Thèse Transistors à Superjonction à Base de Gan Nanofils pour l'Électronique de Puissance H/F

Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université Paris-Saclay GS Sciences de l'ingénierie et des systèmes École doctorale : Electrical, Optical, Bio-physics and Engineering Laboratoire de recherche : Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies Direction de la thèse : Noëlle LEBEAU GOGNEAU ORCID 0000000248811617 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59 Les dispositifs GaN offrent des alternatives intéressantes aux technologies existantes à base de silicium pour répondre à la demande croissante des dispositifs électroniques à haute puissance. Ce matériau à large bande interdite contribue à améliorer la tension de claquage des dispositifs et à réduire la résistance à l'état passant, par rapport aux dispositifs traditionnels à base de silicium. Cependant, leurs performances actuelles restent limitées. Pour les surmonter, nous proposons, au sein d'un projet ANR France-Canada une nouvelle approche technologique basée sur une architecture de transistor innovante intégrant une Super Jonction (SJ) tridimensionnelle (3D) au coeur de nanofils (NF) de GaN. A l'inverse des structures bidimensionnelles, cette approche exploite une configuration coeur-coquille, dans laquelle un NF coeur de GaN dopé de type n (n-GaN) est entouré par une coquille de GaN dopée de type p (p-GaN). En combinant une structure SJ avec une architecture NF, ce projet vise à atteindre des performances optimales : 1) faible RON grâce à la mobilité élevée des porteurs dans les nanofils ; 2) tension de claquage élevée rendue possible par la structure SJ ; et 3) efficacité énergétique améliorée, essentielle pour les applications de puissance.
L'objectif de la thèse est de développer la croissance par épitaxie des nanofils de GaN et réaliser la fabrication des transistors verticaux. Pour cela, le doctorant / la doctorante participera à la croissance et à la caractérisation des propriétés structurelles et électriques des jonctions n+/p/n à nanofils de GaN au sein du C2N (France) et réalisera la fabrication des transistors verticaux au sein du LN2 (Canada). Il/Elle assistera aux caractérisations de ses systèmes faites chez les partenaires du projet (France). Cette thèse sera réalisée en cotutelle entre la France (Université Paris-Saclay) et le Canada (Université de Sherbrooke). Les dispositifs GaN offrent des alternatives intéressantes aux technologies existantes à base de silicium pour répondre à la demande croissante des dispositifs électroniques à haute puissance. Ce matériau à large bande interdite contribue à améliorer la tension de claquage des dispositifs et à réduire la résistance à l'état passant, par rapport aux dispositifs traditionnels à base de silicium. Cependant, leurs performances actuelles restent limitées. Pour les surmonter, nous proposons, au sein d'un projet ANR France-Canada une nouvelle approche technologique basée sur une architecture de transistor innovante intégrant une Super Jonction (SJ) tridimensionnelle (3D) au coeur de nanofils (NF) de GaN. A l'inverse des structures bidimensionnelles, cette approche exploite une configuration coeur-coquille, dans laquelle un NF coeur de GaN dopé de type n (n-GaN) est entouré par une coquille de GaN dopée de type p (p-GaN). En combinant une structure SJ avec une architecture NF, ce projet vise à atteindre des performances optimales : 1) faible RON grâce à la mobilité élevée des porteurs dans les nanofils ; 2) tension de claquage élevée rendue possible par la structure SJ ; et 3) efficacité énergétique améliorée, essentielle pour les applications de puissance.
La thèse entre dans le cadre du Projet ANR SuperJ-GaN « Super-Junction Transistors based on GaN
Nanowires for Power Electronics » regroupant un consortium de quatre laboratoires : le Centre de Nanosciences et de Nanotechnologies (C2N), le Laboratoire Nanotechnologies et Nanosystèmes (LN2), le Laboratoire des Technologies de la Microélectronique (LTM) et le Laboratoire Ampère.
Dans le cadre de la thèse, les travaux d'épitaxie et de micro-nano-fabrication seront respectivement réalisés au sein du C2N (Université Paris-Saclay, France) et du LN2 (université Sherbrooke, Canada), d'où une thèse en cotutelle. La thèse a pour objectif de fabriquer des transistors verticaux à base de nanofils de GaN. Pour cela, le travail couplera :
1) Un développement de la croissance par épitaxie et la caractérisation de nanofils de type coeur-coquille n+GaN/pGaN/nGaN avec un contrôle précis des épaisseurs et dopages. Cela implique de contrôler la croissance et notamment la croissance localisée des nanofils pour en contrôler précisément leurs dimensions et positionnement sur la surface afin de laisser la place nécessaire à la réalisation des transistors en seconde étape.
Des préstructures seront réalisées, jouant le rôle de modules de tests, dans le but de valider les concepts originaux de notre approche.
2) La réalisation du dispositif HEMT autour des nanofils. Les différentes étapes technologiques déjà établies seront optimisées, impliquant un travail en environnement salle blanche.
Les tests des dispositifs finaux seront réalisés au sein du consortium.