Un transistor Mosfet à déplétion profonde pour l'électronique de puissance
Publié par Redbran le 23/08/2018 à 12:00
Source: CNRS-INSIS
Le laboratoire Laplace et l'Institut Néel ont réalisé ensemble un transistor Mosfet en diamant dopé au bore qui bénéficie d'une grande stabilité à l'état bloqué et d'une faible résistance à l'état passant. Ces résultats, qui préfigurent une nouvelle génération de composants pour l'électronique de puissance (L'électronique de puissance est l'une des branches de l'électrotechnique, elle concerne les dispositifs (convertisseurs) permettant de changer la forme de l'énergie...), ont été publiés dans la revue Applied Physics Letters.


Gauche: Image microscope optique de capacités Métal-Oxyde-Diamant et de transistors Mosfet (Le MOSFET, acronyme anglais de Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor, en français Transistor à Effet de Champ (à grille) Métal-Oxyde, est un type de transistor à effet de champ. Comme tous les...) à déplétion (Le terme déplétion peut faire référence à :) profonde en diamant (Le diamant est un minéral composé de carbone (tout comme le graphite et la lonsdaléite), dont il représente l'allotrope de haute pression, qui cristallise dans le...) . En haut à droite: Image microscope électronique à balayage de Mosfet en diamant lors de la caractérisation électrique. S: Source, G: Grille ( Un grille-pain est un petit appareil électroménager. Une grille écran est un élément du tube de télévision. Une grille d'arrêt est un élément du tube de télévision. Une...), D: Drain ( Drain est une commune française de Maine-et-Loire ; Drain est également un groupe de musique ; Le drain français est un outil du...). En bas à droite: Concept des transistors Mosfet à déplétion profonde. L'état passant est assuré grâce au régime d'accumulation de trous sous la grille ou au régime de bandes plates ("flat band") et l'état bloqué est assuré grâce au régime stable de déplétion profonde ("deep depletion").

Le diamant monocristallin est un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base...) semiconducteur bien adapté à l'électronique de puissance (Le mot puissance est employé dans plusieurs domaines avec une signification particulière :), en raison de ses propriétés électriques et thermiques: tenue en tension (La tension est une force d'extension.), fonctionnement à haute température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux sensations de froid et de chaud, provenant du...), réduction des pertes dissipées dans les composants. Mais la réalisation de transistors à base de diamant bute sur des difficultés physiques et technologiques. Des chercheurs du Laboratoire plasma ( En physique, le plasma décrit un état de la matière constitué de particules chargées (d'ions et d'électrons). Le plasma quark-gluon est un plasma qui constituerait les grandes étoiles à neutrons avant qu'elles ne s'effondrent en trou...) et conversion d'énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la chaleur, de la lumière, de produire un mouvement.) (Laplace, CNRS/université de Toulouse/INP Toulouse) et de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter...) Néel (CNRS), en collaboration avec les universités de Cambridge (UK) et Tsukuba (Japon) et le laboratoire de Génie électrique de Grenoble (G2Elab, CNRS/université Grenoble Alpes), ont conçu et fabriqué ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection d’objets (les éléments de l'ensemble), « une...) un transistor Mosfet en diamant dopé au bore (Le bore est un élément chimique de symbole B et de numéro atomique 5.) qui, en utilisant le régime de déplétion profonde, donne un état bloqué stable, même à haute température, et une faible résistance à l'état passant.

Sous un champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées électriquement.) appliqué via un empilement Métal-Oxyde-Semiconducteur, le diamant, contrairement au silicium (Le silicium est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole Si et de numéro atomique 14.), accepte une déplétion profonde (la modification de la répartition des porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) sous l'oxyde), sans qu'il se crée un régime d'inversion qui empêcherait d'obtenir un état bloqué du transistor. Les chercheurs ont réalisé leur transistor Mosfet en déposant une couche d'Al2O3 sur la couche de diamant monocristallin dopé au bore (pour créer les porteurs de charges: des trous chargés +). La mise au point (Graphie) des étapes technologiques de fabrication a permis la maîtrise (La maîtrise est un grade ou un diplôme universitaire correspondant au grade ou titre de « maître ». Il existe dans plusieurs pays et correspond à...) du dopage et de la croissance du diamant, ainsi que le contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) de l'interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour...) entre l'oxyde (Un oxyde est un composé de l'oxygène avec un élément moins électronégatif, c'est-à-dire tous sauf le fluor. Oxyde désigne également l'ion oxyde O2-.) et le diamant, qui joue (La joue est la partie du visage qui recouvre la cavité buccale, fermée par les mâchoires. On appelle aussi joue le muscle qui sert principalement à ouvrir et fermer la bouche et à...) un rôle clé dans les performances du transistor.

Un brevet européen a été déposé, qui porte sur l'application du concept physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique...) et des architectures de transistors. La start-up DiamFab, issue de l'Institut Néel et en incubation (L'incubation est la période pendant laquelle les ovules sont couvés, de manière à les maintenir au chaud et à permettre le développement de l'embryon.) à Grenoble doit fabriquer les couches de diamant dopé permettant la réalisation de transistors Mosfet. Les chercheurs poursuivent les recherches pour améliorer les performances des transistors Mosfet en diamant. Ils s'attachent à optimiser l'architecture (Architectures est une série documentaire proposée par Frédéric Campain et Richard Copans, diffusé sur Arte depuis 1995.) du transistor en fonction des contraintes spécifiques de l'application visée: haute tension, haute température, électronique embarquée, etc.

Références publication:
Deep depletion concept for diamond MOSFET,
T. T. Pham, N. Rouger, C. Masante, G. Chicot, F. Udrea, D. Eon, E. Gheeraert, et J. Pernot
Appl. Phys. Lett. 111, 173503 (2017)
DOI: https://doi.org/10.1063/1.4997975

Comprehensive electrical analysis of metal/Al2O3/O-terminated diamond capacitance,
T. T. Pham, A. Maréchal, P. Muret, D. Eon, E. Gheeraert, N. Rouger and J. Pernot
Journal of Applied Physics 123, 161523 (2018)
DOI: https://doi.org/10.1063/1.4996114

Deep-Depletion Mode Boron-Doped Monocrystalline Diamond Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor,
T.-Toan Pham, J. Pernot, G. Perez, D. Eon, E. Gheeraert, N. Rouger
Electron Device Letters Volume (Le volume, en sciences physiques ou mathématiques, est une grandeur qui mesure l'extension d'un objet ou d'une partie de l'espace.): 38 Issue: 11 (2017)
DOI: 10.1109/LED.2017.2755718

Contacts chercheurs:
Nicolas Rouger - Laplace
Julien Pernot - Institut Néel
Page générée en 1.026 seconde(s) - site hébergé chez Amen
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique