SYMPOSIUM DE GENIE ELECTRIQUE (SGE 2018), 3-5 JUILLET 2018, NANCY, FRANCE Variation de la résistance de contact métal/semi- conducteur dans une structure HEMT GaN sous illumination UV Dany HACHEM 1 , David TRÉMOUILLES 1 , Frédéric MORANCHO 1 , Gaëtan TOULON 2 1 LAAS-CNRS, Université de Toulouse, CNRS, UPS, Toulouse, France 2 EXAGaN, 38040 Grenoble Cedex 9 (France) RESUME – Malgré la potentialité des composants de puissance HEMT en nitrure de gallium dans le domaine de l’électronique de puissance, de nombreux problèmes de fiabilité limitent encore les performances électriques théoriquement atteignables et nécessitent donc un effort d’analyse et de compréhension. La caractérisation de la résistance à l’état passant de ces transistors est nécessaire pour comprendre la dynamique de certains phénomènes tels que le piégeage. La dégradation de cette résistance a été toujours attribuée au piégeage dans le canal 2DEG, sans tenir compte des contributions possibles des contacts source et drain (métal/semi-conducteur). Dans ce travail, des mesures de résistance, avec et sans illumination UV, sont effectuées sur deux options technologiques différentes pour mettre en évidence l’effet de l’illumination sur les résistances de contact de certains procédés technologiques. Mots-clés — HEMT, GaN, piégeage, résistance à l’état passant, contact métal/semi-conducteur, TLM, illumination UV. 1. INTRODUCTION Les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) à base de nitrure de gallium (GaN) sont des dispositifs très prometteurs pour les applications de puissance grâce aux excellentes propriétés de ce matériau (champ électrique critique élevé, mobilité élevée des électrons dans le canal bidimensionnel (2DEG) et température de fonctionnement maximale élevée) qui permettraient d'obtenir des interrupteurs haute tension, haute température, haute fréquence et faibles pertes [1]. Par contre, certains phénomènes restent obscurs notamment les problèmes de piégeage qui affectent la dynamique de la résistance à l’état passant du composant et nécessitent encore un effort d’analyse et de compréhension. Les phénomènes de piégeages peuvent être révélés par une excitation lumineuse ou électrique [2]. Il a été montré que sous l'éclairage UV, la conductivité du 2DEG dans les HEMTs AlGaN/GaN augmente et un changement dans le courant de drain peut être observé en fonction de l’illumination. Plusieurs études [3,4] ont lié l'augmentation de la conductance du canal 2DEG au changement de l'état de charge au niveau de la surface. D’autres recherches [4,5] ont considéré l'absorption dans la couche buffer de GaN, mais les mécanismes de transport de trous photo-générés dans cette région ne sont pas expliqués. De plus, il a été montré que l'absorption de photons UV ayant une énergie supérieure à la bande interdite de l’AlGaN et le gain résultant est due à la génération de « photovoltages » (séparation électrons-trous) entre la surface et le canal et l'interface buffer/substrat et le canal [6]. À notre connaissance, tous les articles publiés, qui traitent de l’évolution dynamique de la résistance à l’état passant, se contentent d’expliquer l’effet en considérant seulement la variation de résistance du canal 2DEG et en négligeant l’effet de la résistance des contacts source et drain (S/D). Dans ce travail, nous étudions les phénomènes de piégeage sous excitation UV en considérant à la fois la résistance du canal 2DEG et les résistances de contact S/D. Dans ce but, nous proposons une méthode de mesure TLM « Transmission Line Method » pour caractériser la contribution des contacts S/D. Dans un premier temps, nous rappelons les principes de la méthode TLM. Ensuite, nous expliquons le choix de la longueur d’onde utilisée durant nos mesures. Nous développons ainsi la méthode d’extraction de la résistance de contact à partir de la caractérisation électrique. Les mesures des résistances ont été effectuées dans l’obscurité et sous illumination UV sur deux options technologiques différentes. 2. CARACTERISATION DES CONTACTS PAR LA METHODE TLM La méthode TLM est une méthode de caractérisation des résistances spécifiques de contact métal/semi-conducteur [7]. La Figure 1 schématise un motif de test TLM droit isolé. Ce motif est composé de plusieurs contacts métal/semi-conducteur de mêmes dimensions mais espacés de différentes distances. De plus, la Figure 1 montre la modélisation de la résistance mesurée entre deux contacts consécutifs. Fig. 1. Coupe schématique d’un motif de caractérisation TLM droit et modélisation de la résistance mesurée entre deux contacts consécutifs. Nous considérons ici que cette résistance (notée R T ) est la somme des résistances des deux contacts (supposées égales et notées R C ) et de la résistance du canal 2DEG confiné entre les deux semi-conducteurs (notée R SH ).