Passivation des matériaux III-N de type GaN

To meet demands for the development of new products in the fields of power electronic convertors for electric cars, solar panels, wind turbines, and new LED-based lightening technologies or RF components, research has focused on direct wide bandgap materials, including Gallium Nitride (GaN). GaN has attracted significant interest due to its exceptional properties for next-generation power electronic devices. With a high saturation velocity and a high operating voltage, GaN-based devices can operate at high frequency and with excellent efficiency, making GaN a material of choice in power applications. However, the development of III-N materials is still immature, especially in terms of quality control of the various interfaces within the devices. The presence of high density of interfaces states can be the cause of device malfunctions. Therefore, understanding and controlling the surface of GaN is a challenge for possible future industrial integration. Today, there is no suitable and effective standard surface preparation of GaN. In order to investigate this problem, this PhD project was carried out in a collaboration between CEA-LETI (Grenoble), LTM (Grenoble) and CP2M laboratories (Catalysis, Polymerisation, Process and Materials, Lyon). The main objectives of this project are, first, to understand the surface chemistry following various surface preparations, and second, to set up the configuration of surface bonds. Therefore, this PhD project focused on the preparation and characterisation of the extreme surface of GaN after various chemical and physical treatments.Pour répondre aux demandes de développement de nouveaux produits dans les domaines des convertisseurs électroniques de puissance pour les voitures électriques, des panneaux solaires, des éoliennes et des nouvelles technologies d'éclairage à base de LED ou de composants RF, la recherche s'est concentrée sur les matériaux à large bande interdite directe, dont le nitrure de gallium (GaN). Le GaN a suscité un grand intérêt en raison de ses propriétés exceptionnelles pour les dispositifs électroniques de puissance de la prochaine génération. Avec une vitesse de saturation élevée et une tension de fonctionnement élevée, les dispositifs à base de GaN peuvent fonctionner à haute fréquence et avec un excellent rendement, ce qui fait du GaN un matériau de choix dans les applications de puissance. Cependant, le développement des matériaux III-N est encore immature, notamment en ce qui concerne le contrôle de la qualité des différentes interfaces au sein des dispositifs. La présence d'une forte densité d'états d'interfaces peut être à l'origine de dysfonctionnements du dispositif. Par conséquent, la compréhension et le contrôle de la surface du GaN constituent un défi pour une éventuelle intégration industrielle future. Aujourd'hui, il n'existe pas de préparation de surface standard appropriée et efficace pour le GaN. Afin d'étudier ce problème, ce projet de thèse a été réalisé dans le cadre d'une collaboration entre le CEA-LETI (Grenoble), le LTM (Grenoble) et les laboratoires CP2M (Catalyse, Polymérisation, Procédés et Matériaux, Lyon). Les principaux objectifs de ce projet sont, d'une part, de comprendre la chimie de surface suite à différentes préparations de surface, et d'autre part, de mettre en place la configuration des liaisons de surface. Ce projet de thèse s'est donc concentré sur la préparation et la caractérisation de l'extrême surface de GaN après divers traitements chimiques et physiques