Contribution au développement d’une filière de transistor de forte puissance à base de technologie HEMT GaN pour applications télécoms et radar PDF Download
Are you looking for read ebook online? Search for your book and save it on your Kindle device, PC, phones or tablets. Download Contribution au développement d’une filière de transistor de forte puissance à base de technologie HEMT GaN pour applications télécoms et radar PDF full book. Access full book title Contribution au développement d’une filière de transistor de forte puissance à base de technologie HEMT GaN pour applications télécoms et radar by Gwenael Le Coustre. Download full books in PDF and EPUB format.
Author: Gwenael Le Coustre
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 179
Get Book Here
Book Description
L’utilisation de matériaux grand gap, et tout particulièrement l’emploi du nitrure de gallium est une solution pour la génération de puissance aux fréquences microondes. Les HEMTs réalisés à partir du matériau GaN présentent actuellement les meilleures performances mondiales pour la génération de puissance hyperfréquence. Cependant, les concepteurs ont besoin de connaître leurs limitations électriques : Plus précisément, ils ont besoin de connaître leurs caractéristiques électriques dans leurs zones de fonctionnement et d’en avoir des modèles mathématiques intégrables dans des outils de CAO. Dans une première partie, des caractérisations électriques ont été effectuées afin de déterminer l’impact des limitations physiques sur la génération de puissance : tension de claquage, pièges de drain et de grille, résistance thermique d’interface dans l’épitaxie ... Dans la deuxième partie de cette thèse, la conception et la réalisation de premières maquettes ont été effectuées en bande S (3 GHz). Ces maquettes permettent une première caractérisation des composants de puissance de plusieurs millimètres de développement de grille réalisés au laboratoire. Ces caractérisations, pour des considérations de connexions mais également thermiques ne sont pas réalisables sous pointes. Ces mesures permettent également la détermination des impédances optimales en puissance et en rendement au plus près des composants afin de les connaitre avec précision. Ces impédances seront utilisées lors de la conception des amplificateurs de puissance présentée dans la dernière partie. Dans un premier temps, une analyse de l’impact des adaptations d’entrée et de sortie sur la largeur de bande d’adaptation a été réalisée. Une attention particulière a été consacrée à l’architecture de l’adaptation d’entrée. Dans un second temps, une présentation de la conception et de caractérisation d’amplificateurs de puissance de classes 25W et 100W en bande S est présentée. Des mesures de ces amplificateurs ont montré des puissances de sortie supérieures à 120W avec un rendement en puissance ajoutée et un gain en puissance associé respectivement de 40% et 22dB. Ces résultats en termes de puissance, de rendement et de température confortent la possibilité de réaliser des amplificateurs en bande-S pour des applications radars en technologie GaN.
Author: Gwenael Le Coustre
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 179
Get Book Here
Book Description
L’utilisation de matériaux grand gap, et tout particulièrement l’emploi du nitrure de gallium est une solution pour la génération de puissance aux fréquences microondes. Les HEMTs réalisés à partir du matériau GaN présentent actuellement les meilleures performances mondiales pour la génération de puissance hyperfréquence. Cependant, les concepteurs ont besoin de connaître leurs limitations électriques : Plus précisément, ils ont besoin de connaître leurs caractéristiques électriques dans leurs zones de fonctionnement et d’en avoir des modèles mathématiques intégrables dans des outils de CAO. Dans une première partie, des caractérisations électriques ont été effectuées afin de déterminer l’impact des limitations physiques sur la génération de puissance : tension de claquage, pièges de drain et de grille, résistance thermique d’interface dans l’épitaxie ... Dans la deuxième partie de cette thèse, la conception et la réalisation de premières maquettes ont été effectuées en bande S (3 GHz). Ces maquettes permettent une première caractérisation des composants de puissance de plusieurs millimètres de développement de grille réalisés au laboratoire. Ces caractérisations, pour des considérations de connexions mais également thermiques ne sont pas réalisables sous pointes. Ces mesures permettent également la détermination des impédances optimales en puissance et en rendement au plus près des composants afin de les connaitre avec précision. Ces impédances seront utilisées lors de la conception des amplificateurs de puissance présentée dans la dernière partie. Dans un premier temps, une analyse de l’impact des adaptations d’entrée et de sortie sur la largeur de bande d’adaptation a été réalisée. Une attention particulière a été consacrée à l’architecture de l’adaptation d’entrée. Dans un second temps, une présentation de la conception et de caractérisation d’amplificateurs de puissance de classes 25W et 100W en bande S est présentée. Des mesures de ces amplificateurs ont montré des puissances de sortie supérieures à 120W avec un rendement en puissance ajoutée et un gain en puissance associé respectivement de 40% et 22dB. Ces résultats en termes de puissance, de rendement et de température confortent la possibilité de réaliser des amplificateurs en bande-S pour des applications radars en technologie GaN.
