Investigations sur le phénomène de belly shape

e V ) n B0 (n=1) = 1,8 eV

Figure 2.29  Tracé de ΦB en fonction de n montrant une relation linéaire entre les deux paramètres.

Φ_{Bef f} = Φ_B0− (nef f − 1)Vbbξ−1 (2.13) Où ΦB0 est la hauteur de barrière uniforme, Vbb est la tension appliquée (band bending) et ξ est une constante dépendante de la géométrie de la barrière inhomogène (il vaut 2/3 ou 1/2).

Le contact Pt/Ni/AlGaN des transistors étudiés est donc irrégulier sur la surface totale de jonction (4x10−3 _mm2).

2.4.3 Investigations sur le phénomène de belly shape

Le phénomène de belly-shape venant parasiter la mesure de diode, quelques mesures sup-plémentaires ont été eectuées an d'obtenir plus d'informations sur le phénomène.

Ce courant de fuite est un phénomène parasite initialement observé par Laurent Brunel et ses collaborateurs [124,138] sur les technologies GH25 et GH50 d'UMS (GaN sur substrat SiC). Leurs investigations ont mené à la conclusion que ces fuites sont assistées par des pièges situés aux coins de grille. Les gures2.30 et2.31 représentent le phénomène sur une de nos mesures ainsi que le schéma représentatif du mécanisme de conduction.

Cette forme de ventre bruitée possède un comportement dicilement prévisible. En eet, celui-ci peut apparaître à l'état neuf au bout de quelques mesures. La gure 2.32 présente deux mesures successives sur un composant neuf. La deuxième mesure montre l'apparition du phénomène, qui s'accompagne par une modication visible de la partie thermoïonique. L'amplitude du phénomène n'est pas reproductible, comme le présente la gure 2.33 avec plusieurs mesures successives sur le même composant après apparition du belly-shape.

Figure 2.30  Présence du belly-shape sur un composant neuf

Figure 2.31  Schéma du phéno-mène physique proposé [138].

Figure 2.32  Apparition du belly-shape après une deuxième mesure sur un composant neuf.

Figure 2.33  Mesures successives sur le même composant.

An de tenter d'obtenir une bonne extraction de la partie thermoïonique des composants, des mesures sous illumination UV ont été eectuées sur un transistor décapsulé. L'énergie apportée par les photons UV permettra aux électrons de revenir dans la bande de conduction pour participer à la conduction thermoïonique. Bien entendu, les phénomènes de photo-génération seront aussi présents et peuvent apporter un biais sur l'exploitation des données. La gure 2.34 présente la caractéristique de diode en inverse sous illumination UV. Le courant de grille est signicativement réduit par les UV, malgré les eets de photogénération. Cela permet de donner une idée de l'étendue de l'impact du belly-shape (ainsi que celui des autres phénomènes liés aux pièges) sur la caractéristique de diode du composant. Le courant

de fuite inverse diminue de 2.04 µA/mm à 1.46 µA/mm, pour T=15°C. En eet, les pièges ne pourront plus participer à la conduction parasite, les électrons étant constamment dépiégés. En direct (gure2.35), le belly-shape est complètement absent sous illumination UV, pour la même raison qu'en inverse. Le courant dans la zone thermoïonique a de plus augmenté pour se rapprocher de la première mesure eectuée sur le composant.

Figure 2.34  Caractéristique de diode en inverse avec et sans illumi-nation UV.

Figure 2.35  Caractéristique de diode en direct avec et sans illumi-nation UV.

Lorsque l'on compare la toute première mesure sur le composant (sans phénomène para-site) à l'une des mesures successives (où le belly-shape apparaît) avec la courbe sous UV (gure

2.36), on s'aperçoit que la hauteur de barrière ne varie presque pas entre chaque courbe. Ce-pendant, le coecient d'idéalité augmente de 1.36 à 1.41 lorsque le belly-shape apparait. En eet, il est communément observé que ce courant de fuite induit une augmentation de ce coef-cient. Sous illumination UV, la partie basse de la courbe (VG<0.4 V) ne correspond pas à la première mesure, probablement à cause des phénomènes de photo-génération. Néanmoins, le coecient d'idéalité extrait se rapproche beaucoup du paramètre extrait lors de la première mesure. Ceci conrme l'impact du belly-shape sur le coecient d'idéalité. La mesure sous éclairage UV ne permet pas de revenir à la première mesure. Ceci peut s'expliquer en partie par les eets de photo-génération. De plus, il est possible que quelques endroits du composant ne sont pas atteints par les UV (ponts de source, eld-plate).

