Catherine NGOM a soutenu sa thèse sur les composants semiconducteurs avancés

Le 7 décembre 2021, Catherine NGOM a soutenu sa thèse à l’Ecole Doctorale IES de Montpellier. Son travail a été supervisé par l’Institut d’Electronique et des Systèmes (IES) de l’Université de Montpellier, en collaboration avec le Département Systèmes d’Energie, Fiabilité et Radiations et l’IRT Saint Exupéry.

Après avoir remporté les Prix du Meilleur Article de la Conférence et de la Meilleure Présentation Orale Etudiante à la Conférence RADECS 2020, Catherine, Doctorante du Lot 2 du Projet FELINE et du Laboratoire IES Montpellier, passe un nouveau cap avec une soutenance de thèse sur les composants semiconducteurs avancés.

SUJET DE THESE

« Développement d’une méthodologie par rayons X et laser impulsionnel pour l’évaluation des effets des radiations sur les composants semiconducteurs avancés« 

Abstract

Les nouvelles technologies de dispositifs de puissance basées sur des semiconducteurs à large bande interdite, constituent une alternative intéressante aux technologies silicium pour de nombreuses applications en raison de leur efficacité de conversion, en particulier dans le contexte de la transition énergétique. Les composants de type HEMT (High Electron Mobility Transistor) basés sur l’hétérojonction AlGaN/GaN sont particulièrement prometteurs pour des applications dans les domaines du spatial, de l’aéronautique et de l’automobile.

Cependant, les dispositifs et systèmes électroniques exposés aux rayonnements de l’environnement radiatif naturel (ERN) sont susceptibles de subir différents types de défaillances induites par les effets d’évènements uniques, ou les effets cumulatifs du rayonnement. L’évaluation des effets destructeurs du rayonnement est conventionnellement réalisée par des tests de faisceaux de particules.

Dans cette thèse, nous avons étudié la possibilité d’utiliser deux techniques de test complémentaires pour évaluer la sensibilité des dispositifs commerciaux HEMT GaN aux effets uniques des radiations. La première technique, bien connue pour les technologies Silicium, consiste à reproduire l’injection de charge transitoire et localisée d’une particule par l’absorption photoélectrique d’une impulsion laser. La seconde technique, plus récente, consiste à utiliser un faisceau de rayons X focalisés. Un état de l’art des effets des radiations sur les technologies GaN est d’abord présenté. Les dispositifs qui nous intéressent dans notre étude sont ensuite détaillés, caractérisés, et l’un d’entre eux est modélisé physiquement par éléments finis (TCAD).

La technique de test par faisceau laser est ensuite adaptée aux spécificités des dispositifs en GaN sur substrat Si. Une modélisation de l’absorption multiphotonique exploitée est proposée, et les premiers résultats expérimentaux d’injection de charges « backside » dans ce type de composant par absorption 3-photonique sont montrés. Ces derniers font preuve de la capacité du test laser à induire des évènements non-destructifs et destructifs dans ces dispositifs, avec une excellente résolution spatiale permettant d’envisager l’analyse de la collecte de charges et des mécanismes de défaillance dans ces composants.

La technique de test par faisceau de rayons X focalisé, est d’abord explorée par modélisation à l’aide de GEANT4*. Les résultats d’une première campagne expérimentale menée à l’ESRF sont présentés, y compris l’observation d’un évènement destructeur. Ils permettent d’identifier les possibilités et les limites actuelles de la technique.

Enfin, les résultats précédents sont comparés aux résultats des tests d’ions lourds. Cette comparaison met en évidence les points de convergence et les différences propres à chaque technique. Une méthodologie pour choisir la technique de test la plus appropriée, en fonction des attentes, est proposée et des perspectives de travail sont identifiées pour poursuivre la maturation des techniques complémentaires étudiées.

*GEANT4 : « framework logiciel pour la simulation de passage d eparticules à travers la matière » – Plus d’informations sur le site web GEANT4

Publications scientifiques

Publiées :

  • C. Ngom, V. Pouget, M. Zerarka, F. Coccetti, A. Touboul, M. Matmat, O. Crepel, S. Jonathas, and G. Bascoul 2021. Backside Laser Testing of Single-Event Effects in GaN-on-Si Power HEMTs – IEEE Transaction Nuclear Science, vol. 68, no. 8, pp. 1642–1650. Plus d’informations ici
  • C. Ngom, V. Pouget, M. Zerarka, F. Coccetti, O. Crepel, A. Touboul, and M. Matmat 2021. Modelling of charge injection by multi-photon absorption in GaN-on-Si HEMTs for SEE testing – Microelectronics Reliability, page 114339. Plus d’informations ici

En attente de publication :

  • C. Ngom, V. Pouget, M. Zerarka, F. Coccetti, A. Touboul, M. Matmat, and O. Crepel. Laser-induced Transients in a GaN-on-Si Power HEMT using Si-SPA Optical Parameters. Proceedings of the 2021 European Conference on Radiation and its Effects on Components and Systems (RADECS).


DIRECTEURS DE THESE ET ENCADRANTS
Antoine TOUBOULDirecteur de ThèseIES CNRS, Montpellier
Fabio COCCETTICo-Directeur de ThèseIRT Saint Exupéry, Toulouse
Vincent POUGETCo-EncadrantIES CNRS, Montpellier
Moustafa ZERARKACo-EncadrantIRT Saint Exupéry, Toulouse
JURY
Fabio COCCETTICo-Directeur de ThèseIRT Saint Exupéry, Toulouse
Vincent POUGETCo-EncadrantIES CNRS, Montpellier
Moustafa ZERARKACo-EncadrantIRT Saint Exupéry, Toulouse
Nathalie MALBERTRapporteuseIMS University, Bordeaux
Patrick AUSTINRapporteurLAAS University, Toulouse
Frédéric WROBELExaminateurIES University, Montpellier
Françoise BEZERRAExaminatriceCNES, Toulouse
Frédéric SAIGNEExaminateurIES University, Montpellier
Cécile WEULERSSEInvitéeAirbus, Toulouse
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