Author: Sylvain Heckmann
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 201
Get Book Here
Book Description
Author: Jérôme Chéron
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 191
Get Book Here
Book Description
Les applications radars requièrent aujourd’hui des performances très importantes en termes de puissance émise, de rendement et de bande passante, afin de réduire les coûts et l’encombrement des systèmes radars. Le transistor HEMT GaN est la technologie de puissance qui répond le plus favorablement aux applications radars en bande S. Des amplificateurs de puissance peuvent être désormais réalisés en technologie HEMT GaN de forts développements. Au cours de ces travaux de thèse, une nouvelle méthodologie d’encapsulation des barrettes de puissance GaN a été mise en œuvre afin de passer outre les techniques de conception actuelles limitant l’obtention des performances haut rendement sur de larges bandes passantes. Ainsi, une technique de synthèse de boîtier a permis d’assurer un fonctionnement optimal en rendement de la barrette de puissance GaN sur une large bande passante. Des démonstrateurs ont été réalisés et ont démontré des PAE de l’ordre 60%, associées à des puissances de sortie de 50 W sur une bande passante de 25% (autour de 3.2 GHz) en bande S. Ces démonstrateurs proposent également une très bonne robustesse à de fortes variations de TOS aux fréquences harmoniques et présentent une surface d’adaptation sur 50 ? inférieure à 0.7 cm2.
Author: Jean-Claude Gerbedoen
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 301
Get Book Here
Book Description
Les semiconducteurs basés sur les nitrures III - N à large bande interdite présentent un intérêt croissant pour la recherche et le monde industriel. Parmi eux, les composants de puissance à base de nitrure de gallium constituent un domaine de recherche majeur de l'électronique à l'état solide pour les applications hyperfréquences. Les travaux décrits dans cette thèse correspondent à la conception et à la réalisation de transistors de puissance à haute mobilité pour l'amplification en bandes X et Ku (8-18 GHz). L'évolution continue des hétérostructures demande de constantes rétroactions avec le procédé technologique. Dans ce but, l'approche utilisée a consisté au développement et à l'optimisation des briques technologiques de base, associée à l'analyse physique indispensable à l'optimisation des choix technologiques. Une étude fine des contacts ohmique et Schottky a été entreprise. Une optimisation des conditions de réalisation des fossés de grille, du contact ohmique, des métallisations, du prétraitement de surface et de la nature du diélectrique de passivation a été nécessaire. L'ajout d'une électrode de champ a été étudiée afin d'améliorer davantage la tenue en tension des composants et minimiser l'impact des pièges de surface. Dans ce cadre, nous avons conçu et développé différentes topologies de plaque de champ. Plusieurs diélectriques innovants comme le nitrure de bore ont été testés afin d'établir les potentialités de ces transistors HEMTs à grille isolée. L'ensemble de cette technologie optimisée a été appliquée sur une couche HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si (001) et a permis d'établir un état de l'art en puissance à 10GHz pour cette nouvelle filière bas coût.
Author: Alexis Divay
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 206
Get Book Here
Book Description
Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Elle repose notamment sur des caractérisations électriques des composants, le développement d'une méthode athermique de caractérisation de pièges ainsi que le stress de ces transistors sur un banc de vieillissement dédié. La somme des caractérisations avant, pendant et après vieillissement ainsi que les analyses micro-structurales permet de définir des hypothèses quant à l'origine physique des dérives de performances de ces composants.
