Contribution à la modélisation non linéaire et l’optimisation des transistors à effet de champ à hétérojonction par des méthodes intelligentes.

Abstract

Les transistors à hétérostructures MOS-HEMT à base de nitrure type AlGaN/GaN apparaissent comme les meilleurs candidats pour les applications hyperfréquences, de puissance, et haut température. Dans ce travail, nous avons contribué au développement de la technologie des transistors à hétérojonction à base III-N à l’aide d’un simulateur TCAD Atlas-Silvaco qui nous permettra de simuler, prévoir la géométrie de la structure et analyser les défauts et les pièges présents dans la structure. On a conçu et optimisé grâce à des simulations numériques deux structures HEMT et MOSHEMT à base de AlGaN/GaN, dans l’objectif d’améliorer et d’accroitre leurs performances statiques (DC), dynamiques (RF) et de puissance hyperfréquence. Puis, on a décrit une modélisation électrique non linéaire du transistor MOS-HEMT en tenant compte des effets physiques. Finalement on a procédé à une étape d'optimisation des paramètres du modèle non linéaire par des méthodes intelligentes pour l’améliorer. La validation du modèle numérique et électrique est exposée par une comparaison aux mesures statiques DC et RF du transistor MOS-HEMT. La première structure est un transistor MOS-HEMT TiO2/AlGaN/GaN dont la grille est 60 nm de longueur. Il fonctionne en mode de désertion (normally on). La simulation de cette structure a donné un courant maximale de 632 mA, une transconductance maximale de 200 mS, une tension seuil de -3.6V et une concentration du gaz d’électrons bidimensionnels de 7,35 1012 cm-2 La deuxième structure du MOS-HEMT simulée sur le substrat 4H-SiC présente une grille en forme de T avec une longueur de grille de 10 nm et fonctionne en mode normally off (modeE) avec une tension seuil de 1.07 V. Les performances statiques et dynamiques sont meilleures : une densité de courant IDS de l’ordre de 2500 mA/mm, une transconductance maximale de 1438 mS/mm et un courant de grille relativement faible ont été obtenus. Une fréquence maximale d’oscillation de 758 GHz associée à une fréquence de coupure de 524 GHz ont été relevées. Ces améliorations démontrent les potentialités des MOS-HEMTs AlGaN/GaN. Cependant, les caractéristiques en puissance hyperfréquences présentent des densités de puissance autour de 1 W/mm. Enfin, Nous avons examiné l’influence de certains paramètres technologiques qui impactent les performances du transistor tels que la longueur de la grille et la distance grille/drain. L’effet de la température sur les caractéristiques électriques du transistor a été aussi traité.