Contribution aux analyses de fiabilité des transistors HEMTs GaN PDF Download
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Book Description
Dans la course aux développements des technologies, une révolution a été induite par l'apparition des technologies Nitrures depuis deux décennies. Ces technologies à grande bande interdite proposent en effet une combinaison unique tendant à améliorer les performances en puissance, en intégration et en bilan énergétique pour des applications hautes fréquences (bande L à bande Ka en production industrielle). Ces technologies mobilisent fortement les milieux académiques et industriels afin de proposer des améliorations notamment sur les aspects de fiabilité. Les larges efforts consentis par des consortiums industriels et académiques ont permis de mieux identifier, comprendre et maîtriser certains aspects majeurs limitant la fiabilité des composants, et ainsi favoriser la qualification de certaines filières. Cependant, la corrélation et l'analyse physique fine des mécanismes de dégradation suscite encore de nombreux questionnements, et il est indispensable de renforcer ces études par une approche d'analyse multi-outils. Nous proposons dans ce travail de thèse une stratégie d'analyse selon deux aspects majeurs. Le premier concerne la mise en œuvre d'un banc de stress qui autorise le suivi de nombreux marqueurs électriques statiques et dynamiques, sans modifier les conditions de connectiques des dispositifs sous test. Le second consiste à mettre en œuvre un modèle physique TCAD le plus représentatif de la technologie étudiée afin de calibrer le composant à différentes périodes du stress.Le premier chapitre est consacré à la présentation des principaux tests de fiabilité des HEMTs GaN, et des défauts électriques et/ou structuraux recensés dans la littérature ; il y est ainsi fait état de techniques dites non-invasives (c.-à-d. respectant l'intégrité fonctionnelle du composant sous test), et de techniques destructives (c.-à-d. n'autorisant pas de reprise de mesure). Le second chapitre présente le banc de stress à haute fréquence et thermique développé pour les besoins de cette étude ; l'adjonction d'un analyseur de réseau vectoriel commutant sur les quatre voies de tests permet de disposer de données dynamiques fréquentielles, afin d'interpréter les variations du modèle électrique petit-signal des modules sous test à différentes périodes du stress. [...].
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Dans la course aux développements des technologies, une révolution a été induite par l'apparition des technologies Nitrures depuis deux décennies. Ces technologies à grande bande interdite proposent en effet une combinaison unique tendant à améliorer les performances en puissance, en intégration et en bilan énergétique pour des applications hautes fréquences (bande L à bande Ka en production industrielle). Ces technologies mobilisent fortement les milieux académiques et industriels afin de proposer des améliorations notamment sur les aspects de fiabilité. Les larges efforts consentis par des consortiums industriels et académiques ont permis de mieux identifier, comprendre et maîtriser certains aspects majeurs limitant la fiabilité des composants, et ainsi favoriser la qualification de certaines filières. Cependant, la corrélation et l'analyse physique fine des mécanismes de dégradation suscite encore de nombreux questionnements, et il est indispensable de renforcer ces études par une approche d'analyse multi-outils. Nous proposons dans ce travail de thèse une stratégie d'analyse selon deux aspects majeurs. Le premier concerne la mise en œuvre d'un banc de stress qui autorise le suivi de nombreux marqueurs électriques statiques et dynamiques, sans modifier les conditions de connectiques des dispositifs sous test. Le second consiste à mettre en œuvre un modèle physique TCAD le plus représentatif de la technologie étudiée afin de calibrer le composant à différentes périodes du stress.Le premier chapitre est consacré à la présentation des principaux tests de fiabilité des HEMTs GaN, et des défauts électriques et/ou structuraux recensés dans la littérature ; il y est ainsi fait état de techniques dites non-invasives (c.-à-d. respectant l'intégrité fonctionnelle du composant sous test), et de techniques destructives (c.-à-d. n'autorisant pas de reprise de mesure). Le second chapitre présente le banc de stress à haute fréquence et thermique développé pour les besoins de cette étude ; l'adjonction d'un analyseur de réseau vectoriel commutant sur les quatre voies de tests permet de disposer de données dynamiques fréquentielles, afin d'interpréter les variations du modèle électrique petit-signal des modules sous test à différentes périodes du stress. [...].