Author: Matthieu Werquin
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 267
Get Book Here
Book Description
Le développement des systèmes modernes requière la conception d'amplificateurs de puissances aux performances croissantes afin de répondre aux demandes toujours plus exigeantes du marché. Les matériaux à base de nitrure permettent d'améliorer les performances en puissance hyperfréquences de ces dispositifs. Les travaux réalisés dans ce mémoire portent sur l'étude des caractéristiques expérimentales et de la modélisation des transistors HEMT à base de GaN en vue de leur utilisation dans ces dispositifs. La première partie de ce travail situe la filière nitrure de gallium dans le contexte actuel du marché des hyperfréquences. Les paramètres de cette filière sont comparés aux filières usuelles et par rapport aux besoins des applications hyperfréquences afin de prouver le potentiel du GaN pour ces applications. La suite de ce travail présente l'étude des caractéristiques expérimentales des composants de la filière nitrure de gallium. Plusieurs composants représentatifs sont sélectionnés et leurs caractéristiques théoriques et expérimentales sont comparées et analysées. Cette comparaison met en évidence d'une part le fort potentiel du GaN pour les applications de puissance hyperfréquences et d'autre part les limitations qui y sont encore associées. Différentes techniques de caractérisation ont été développées et appliquées afin de comprendre l'origine de ces limitations. La dernière partie présente la modélisation que nous avons développés pour les transistors à base de GaN. Dans un premier temps l'évolution du schéma équivalent linéaire, adaptée à ces composants est présenté. Les différentes procédures de mesure et d'extraction de ce modèle sont discutées et validées. Dans un deuxième temps, la détermination d'un modèle non linéaire a été entreprise. Différents modèles sont développés et appliqués aux composants nitrures. Ceux-ci sont ensuite validés par la comparaison systématiques avec les mesures en régime statiques, petit et grand signal.
Author: Mahmoud Abou Daher
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 167
Get Book Here
Book Description
Le marché des télécommunications tire profit des nouvelles technologies Nitrures qui sont en véritable rupture de performances par rapport aux technologies traditionnellement utilisées. Les recherches actuelles ouvrent de nombreuses pistes et solutions alternatives afin de couvrir des contraintes parfois antagonistes de coût, de performances et/ou de fiabilité. La plupart des HEMTs AlGaN / GaN est fabriquée sur un substrat de silicium hautement résistif à faible coût ou sur substrat SiC beaucoup plus onéreux et sensible du point de vue approvisionnement. Les contraintes de performances électriques requises lors de l'intégration de ces technologies dans les systèmes radars, les satellites et en télécommunication rendent les HEMTs très dépendants au paramètre de température de fonctionnement, essentiellement liée à la forte puissance dissipée lors du transfert d'énergie statique/dynamique. En effet, ces composants sont capables de générer des densités de puissance élevées dans le domaine des hyperfréquences. Aussi, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement s'accompagne d'une augmentation de la puissance dissipée engendrant le phénomène d'auto-échauffement qui influe sur les performances des composants (ID,max,ft,fmax...). Dans ce contexte, plusieurs solutions ont déjà été proposées dans la littérature (utilisations des substrats composites, passivation des composants, etc...). De plus, la technologie de transfert des HEMTs d'un substrat de croissance initial vers un substrat hôte de bonne conductivité thermique (tel que le substrat de diamant) est une solution prometteuse, encore peu détaillée à ce jour. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la dissipation thermique et donc les performances et la fiabilité des transistors HEMT hautes fréquences en utilisant la technologie de transfert de couche. Les hétérostructures AlGaN/GaN sont développées sur substrat de silicium par MOCVD au CHREA. Après la fabrication des HEMTs sur substrat de silicium au sein du laboratoire IEMN, les composants (pour lesquels le substrat silicium a été retiré) sont transférés sur un substrat de diamant. Ce transfert est obtenu grâce à un collage par thermocompression de couche d'AlN pulvérisées sur chaque surface à assembler (face arrière des transistors et substrat diamant). Le procédé de transfert développé n'a pas endommagé la fonctionnalité des transistors HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (Lg = 80 nm). Les transistors de développement 2x35 μm transférés sur diamant présentent un courant ID,max = 710 mA.mm-1, une fréquence de coupure ft de 85GHz et une fréquence d'oscillation fmax de 144GHz. Toutefois, la technique de transfert mérite des phases d'optimisations (notamment pour diminuer l'épaisseur et améliorer la qualité cristalline et la conductivité thermique des couches d'AlN) afin de mieux satisfaire aux contraintes de réduction de résistance thermique de cette couche d'assemblage et ainsi limiter le phénomène d'auto-échauffement relevé à l'issue de ces travaux de thèse.
