Microélectronique : du matériau à la défaillance

Responsable : Pascal Dherbecourt

Membres de l’équipe : O. Latry (PR), S. Duguay (MCF), D. Blavette (PR), P. Dherbecourt (MCF), E. Joubert (MCF), M. Masmoudi (MCF), J. Marcon (MCF), K. Mourgues (MCF), N. Moultif (MCF)

 

L’équipe oriente ses recherches suivants deux axes :

1. Etude des matériaux de la micro et nano-électronique

L’équipe a acquis depuis plus d’une dizaine d’année une solide expérience sur les matériaux de la micro et de la nano-électronique. En couplant analyses à l’échelle atomique (sonde atomique tomographique, microscopie électronique) et modélisation, nous relions les propriétés macroscopiques (électriques) de ces matériaux à leur structure atomique. Ainsi, les sujets abordés vont de la recherche fondamentale (ex : étude de la précipitation du bore dans du silicium implanté) à de la recherche industrielle (ex : Etude du dopage du collecteur dans les transistors bipolaires). Même si notre sujet d’étude reste principalement centré autour du silicium, nous avons également acquis une expérience sur les semiconducteurs à grand gap (SiC, GaN) utilisés dans des applications de puissance. Un lien est fait avec les problématiques de défaillance des composants étudiés dans le deuxième axe de l’équipe.

 

2. Défaillance de composants de la micro-électronique

Nos travaux suivent depuis plusieurs années une stratégie claire centrée sur l’étude de la fiabilité et l'analyse physique des défaillances des transistors de puissance de technologie grand gap. Les applications concernent à la fois les composants de découpe pour la conversion d'énergie DC-DC et également les composants de puissance radio fréquences de nouvelle génération pour les applications radar, 5G et IOT. Les efforts portent sur plusieurs fronts : le développement de bancs de vieillissement dédiés, la caractérisation électrique fine, la préparation des échantillons et la caractérisation microstructurale. Ces travaux sont réalisés à travers de nombreuses collaborations avec des partenaires industriels et des laboratoires académiques.

Les caractérisations électriques fines obtenues pendant les étapes de vieillissement réalisées sur nos bancs de mesure fournissent des données expérimentales permettant d’établir les modélisations du vieillissement de la technologie GaN notamment. L'objectif est de mieux comprendre les mécanismes de défaillance et l’origine des dégradations des performances des transistors.

Ces mesures électriques sont complétées par des étapes de localisation des défauts soit par microscopie à émission de photons ou par des mesures in-situ sur une portion du transistor (doigt ou cellule) dans un FIB instrumenté. Par ailleurs, l’EBIC (electron-beam induced-current) permet de lier les performances électriques des composants à leur structure à l’échelle atomique. Grâce à ces techniques de mesures, il est possible notamment de localiser l’origine des pièges. Notre objectif est de relever ces signatures électriques en adaptant nos techniques de mesures de piège à l’échelle nanométrique et de trouver la corrélation avec les analyses à l’échelle atomique (MET et Sonde atomique), le but ultime étant de mettre en évidence les impuretés à l’origine supposée des pièges.