Author: Abdelkhalak El Hami Publisher: Elsevier ISBN: 0081024231 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 305
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This second volume of a series dedicated to the reliability of high-power mechatronic systems focuses specifically on issues, testing and analysis in automotive and aerospace applications. In the search to improve industrial competitiveness, the development of methods and tools for the design of products is especially pertinent in the context of cost reduction. This book proposes new methods that simultaneously allow for a quicker design of future mechatronic devices in the automotive and aerospace industries while guaranteeing their increased reliability. The reliability of these critical elements is further validated digitally through new multi-physical and probabilistic models that could ultimately lead to new design standards and reliable forecasting. - Presents a methodological guide that demonstrates the reliability of fractured mechatronic components and devices - Includes numerical and statistical models to optimize the reliability of the product architecture - Develops a methodology to characterize critical elements at the earliest stage in their development
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Le développement intensif et rapide des dispositifs HEMT à base de nitrure de gallium a été largement favorisé par les qualités intrinsèques du matériau pour proposer des performances élevées (haute puissance, haute fréquence...) et pour autoriser un fonctionnement en environnement extrêmement sévère (fluctuations thermiques, brouillage, tenues aux radiations ionisantes...) par rapport aux technologies concurrentes plus traditionnelles (Si, GaAs...). À ce jour, les dispositifs HEMTs AlGaN/GaN sont considérés comme une alternative prometteuse pour remplacer la technologie GaAs, et se positionnent comme d'excellents candidats pour des applications d'électronique de puissance, pour les applications TVSAT, des stations de base terrestres et des systèmes radar à large bande de fréquence (bande L à W), et pour les applications civiles et militaires. Cependant, il reste à lever certains verrous concernant des problèmes de fiabilité de ces dispositifs, qui affectent la durée de vie élevée attendue ; l'amélioration de la robustesse de ces technologies reste une phase critique à étudier malgré les progrès déjà réalisés. Plusieurs paramètres de fabrication affectent la fiabilité, tels que la passivation de la surface, le plateau de champ, le procédé de dépôt de la grille. Il est bien connu que l'étude de la fiabilité est complexe et ne pourra jamais être totalement accomplie, cependant les limites escomptées pour une exploitation raisonnable des filières GaN laissent entrevoir la possibilité de réels progrès dans ce domaine pour assoir le positionnement de ces technologies vis à vis des solutions concurrentes. Ce manuscrit de thèse présente les outils de diagnostic et les procédures de mesures associées développés pour mieux comprendre les mécanismes de dégradation sous-jacents de ces dispositifs. Les mesures électriques DC et pulsées à différentes températures sont présentées en premier lieu. Pour obtenir des informations au niveau microscopique sur la fluctuation des porteurs et des défauts dans les zones actives et passives du dispositif, des mesures de bruit basse fréquence sont effectuées sur les courant de grille et de drain sous différentes configurations : la diode seule (drain en l'air) et le transistor en régime saturé. Une technique électro-optique, l'OBIRCh (Optical Beam Induced Resistance Change technique), est aussi appliquée sur les mêmes composants : cette technique apporte d'autres informations quant à l'intégrité du composant (fluctuations de courant), et vient corroborer nos hypothèses sur l'activation de mécanismes piezoélectriques dans les zones fortement polarisées du composant. Toutes ces techniques non-destructives permettent des analyses croisées. Un modèle original de la diode Schottky a été établi pour tenir compte de certains défauts d'homogénéité à l'intérieur du contact de grille à l'interface entre la diode Schottky et la couche semi-conductrice supérieure. D'autres résultats originaux ont été trouvés à partir des mesures de bruit basse fréquence concernant la localisation des défauts actifs et leur évolution suite à l'application d'un stress électrique et thermique (HTRB, HTOL, ...). Les analyses électriques (pulsées et transitoires) des phénomènes de retard à la commande (grille ou drain) sont partiellement corrélées aux analyses du bruit basse fréquences des courant de grille et de drain pour identifier les mécanismes sous-jacents de dégradations. Dernièrement, une ébauche de plan d'expérience (DOE) est proposée dans le cadre de notre travail, qui complètera celui mis en œuvre dans le cadre du projet ANR REAGAN impliquant tous les partenaires : des règles et des procédures expérimentales sont identifiées pour s'assurer que les données expérimentales sont fiables (i.e. reflètent statistiquement le comportement réel du dispositif).