Author: Romain Pecheux
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
Du fait des propriétés exceptionnelles du Nitrure de Gallium (GaN), les transistors HEMTs à base de GaN sont des candidats prometteurs pour les applications de puissance fonctionnant en gamme d'onde millimétrique. Cette technologie émergente est particulièrement attractive pour les senseurs aéroportés développés par Thales et pourrait, à terme, remplacer les amplificateurs à tube employés jusque-là. Cependant, des problèmes inhérents à cette filière de composants subsistent, requérant l'optimisation de cette technologie notamment dans le cadre de la réduction des dimensions des transistors pour la montée en fréquence. Outre les performances RF en puissance, la stabilité impulsion à impulsion (P2P) est une figure de mérite clé des senseurs aéroportés. La détection et la précision des paramètres d'une cible dépendent de cette stabilité. Mes travaux de thèse consistaient à développer un banc de mesure fonctionnant en bande Ku et permettant d'extraire sous pointe la stabilité impulsion à impulsion de transistors GaN. En lien avec ce banc, une procédure de mesures transitoires en puissance et en courant a également été mise en place. J'ai pu étudier, dans le contexte des senseurs aéroportés, trois filières de composants industrielles provenant de la compagnie UMS incluant la filière qualifiée dénommée GH25 (grille de 250nm), la filière GH15 (grille de 150nm) en cours de qualification et la filière GH10 (grille de 100nm) en cours de développement. La technologie GaN 100nm étant encore en phase exploratoire au niveau mondial, nous avons également étudié de nouvelles structures dans le but d'améliorer les performances de ces composants de manière fiable tout en limitant les effets de pièges. J'ai ainsi pu montrer que l'hétérostructure AlN/GaN, avec une architecture d'épitaxie bien choisie, permet d'obtenir des transistors à grilles courtes fonctionnant à des tensions de drain élevées (30V) et délivrant de fortes densités de puissance (> 4W/mm) associées à de hauts rendements (PAE> 50%) à 40GHz.
Author: Samira Bouzid-Driad
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
Les transistors à haute mobilité électronique à base de GaN (HEMTs) constituent une filière prometteuse pour l'amplification de puissance dans la gamme des fréquences micro-ondes et des applications dans le domaine millimétrique. Les propriétés physiques exceptionnelles du GaN, sont à l'origine de performances attrayantes obtenues avec les dispositifs à base de GaN, comparées aux autres technologies III-V, en termes de densité de puissance jusqu'à 94GHz pour des applications en télécommunications ou militaires.Cette thèse traite de la fabrication et de la caractérisation des transistors HEMTs AlGaN/GaN sur substrat de silicium (111) avec une fine épaisseur de barrière d'AlGaN et des longueurs de grilles très courtes. Des transistors à grilles décentrées ont été ainsi fabriqués et optimisés en réduisant l'espacement grille-source. Par conséquent, une amélioration significative de la transconductance et des fréquences de coupure FT et FMAX a été obtenue. De plus, un maximum de transconductance de 435 mS/mm avec une bonne qualité de pincement pour une longueur de grille de 110 nm a été démontré. D'autre part, des transistors HEMTs à grille double chapeaux ont été fabriqués. De bons résultats en termes de fréquence de coupure FMAX=206GHz et FT=100GHz ont été obtenus sur des HEMTs ayant une longueur de grille de 90nm et une distance source-grille de 0.25μm. Le maximum de transconductance associé est de 440mS/mm. Ces résultats attrayants obtenus montrent clairement que la technologie des transistors HEMTs GaN sur substrat silicium est une voie viable et prometteuse pour la réalisation de dispositifs à bas coût dans le domaine millimétrique.
Author: Riad Kabouche
Publisher:
ISBN:
Category :
Languages : fr
Pages : 0
Get Book Here
Book Description
La technologie Nitrure de Gallium s'impose actuellement comme le candidat idéal pour les applications de forte Puissance en gamme d'ondes millimétriques. Les caractéristiques de ce matériau le prédisposent à un fonctionnement à haute tension sans sacrifier la montée en fréquence, illustrées par son champ de claquage et sa vitesse de saturation des électrons élevés. Ces travaux de recherche s'inscrivent, dans un premier temps, dans le développement d'un banc de mesures permettant la caractérisation « grand signal », dite LoadPull dans la bande Ka et Q, en mode continu et impulsionnel de cette technologie émergente. En effet, la forte densité de puissance qu'est capable de générer la technologie GaN a rendu le développement de ce banc indispensable et relativement unique. Par ailleurs, cette étude s'est focalisée, dans la caractérisation de plusieurs filières innovantes qui ont mis en évidence des performances à l'état de l'art, avec un rendement en puissance ajoutée PAE de 46.3% associée à une densité de puissance de 4.5W/mm obtenue pour une fréquence d'opération de 40 GHz en mode continu. Enfin, ces travaux de thèse ont permis de générer la conception et la réalisation de deux amplificateurs de puissance en technologie GaN sur substrat silicium (basée sur la filière industrielle OMMIC) en bande Ka, représentant la finalité d'une démarche cohérente de l'étude de transistors en technologie GaN à la réalisation de circuits de type MMIC. Ces deux amplificateurs ont été conçus pour des objectifs biens précis : combiner puissance élevée et rendement PAE élevé et repousser les limites en termes de largeur de bande.
