basse température (<250°C) pour la gestion thermique de composants de puissance. Des caractérisations physico-chimiques (ORX, Raman, MET, ... )...
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| Collectivités auteurs : | , , , , |
| Format : | Thèse ou mémoire |
| Langue : | français |
| Titre complet : | Couches minces de nitrure d aluminium à basse température pour la gestion thermique des composants de puissance / Julien Camus; sous la direction de Abdou Djaoudi ; co-directeur Gilles Tessier |
| Publié : |
2015 |
| Description matérielle : | 1 vol. (207 p.) |
| Note de thèse : | Thèse de doctorat : Sciences des matériaux, plasmas froids et couches minces : Nantes : 2015 |
| Conditions d'accès : | Thèse confidentielle jusqu'au 09/07/2018. Accès en ligne sur authentification, réservé aux membres de l'établissement de soutenance. |
| Sujets : | |
| Documents associés : | Reproduit comme:
Couches minces de nitrure d aluminium à basse température pour la gestion thermique des composants de puissance |
| Résumé : | Cette thèse est consacrée à l'étude de la croissance et des propriétés de couches minces d'AIN élaborées par pulvérisation magnétron réactive à basse température (<250°C) pour la gestion thermique de composants de puissance. Des caractérisations physico-chimiques (ORX, Raman, MET, ... ) et mécaniques ont montré que les films déposés sur silicium sont colonnaires, denses, d'orientation (002) avec une mosaïcité de 1,8° pour 2 m. De plus, les mesures thermiques effectuées par la méthode du ruban chaud ont montré des conductivités thermiques de l'ordre de 240 W/K.m atteignant ainsi des valeurs supérieures de deux ordres de grandeur à celles du BCB ou du SiO2. Leur intégration en tant que drains thermiques dans des transistors HEMT-GaN et des Lasers à Cascade Quantique a permis une amélioration notable des performances thermiques de ces composants de puissance. Ces couches minces d'AIN ont également été optimisées afin de servir de couche tampon pour la croissance de GaN sur silicium. Comme l'hétéroépitaxie de l'AIN sur silicium par PVD à basse température n'a pas encore été réalisée, des défauts apparaissent dans la couche active dégradant les performances des HEMT-GaN. L'utilisation de couches tampons d'AIN de quelques nm d'épaisseur élaborées à haute température (MBE) a rendu possible une épitaxie à basse température d'AIN PVD sur Si. L'amélioration de la mosaïcité et la conservation de la contrainte en tension liées à cette croissance épitaxiale ont permis de fabriquer des transistors HEMT GaN sur Si donnant des performances électriques à l'Etat de l'art et des performances thermiques améliorées This work thesis is dedicated to the growth of Aluminum nitride thin films by PVD techniques at low temperature (<250°C) in order to ensure thermal management of power electronic devices. Physico-chemical (XRD, Raman, TEM, ... ) and mechanical characterizations show that AIN deposited on silicon substrate at optimized conditions exhibit dense and columnar structure. AIN films are (002) oriented with a Rocking curve (FWHM) as low as 1.8° for 2 m thick film. Moreover, thermal measurements performed by the Hot Strip method demonstrate thermal conductivity of 240 W/K.m. These values are relatively high for an insulating thin film as they are two orders of magnitude higher than thermal conductivity of BCB and Si02. Such AIN films have been integrated as thermal heat sinks in HEMT transistors and Quantum Cascade Laser and significantly improve the thermal performance of these power devices. AIN thin films have also been optimized as buffer layers for GaN growth on silicon substrate. Nevertheless as AIN PVD/Si heteroepitaxy is still not reached at low temperature, defaults appear in the active GaN layer and deteriorate HEMT GaN transistor performances. Thanks to very thin (1 to 3 nm) AIN buffer layer deposited at high temperature (MBE) one has demonstrate low temperature (<250°C) epitaxial AIN growth on silicon substrate. Such AIN(PVD)/AIN(MBE)/Si composite substrates exhibit very good FWHM and a tensile stress of few GPa. GaN HEMT transistors fabricated using such composite substrate exhibit electrical performances at the State of Art and improved thermal performances |
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| Variantes de titre : | Thin films of aluminum nitride deposited at low temperature in order to ensure thermal management of power electronic devices |
| Notes : | Ecole(s) Doctorale(s) : École doctorale Matériaux, Matières, Molécules en Pays de la Loire (3MPL)(Le Mans) Partenaire de recherche : Institut des Matériaux Jean Rouxel (IMN) (Nantes) (Laboratoire) Autre(s) contribution(s) : Jean-Claude De Jaeger (Président du jury) ; Stéphanie Deputier, Sophie Bouchoule, Mohammed Mamor (Membre du jury) ; Corinne Nouveau, Michel Pons (Rapporteurs) |
| Bibliographie : | Bibliogr. p. 201-207, 82 réf. |