Author: Serge Oktyabrsky Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 1441915478 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 451
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Fundamentals of III-V Semiconductor MOSFETs presents the fundamentals and current status of research of compound semiconductor metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFETs) that are envisioned as a future replacement of silicon in digital circuits. The material covered begins with a review of specific properties of III-V semiconductors and available technologies making them attractive to MOSFET technology, such as band-engineered heterostructures, effect of strain, nanoscale control during epitaxial growth. Due to the lack of thermodynamically stable native oxides on III-V's (such as SiO2 on Si), high-k oxides are the natural choice of dielectrics for III-V MOSFETs. The key challenge of the III-V MOSFET technology is a high-quality, thermodynamically stable gate dielectric that passivates the interface states, similar to SiO2 on Si. Several chapters give a detailed description of materials science and electronic behavior of various dielectrics and related interfaces, as well as physics of fabricated devices and MOSFET fabrication technologies. Topics also include recent progress and understanding of various materials systems; specific issues for electrical measurement of gate stacks and FETs with low and wide bandgap channels and high interface trap density; possible paths of integration of different semiconductor materials on Si platform.
Author: Joachim Piprek Publisher: Elsevier ISBN: 0080469787 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 296
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Optoelectronics has become an important part of our lives. Wherever light is used to transmit information, tiny semiconductor devices are needed to transfer electrical current into optical signals and vice versa. Examples include light emitting diodes in radios and other appliances, photodetectors in elevator doors and digital cameras, and laser diodes that transmit phone calls through glass fibers. Such optoelectronic devices take advantage of sophisticated interactions between electrons and light. Nanometer scale semiconductor structures are often at the heart of modern optoelectronic devices. Their shrinking size and increasing complexity make computer simulation an important tool to design better devices that meet ever rising perfomance requirements. The current need to apply advanced design software in optoelectronics follows the trend observed in the 1980's with simulation software for silicon devices. Today, software for technology computer-aided design (TCAD) and electronic design automation (EDA) represents a fundamental part of the silicon industry. In optoelectronics, advanced commercial device software has emerged recently and it is expected to play an increasingly important role in the near future. This book will enable students, device engineers, and researchers to more effectively use advanced design software in optoelectronics. - Provides fundamental knowledge in semiconductor physics and in electromagnetics, while helping to understand and use advanced device simulation software - Demonstrates the combination of measurements and simulations in order to obtain realistic results and provides data on all required material parameters - Gives deep insight into the physics of state-of-the-art devices and helps to design and analyze of modern optoelectronic devices
Author: Marius Bazu Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1119990009 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 372
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Failure analysis is the preferred method to investigate product or process reliability and to ensure optimum performance of electrical components and systems. The physics-of-failure approach is the only internationally accepted solution for continuously improving the reliability of materials, devices and processes. The models have been developed from the physical and chemical phenomena that are responsible for degradation or failure of electronic components and materials and now replace popular distribution models for failure mechanisms such as Weibull or lognormal. Reliability engineers need practical orientation around the complex procedures involved in failure analysis. This guide acts as a tool for all advanced techniques, their benefits and vital aspects of their use in a reliability programme. Using twelve complex case studies, the authors explain why failure analysis should be used with electronic components, when implementation is appropriate and methods for its successful use. Inside you will find detailed coverage on: a synergistic approach to failure modes and mechanisms, along with reliability physics and the failure analysis of materials, emphasizing the vital importance of cooperation between a product development team involved the reasons why failure analysis is an important tool for improving yield and reliability by corrective actions the design stage, highlighting the ‘concurrent engineering' approach and DfR (Design for Reliability) failure analysis during fabrication, covering reliability monitoring, process monitors and package reliability reliability resting after fabrication, including reliability assessment at this stage and corrective actions a large variety of methods, such as electrical methods, thermal methods, optical methods, electron microscopy, mechanical methods, X-Ray methods, spectroscopic, acoustical, and laser methods new challenges in reliability testing, such as its use in microsystems and nanostructures This practical yet comprehensive reference is useful for manufacturers and engineers involved in the design, fabrication and testing of electronic components, devices, ICs and electronic systems, as well as for users of components in complex systems wanting to discover the roots of the reliability flaws for their products.
