Electronique Haute Fréquence

Les composants électroniques à base de GaN constituent un élément essentiel pour le développement des télécommunications sans fils à haut débit. En effet, la combinaison de champs de claquage élevés (environ 4MV/cm) et de propriétés de transport telles que la mobilité et la vitesse élevées des électrons dans GaN permettent d’envisager des applications à hautes fréquences (plusieurs GigaHertz), notamment pour les émetteurs des stations de base. Dans ce contexte, le CRHEA développe l’épitaxie d’hétérostructures HEMTs (High Electron Mobility Transistors) Al(Ga)N/GaN sur différents substrats (Si, SiC, Saphir, GaN, AlN…). Parmi ces substrats, le Silicium est celui qui concentre le plus les efforts en raison des perspectives de développements industriels offertes à grande échelle.

Images et graphiques présentant des transistors fabriqués sur une structure HEMT
Figure 1. Transistors à grille sub-micronique pour applications hyperfréquences

Pour en réduire les coûts de fabrication, les systèmes de télécommunications sans fils nécessitent des amplificateurs capables de délivrer de grandes densités de puissance à des fréquences élevées. Des densités de puissance pouvant dépasser 3 W/mm à 40 GHz ont pu être montrées. De plus, des pertes de propagation aussi faibles que 0,3 dB/mm à 40 GHz permettent d’envisager la fabrication de circuits monolithiques (MMICs) performants. Dans ce contexte, le projet ANR ASTRID GoSiMP a été consacré à l’étude de la croissance MOCVD de structures HEMTs GaN sur Silicium.

Images et graphiques présentant des transistors fabriqués sur une structure HEMT
Figure 2. Puissances de sortie obtenues à 40 GHz avec des transistors fabriqués sur des structures HEMTs épitaxiées sur Silicium. Pertes de propagation des ondes hyperfréquences dans des guides coplanaires fabriqués sur les couches tampon des structures HEMTs (1)(2). Collaboration IEMN.

Principales collaborations

IEMN, LN2, GREMAN, NOVASiC, EasyGaN

Références :

  1. Al(Ga)N/GaN high electron mobility transistors on silicon
  2. Influence of AlN Growth Temperature on the Electrical Properties of Buffer Layers for GaN HEMTs on Silicon
  3. MOVPE growth of buffer layers on 3C-SiC/Si(111) templates for AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors with low RF losses, Phys. Status Solidi A,2020, 1900760
  4. Electrical activity at the AlN/Si Interface: identifying the main origin of propagation losses in GaN-on-Si devices at microwave frequencies, Scientific Reports, (2020) 10, 14166.

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