Thèse Année : 2025

Study of GaN Schottky diodes based on refractory metals for high-temperature, high-frequency space applications

Etude de la diode Schottky GaN à base de métaux réfractaires pour les applications spatiales à haute température et haute fréquence

Résumé

The growing demand for high-temperature electronics, driven by applications such as deep-well drilling, hypersonic aerospace systems, and space exploration, requires the development of devices capable of operating beyond the thermal limits of traditional silicon-based technologies. In the context of Venus exploration, electronic systems are expected to function at temperatures reaching up to 460 °C. In this framework, gallium nitride (GaN) technology stands out for its potential to operate efficiently at high temperatures without the need for external cooling systems. This work focuses on the design of a high-temperature radiometer intended for the detection of water vapor in the Venusian atmosphere, relying on GaN Schottky diodes for frequency multiplication in heterodyne circuits. The study addresses the thermal and technological optimization of these diodes to ensure reliable operation under extreme conditions. The adopted scientific approach follows an iterative process of design, fabrication, and characterization of devices, exploring new metallic architectures that integrate refractory metals (molybdenum and tungsten). These allow device functionality after annealing up to 1000 °C and in situ electrical measurements up to 300 °C. Advanced surface treatment studies are also carried out to refine the understanding and control of fabrication processes. The results open promising perspectives toward submicron Schottky diodes for frequency mixers/multipliers and GaN platforms dedicated to space electronics.

Les exigences croissantes en électronique haute température, motivées par des applications telles que le forage profond, l’aéronautique hypersonique ou encore l’exploration spatiale, imposent le développement de dispositifs capables de fonctionner au-delà des limites thermiques des technologies silicium traditionnelles. Dans le contexte de l’exploration de Vénus, les dispositifs sont attendus à fonctionner à des températures allant jusqu’à 460 °C. Dans ce contexte, la technologie GaN (nitrure de gallium) se distingue par son potentiel à opérer efficacement à haute température sans nécessiter de systèmes de refroidissement externes. Ce travail vise la conception d’un radiomètre à haute température destiné à la détection de vapeur d’eau dans l’atmosphère de Vénus, s’appuyant sur des diodes Schottky GaN pour la multiplication de fréquence dans les circuits hétérodynes. L’étude porte sur l’optimisation thermique et technologique de ces diodes afin d’assurer leur fonctionnement dans des conditions extrêmes. La démarche scientifique adoptée repose sur une approche itérative de conception, fabrication et caractérisation des dispositifs en exploitant de nouvelles architectures métalliques intégrant des métaux réfractaires (Molybdène et Tungstène), permettant la fonctionnalité des dispositifs après des recuits allant jusqu’à 1000 °C et leur mesure in situ jusqu’à 300 °C. Des études approfondies de traitement de surface sont entreprises afin de comprendre en finesse les procédés de fabrication. Les résultats obtenus ouvrent des perspectives vers des diodes submicroniques pour la multiplication, le mélange de fréquence et des plateformes GaN dédiées à l’électronique spatiale.

Fichier non déposé

Dates et versions

tel-05400902 , version 1 (05-12-2025)

Identifiants

  • HAL Id : tel-05400902 , version 1

Citer

Amir Al Abdallah. Etude de la diode Schottky GaN à base de métaux réfractaires pour les applications spatiales à haute température et haute fréquence. Physique [physics]. Université de Lille, 2025. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-05400902⟩
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