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Développement de substrats innovants (de Ga2O3 transféré sur SiC) pour l’électronique de puissance

Défis technologiques Electronique et microélectronique - Optoélectronique Matériaux et procédés émergents pour les nanotechnologies et la microélectronique Sciences pour l’ingénieur

Résumé du sujet

Améliorer l'efficacité des dispositifs de conversion d'énergie est un objectif majeur pour de nombreuses organisations internationales [1]. Les industries de l’électronique de puissance réalisent actuellement d'importants efforts de développement pour atteindre ces objectifs. En particulier, les récents progrès technologiques obtenus sur le carbure de silicium (SiC) montrent des architectures de substrats innovantes (film de SiC monocristallin transféré sur SiC polycristallin) sont très prometteuses industriellement [2-4]. Ces substrats permettent d'obtenir de meilleures performances tout en réduisant simultanément les impacts environnementaux. Avec ce sujet de thèse, nous proposons d'explorer de nouvelles frontières au-delà de ces développements récents, en étudiant un matériau encore très récent dans le domaine de l’électronique de puissance : l’oxyde de gallium (Ga2O3).
Les objectifs de recherche de ce sujet consistent à développer un substrat comportant une fine couche de Ga2O3 transférée sur un support en SiC polycristallin à l'aide de la technologie Smart Cut™ [5]. Cette architecture permettra de tirer parti de la forte valeur de la largeur de bande interdite et du fort champ électrique au claquage du matériau Ga2O3 tout en compensant sa faible conductivité thermique par celle du SiC. Des simulations numériques seront réalisées pour étudier les mécanismes de conduction électrique et thermique à travers l'interface Ga2O3/SiC. Parallèlement, la fabrication technologique de substrats bicouches sera mise au point en salle blanche afin, in fine, de pouvoir caractériser les performances électriques et thermiques d'une telle hétérostructure. Des caractérisations physico-chimiques avancées (imagerie TEM, Raman, SIMS, XRD…) seront utilisées pour compléter l’étude matériau d’une tel empilement.
[1] European Commission, Energy, Climate change, Environment, 2022. [Online]. Available: https://energy.ec.europa.eu/topics/energy-efficiency/energy-efficiency-targets-directive-and-rules_en
[2] S. Rouchier et al., Materials Science Forum, vol. 1062, pp. 131–135, 2022, doi: 10.4028/p-mxxdef.
[3] O. Bonnin, E. Guiot, and W. Schwarzenbach, Coumpound Semiconductor Issue, vol. 27, no. VI pp. 18-22, 2021. [Online]. Available: https://compoundsemiconductor.net/magazine#y2021
[4] G. Gelineau et al., Materials Science Forum, vol. 1089, pp. 71–79, 2023, doi: 10.4028/p-026sj4.
[5] M. Bruel and B. A. Auberton-Hervé, Jpn. J. Appl. Phys., vol. 36, no. 3S, p. 1636, 1997, doi: 10.1143/JJAP.36.1636.

Laboratoire

Département Composants Silicium (LETI)
Service Intégrations et Technologies pour les conversions d'énergies
Laboratoire Intégration et Transfert de Film
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