La mesure de diode sous UV permet de revenir à un coecient d'idéalité proche de la caractéristique intrinsèque sans phénomène parasite apparent. Cependant, dans une métho-dologie de vieillissement, il n'est pas possible de décapsuler le composant pour faire des mesures sous UV. Ce type de mesure sera donc seulement possible en n de vieillissement, pour corréler les mesures sous UV aux mesures à t0 dans le cas où le belly shape n'est pas

Figure 2.36  Extraction des paramètres thermoïoniques sur deux mesures (avant et après l'apparition du belly-shape) puis sur la mesure sous illumination UV.

apparu dès la première mesure.

Le belly-shape provenant des pièges, la grille d'un composant a été caractérisée dans deux sens de mesure an de mettre en évidence un éventuel caractère d'hystérésis sur la courbe en direct (gure2.37). Tout d'abord, la zone thermoïonique n'est pas impactée par le sens de mesure. La tension aux bornes de la diode grille-source est susante pour masquer le phénomène, les électrons ayant plus de facilité à passer la barrière abaissée par VGS. Ensuite, l'amplitude du belly-shape semble globalement supérieure dans le sens VGS décroissant. Les centres de génération-recombinaison étant excités par la tension positive, l'amplitude du belly shape sera donc augmentée.

An d'observer l'évolution du belly-shape en vieillissement, la mesure sera eectuée dans le sens décroissant : la zone thermoïonique n'est pas impactée par rapport au sens de mesure croissant et l'amplitude du courant de fuites sera globalement plus élevée.

An d'aller plus loin, des mesures de diode ont aussi été eectuées en mode grille-drain (la source étant en l'air) sur un composant présentant du belly-shape. La bonne reproductibilité en direct par rapport à une mesure grille-source (gure2.38) permet d'écarter la possibilité d'un phénomène de conduction assisté par pièges le long de la surface entre la passivation et la couche d'AlGaN. En eet, la longueur LGD étant plus grande que LGS, un éventuel courant de surface serait plus visible en mode grille-source qu'en mode grille-drain.

grille-0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 I g ( A / m m ) Vg (V) A15, 50°C, #1, 1V->0V A15, 50°C, #2, 1V->0V A15, 50°C, #3, 1V->0V A15, 50°C, #4, 1V->0V A15, 50°C, #5, 0V->1V A15, 50°C, #6, 0V->1V A15, 50°C, #7, 0V->1V A15, 50°C, avec UV

Figure 2.37  Eet du sens de mesure sur le belly-shape.

0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1E-12 1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 1E-4 1E-3 0,01 I G S ( A / m m ) V GS (V) diode grille-source diode grille-drain

Figure 2.38  Mesure de diode en mode grille-source et en mode grille-drain, la jonction étant polarisée en direct.

source (gure2.39). Le décalage de la tension d'inversion est plus visible en mode grille-source qu'en mode grille-drain. Il est donc possible que la densité de charges écrantant la tension de grille soit située proche du contact de source.

Ces mesures de diode permettent de mettre en lumière les propriétés générales de la jonction Schottky du GH50. La hauteur de barrière moyenne 0.87 eV à 25°C (comparable à la littérature) tandis que le coecient d'idéalité est assez élevé (moyenne de 1.47 à 25°C).

-14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0 1E-13 1E-12 1E-11 1E-10 1E-9 1E-8 1E-7 1E-6 1E-5 I G S ( A / m m ) V GS (V) diode grille-source diode grille-drain

Figure 2.39  Mesure de diode en mode grille-source et en mode grille-drain, la jonction étant polarisée en inverse.

Le contact est inhomogène sur la surface totale de la diode, puisque le coecient d'idéalité est lié à la hauteur de barrière par une relation linéaire (obtenue partir de mesures I-V-T). La tension d'inversion entre les caractéristiques directe et inverse est décalée d'environ 0.6V. Il existe donc une densité de charge qui écrante le champ électrique local à l'intérieur de la jonction. Ces charges sont probablement situées sous la grille.

Sur certains composants, le phénomène de belly shape est visible. Ce courant de fuites assisté par pièges présente les mêmes caractéristiques en mode grille-source et grille-drain : augmentation du courant sous une certaine tension de grille (environ 0.6V) et augmentation du coecient d'idéalité apparent. Le courant parasite n'est donc pas surfacique : LGD et LGS

sont diérents, les courants le seraient donc aussi puisque les courants surfaciques dépendent fortement de la distance à parcourir [125]. Cela concorde avec la littérature quant à un phénomène assisté par pièges situés sur les coins de grille. En éclairant le composant au rayonnement UV an de dépiéger les charges, le courant parasite disparaît et le coecient d'idéalité apparent se rapproche de sa valeur initiale (avant apparition du phénomène).