Picogiga International, filiale du groupe Soitec, chef de file du projet européen HYPHEN, annonce aujourd'hui avoir obtenu d'excellents résultats de caractérisation pour des couches de nitrure de gallium (GaN) déposées sur des substrats innovants composés.
Cette avancée devrait ouvrir la voie à de nouvelles applications radio fréquence hautes performances à prix compétitif. Lancé en 2005 pour 3 ans, ce projet a pour objectif de développer et d'évaluer de nouveaux types de substrats composites fabriqués à partir de silicium et de carbure de silicium. Ces nouveaux substrats constituent une solution économique pour les composants de forte puissance utilisés dans les systèmes de radars, communications satellite ou les stations de base pour les réseaux de communication sans fil.
Le principal objectif d'HYPHEN est de combler le fossé existant entre le silicium monocristallin dédié à des applications à basses performances et à moindre coût et le carbure de silicium monocristallin réservé à des applications à hautes performances. Ces matériaux sont actuellement utilisés comme substrats de départ pour les dispositifs RF à base de nitrure de gallium. Le programme devrait démontrer que les substrats composites présentent des propriétés diélectriques et thermiques améliorées par rapport au silicium, tout en étant beaucoup moins coûteux que le carbure de silicium semi-isolant.
Au cours de la première année, le projet a permis de comparer la qualité du matériau GaN épitaxié sur ces deux familles de substrats innovants composites les plus prometteurs: le silicium sur carbure de silicium polycristallin (SopSiC) et le carbure de silicium sur carbure de silicium polycristallin (SiCopSiC) avec les matériaux standard de l'industrie, à savoir le nitrure de gallium sur silicium massif et le nitrure de gallium sur carbure de silicium massif. Ces substrats ont été développés à partir de la technologie Smart CutTM de Soitec, comme pour la fabrication de substrats de silicium sur isolant (SOI).
Les résultats obtenus montrent que tous les facteurs de performances clés (qualité du cristal, mobilité, morphologie de surface, etc.) du GaN sur substrats composites égalent, voire dépassent, ceux des structures standard actuelles. Ces comparaisons ont été réalisées sur des couches de GaN épitaxiées par deux techniques :MOCVD (dépôt chimique en phase vapeur organométallique) et MBE (épitaxie par jets moléculaires).
Les nouveaux substrats composites ont également fourni d'excellents résultats en matière de rendement de production et de répétabilité. Selon les résultats préliminaires, l'épitaxie de transistors HEMT GaN sur des substrats composites SopSiC améliore la fiabilité par rapport à des HEMT GaN sur silicium de substrat SopSiC, utilisé pour la croissance de couches de GaN, offre également l'avantage d'être considérablement meilleur marché et mieux adapté à des applications de forts volumes que les substrats SiC massifs pour une gamme de fréquence inférieure à 10 GHz.
"Les substrats composites fabriqués avec la technologie Smart CutTM offrent une forte valeur ajoutée pour les dispositifs de puissance, laquelle sera évaluée par les performances globales des transistors GaN ", déclare Philippe Bove, directeur du service recherche et développement de Picogiga et responsable du projet HYPHEN. " Jusqu'à présent, les concepteurs de dispositifs de puissance RF à base de GaN ont dû choisir entre les deux solutions extrêmes pour les substrats de départ : le carbure de silicium à hautes performances/coût élevé et le silicium, performances réduites /faible coût. Les résultats de caractérisation de matériaux du projet HYPHEN indiquent que les matériaux composites tels que le SopSiC offrent une solution adaptée et compétitive présentant un meilleur compromis coût-performances que les solutions standard".
Le projet HYPHEN va se poursuivre afin de développer et caractériser l'intégralité de la chaîne technologique, du substrat au dispositif HEMT à base de GaN. La deuxième phase du projet HYPHEN, est actuellement en cours pour la réalisation de dispositifs.
Les partenaires du projet HYPHEN sont :
-Picogiga (France), division III-V du groupe Soitec
-Département d'ingénierie de l'information (DEI) de l'université de Padoue (Italie)
-Laboratoire Alcatel-Thales III-V (France)
-Institut de recherche de physique technique et de science des matériaux (MFA) (Hongrie)
-Norstel (Suède), fournisseur de plaques au carbure de silicium haute pureté à base de HTCVD
-Institut de technologie de l'électron (IET) (Pologne)
-Unité de recherche IEMN du CNRS
-United Monolithic Semiconductors (UMC), co-entreprise Thales-EADS
Le projet est soutenu partiellement par la Communauté Européenne, dans le cadre du programme IST (Innovation Society Technologies) du 6ème Framework Program.
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