Author: A. Christou Publisher: Springer Science & Business Media ISBN: 9400924828 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 571
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This publication is a compilation of papers presented at the Semiconductor Device Reliabi lity Workshop sponsored by the NATO International Scientific Exchange Program. The Workshop was held in Crete, Greece from June 4 to June 9, 1989. The objective of the Workshop was to review and to further explore advances in the field of semiconductor reliability through invited paper presentations and discussions. The technical emphasis was on quality assurance and reliability of optoelectronic and high speed semiconductor devices. The primary support for the meeting was provided by the Scientific Affairs Division of NATO. We are indebted to NATO for their support and to Dr. Craig Sinclair, who admin isters this program. The chapters of this book follow the format and order of the sessions of the meeting. Thirty-six papers were presented and discussed during the five-day Workshop. In addi tion, two panel sessions were held, with audience participation, where the particularly controversial topics of bum-in and reliability modeling and prediction methods were dis cussed. A brief review of these sessions is presented in this book.
Author: Abdelkhalak El Hami Publisher: ISTE Press - Elsevier ISBN: 1785481908 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 298
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Embedded Mechatronic Systems 2: Analysis of Failures, Modeling, Simulation and Optimization presents advances in research within the field of mechatronic systems, which integrates reliability into the design process. Providing many detailed examples, this book develops a characterization methodology for faults in mechatronic systems. It analyzes the multi-physical modeling of faults, revealing weaknesses in design and failure mechanisms. This development of meta-models enables us to simulate effects on the reliability of conditions of use and manufacture. Provides many detailed examples Develops a characterization methodology for faults in mechatronic systems Analyzes the multi-physical modeling of faults, revealing weaknesses in design and failure mechanisms
Author: Gaudenzio Meneghesso Publisher: Springer ISBN: 331977994X Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 242
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This book demonstrates to readers why Gallium Nitride (GaN) transistors have a superior performance as compared to the already mature Silicon technology. The new GaN-based transistors here described enable both high frequency and high efficiency power conversion, leading to smaller and more efficient power systems. Coverage includes i) GaN substrates and device physics; ii) innovative GaN -transistors structure (lateral and vertical); iii) reliability and robustness of GaN-power transistors; iv) impact of parasitic on GaN based power conversion, v) new power converter architectures and vi) GaN in switched mode power conversion. Provides single-source reference to Gallium Nitride (GaN)-based technologies, from the material level to circuit level, both for power conversions architectures and switched mode power amplifiers; Demonstrates how GaN is a superior technology for switching devices, enabling both high frequency, high efficiency and lower cost power conversion; Enables design of smaller, cheaper and more efficient power supplies.
Author: Alex Lidow Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1119594421 Category : Science Languages : en Pages : 470
Book Description
An up-to-date, practical guide on upgrading from silicon to GaN, and how to use GaN transistors in power conversion systems design This updated, third edition of a popular book on GaN transistors for efficient power conversion has been substantially expanded to keep students and practicing power conversion engineers ahead of the learning curve in GaN technology advancements. Acknowledging that GaN transistors are not one-to-one replacements for the current MOSFET technology, this book serves as a practical guide for understanding basic GaN transistor construction, characteristics, and applications. Included are discussions on the fundamental physics of these power semiconductors, layout, and other circuit design considerations, as well as specific application examples demonstrating design techniques when employing GaN devices. GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition brings key updates to the chapters of Driving GaN Transistors; Modeling, Simulation, and Measurement of GaN Transistors; DC-DC Power Conversion; Envelope Tracking; and Highly Resonant Wireless Energy Transfer. It also offers new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, and Lidar, and revises many others throughout. Written by leaders in the power semiconductor field and industry pioneers in GaN power transistor technology and applications Updated with 35% new material, including three new chapters on Thermal Management, Multilevel Converters, Wireless Power, and Lidar Features practical guidance on formulating specific circuit designs when constructing power conversion systems using GaN transistors A valuable resource for professional engineers, systems designers, and electrical engineering students who need to fully understand the state-of-the-art GaN Transistors for Efficient Power Conversion, 3rd Edition is an essential learning tool and reference guide that enables power conversion engineers to design energy-efficient, smaller, and more cost-effective products using GaN transistors.
Author: Damien Saugnon
Author: Damien Saugnon
Author: Abdelkhalak El Hami
Author: Serge Karboyan
Author: Serge Oktyabrsky
Author: Joachim Piprek
Author: Marius Bazu
Author: A. Christou
Author: Abdelkhalak El Hami
Author: Gaudenzio Meneghesso
Author: Alex Lidow