Jury :

Rapporteur : Dominique Planson, Professeur des universités, INSA Lyon – Laboratoire Ampère
Rapporteur : Kevin Nadaud, Maître de conférences, Université de Tours – GREMAN
Examinatrice : Jeanne Treuttel, Ingénieur de recherche CNRS, Observatoire de Paris – LERMA
Examinatrice : Camille Sonneville, Maître de conférences, INSA Lyon – Laboratoire Ampère
Examinateur : Guillaume Ducournau, Professeur, Université de Lille – IEMN
Examinateur : Tuami Lasri, Professeur, Université de Lille – IEMN
Examinateur : Abdelaziz Hamdoun, Maître de conférences, Université de Poitiers – XLIM
Co-encadrant de thèse : Malek Zegaoui, Ingénieur de recherche CNRS – IRCICA
Directeur de thèse : Mohammed Zaknoune, Directeur de recherche CNRS – IEMN

Résumé :

Les exigences croissantes en électronique haute température, motivées par des applications telles que le forage profond, l’aéronautique hypersonique ou encore l’exploration spatiale, nécessitent des dispositifs capables de fonctionner au-delà des limites thermiques des technologies silicium classiques. Dans le contexte particulier de l’exploration de Vénus, les instruments doivent être opérationnels à des températures pouvant atteindre 460 °C.
Dans ce cadre, la technologie GaN (nitrure de gallium) apparaît comme une solution prometteuse grâce à sa capacité à fonctionner efficacement à haute température sans recourir à un refroidissement actif.
Cette thèse s’inscrit dans la conception d’un radiomètre haute température destiné à la détection de vapeur d’eau dans l’atmosphère de Vénus. Elle se concentre sur l’utilisation de la diode Schottky GaN comme composant clé pour la multiplication de fréquence dans les circuits hétérodynes.
Les travaux portent ainsi sur l’optimisation technologique et thermique de cette diode afin d’en garantir le fonctionnement dans des environnements extrêmes.
Une approche itérative combinant conception, fabrication et caractérisation a été adoptée, en mettant en avant l’usage de métaux réfractaires tels que le molybdène et le tungstène. Ces métaux permettent le maintien des performances des dispositifs après des recuits allant jusqu’à 1000 °C, et leur caractérisation in situ jusqu’à 300 °C.
Des études approfondies de traitements de surface ont également été menées afin d’affiner les procédés de fabrication.
Les résultats obtenus ouvrent la voie vers le développement de diodes submicroniques pour la multiplication de fréquence en gamme THz ainsi que vers des plateformes GaN dédiées à l’électronique spatiale.

Abstract:

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 particular 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 receivers. The study addresses the technological and thermal optimization of this diode 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 such as Molybdenum and Tungsten. These metals enable 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 multiplication in Thz range and GaN platforms dedicated to space electronics.