Courant de fuite de grille

Le courant de fuite de la grille est le courant circulant à travers la grille quand une tension est appliquée entre grille et source avec le drain et la source court-circuités.

La Fig. 49 présente une allure typique d’une caractéristique de courant de fuite de grille pour un transistor donné de type MOSFET ou HEMT. Sur cette figure, trois différentes régions peuvent être dissociées :

- Région 1 : Courant de fuite très faible essentiellement dominé par le bruit.

- Région 2 : Augmentation considérable du courant de fuite causée par l’effet tunnel à travers la grille.

- Région 3 : Augmentation brutale du courant de grille (avalanche), ce phénomène peut être causé par la destruction de l’oxyde de grille dans le cas d’un MOSFET.

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Fig. 49. Allure d’une caractéristique de courant de fuite de grille pour un MOSFET ou HEMT

Cette caractéristique est très importante pour nos composants étudiés. En effet, comme les composants HEMTs proposent un contact Schottky sur la grille, les courants de fuite de grille sont plus importants que ceux des composants MOSFETs.

Équipements de caractérisation électrique

Pour effectuer ces mesures de caractérisation électrique, un traceur de courbe Keysight B1505A a été utilisé.

L’Agilent B1505A Power Device Analyzer/Curve Tracer est un outil puissant pour les mesures et la caractérisation des composants de puissance. Il utilise le logiciel EasyEXPERT qui est un programme fonctionnant sous Windows qui lui est spécialement dédié. Ce logiciel fait office d’interface graphique permettant à l’utilisateur d’interagir avec le traceur en lui précisant les commandes à réaliser ainsi que les sorties à récupérer.

Le B1505A couvre une large gamme de puissance pouvant aller de 10 fA à 20 A et de 2 μV à 3000 V. Il suffit donc de faire le bon choix de module pour pouvoir couvrir cette gamme de puissance. La Fig. 50 présente les gammes de tension et de courant que peut couvrir chacun des modules dont nous disposons.

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Fig. 50. Gammes de courants et tension du HPSMU (a), HCSMU (b) et HVSMU (c)

Les trois modules dont nous disposons sont :

- HPSMU (module haute puissance) : ce module couvre une gamme de tension allant de 0 à 200 V et une gamme de courant allant de 0 à 1 A avec une puissance maximale de 20 W. Ce module sera essentiellement utilisé pour polariser la grille des transistors.

- HCSMU (module fort courant) : ce module peut couvrir une gamme de courant allant de 0 à 20 A et une gamme de tension allant de 0 à 20 V en mode impulsionnel. Il peut aussi couvrir une gamme de courant allant de 0 à 1 A et une gamme de tension allant de 0 à 40 V en mode continu. Ce module sera utilisé pour effectuer les caractéristiques faisant intervenir des forts courants (caractéristiques de transfert et de sortie). Il sera utilisé pour polariser le drain des transistors.

- HVSMU (module forte tension) : ce module peut couvrir une gamme de tension allant de 0 à 1500 V et une gamme de courant allant de 0 à 8 mA ou une gamme de tension allant de 0 à 3000 V et une gamme de courant allant de 0 à 4 mA. Ce module sera utilisé pour effectuer les caractéristiques faisant intervenir de fortes tensions (courant de fuite de drain). Il sera utilisé pour polariser le drain des transistors.

Ces trois différents modules sont très complémentaires et nous permettront d’effectuer toutes les caractéristiques citées précédemment.

La capacité du traceur à effectuer des caractérisations en mode impulsionnel est très intéressante. En effet, les différents modules ont la capacité d’effectuer des caractéristiques en mode impulsionnel avec les options suivantes :

- HPSMU (module haute puissance) :

 Largeur d’impulsion : 500 µs  2 s

81 Manuscrit de thèse / IMS Bordeaux / Omar CHIHANI  Résolution de la largeur d’impulsion : 100 µs

 Période d’impulsion : 5 ms  5 s

- HCSMU (module fort courant) :

 Largeur d’impulsion : 50 µs  1 ms

 Résolution de la largeur d’impulsion : 2 µs

 Période d’impulsion : 5 ms  5 s

 Résolution de la période d’impulsion : 100 µs

 Rapport cyclique : ≤ 1%

- HVSMU (module forte tension) :

 Largeur d’impulsion : 500 µs  2 s

 Résolution de la largeur d’impulsion : 2 µs

 Période d’impulsion : 5 ms  5 s

 Résolution de la période d’impulsion : 100 µs

 Rapport cyclique : ≤ 1%

Ces options fournies par les différents modules sont très importantes pour notre étude. Le mode de caractérisation impulsionnel permet de s’affranchir en grande partie de l’effet de l’auto-échauffement des composants durant les mesures. En effet, certaines mesures font intervenir des puissances capables de faire augmenter la température du composant en cours de caractérisation. Cette augmentation de température peut avoir une grande influence sur les résultats des mesures. En utilisant des mesures avec des impulsions courtes et un rapport cyclique faible, les composants n’auront pas le temps de chauffer pendant les cycles actifs en raison des faibles rapports cycliques mis en jeu. Ceci permet donc de garantir ainsi des caractéristiques à température maitrisée.

Afin d’évaluer l’éventuelle augmentation de température qui peut être engendrée par la caractérisation, le cas le plus sévère a été analysé. Le courant maximal durant la caractérisation peut être de 20 A, la résistance à l’état passant maximale présentée sur la documentation technique est de 50 mΩ et le rapport cyclique maximal (α) lors de la caractérisation est de 1 %. Dans ce cas, la puissance engendrée est la suivante :

𝑃 = 𝛼𝑅_{𝐷𝑆𝑜𝑛}𝐼2

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En prenant la valeur de la résistance thermique entre la jonction et le substrat (RθJB) présente sur la documentation technique qui est de 7,5 °C/W, l’augmentation de la température peut se calculer comme suit :

∆𝑇 = 𝑃 × 𝑅_𝜃𝐽𝐵 ∆𝑇 = 0,2 × 7,5 = 1,5 °𝐶

L’augmentation de la température pouvant être engendrée par la caractérisation, dans le cas le plus sévère, est de 1,5 °C. Cette augmentation est jugée insuffisante pour avoir une influence sur les caractéristiques électriques des composants.

Ce traceur de courbe est présenté sur la Fig. 51. Sur cette photo, on peut observer les éléments suivants :

- Le traceur B1505A (à gauche) : cette entité permet d’intégrer les différents modules cités précédemment et comporte aussi un ordinateur jouant le rôle d’interface entre les modules et l’utilisateur.

- L’appareil d’essai N1259A (à droite) : cet appareil permet de faire la liaison entre les différents modules du traceur de courbe B1505A et le composant à caractériser.

Fig. 51. Photographie du Traceur B1505A