ETUDE ET CARACTERISATION DES DISPOSITIFS ACTIFS A BASE DE GaN POUR DES APPLICATIONS EN PUISSANCE

Abstract

Le nitrure de gallium (GaN) est un semi-conducteur de large bande interdite qui a émergé comme une alternative prometteuse aux matériaux conventionnels tels que le silicium (Si) dans les dispositifs de puissance. Ses propriétés exceptionnelles, telles qu'une grande mobilité des électrons, une forte résistance diélectrique et une grande capacité à fonctionner à haute température, rendent le GaN particulièrement adapté aux applications en puissance, notamment dans les systèmes de conversion d'énergie, les amplificateurs RF, et les dispositifs à haute fréquence. Notre étude se concentre sur l'analyse et la caractérisation des dispositifs actifs à base de GaN, tels que les transistors à haute mobilité électronique (HEMT) et les diodes Schottky, en mettant l'accent sur leur performance dans des conditions de forte puissance. Une attention particulière est portée à l'optimisation des matériaux, la structure des composants et les techniques de fabrication pour améliorer l'efficacité, la fiabilité et la robustesse des dispositifs. Des techniques de caractérisation électrique, thermique et structurale sont utilisées pour évaluer le comportement des dispositifs sous diverses conditions d'opération. Les résultats montrent que les dispositifs à base de GaN offrent une efficacité supérieure, des pertes de commutation réduites et une meilleure résistance thermique par rapport aux solutions en Si, ouvrant ainsi la voie à des applications de puissance plus performantes, compactes et énergétiquement efficaces. Cette étude contribue également à l'amélioration de la compréhension des mécanismes de défaillance des dispositifs GaN, fournissant des perspectives pour la conception de composants encore plus robustes et adaptés aux futures exigences industrielles. Mots-clés : Nitrure de gallium (GaN), dispositifs de puissance, transistors HEMT, diodes Schottky, semiconducteur à large bande interdite, caractérisation électrique, pertes de commutation, efficacité énergétique, fiabilité, optimisation des matériaux. Abstract Gallium nitride (GaN) is a wide bandgap semiconductor that has emerged as a promising alternative to conventional materials such as silicon (Si) in power devices. Its exceptional properties, such as high electron mobility, strong dielectric strength, and high-temperature operation capability, make GaN particularly suitable for power applications, including energy conversion systems, RF amplifiers, and highfrequency devices. Our study focuses on the analysis and characterization of GaN-based active devices, such as highelectron-mobility transistors (HEMTs) and Schottky diodes, with an emphasis on their performance under high-power conditions. Special attention is given to the optimization of materials, component structure, and manufacturing techniques to improve device efficiency, reliability, and robustness. Electrical, thermal, and structural characterization techniques are used to evaluate the behavior of the devices under various operating conditions. The results show that GaN-based devices offer superior efficiency, reduced switching losses, and better thermal resistance compared to Si-based solutions, paving the way for more compact, high-performance, and energy-efficient power applications. This study also contributes to improving the understanding of failure mechanisms in GaN devices, providing insights for designing even more robust components that meet future industrial requirements. **Keywords**: Gallium nitride (GaN), power devices, HEMT transistors, Schottky diodes, wide bandgap semiconductor, electrical characterization, switching losses, energy efficiency, reliability, material optimization.