Etude des transistors à effet de champ de type HEMT sur substrat GaAs et InP pour l'amplification de puissance en gamme millimétrique PDF Download
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Author: Frédéric Diette
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Book Description
Ce travail concerne le developpement des transistors hemts dans les filieres gaas et inp pour l'amplification de puissance en gamme millimetrique. La premiere partie de ce travail traite des differentes etapes technologiques relatives aux deux filieres etudiees. Si dans le cas de la filiere gaas, les parametres technologiques n'ont pas necessite de reelle amelioration pour la realisation d'un transistor elementaire, nous avons du developper les etapes relatives aux transistors a grand developpement. Dans le cas de la filiere inp, toutes les etapes technologiques (contacts ohmiques et schottky, gravure selective et lithographie de grille a trois couches de resine) ont necessite un effort particulier quant a leur optimisation. Le deuxieme partie de ce travail est consacree a l'etude de la filiere inp. Des etudes de parametres technologiques et de couches actives se concretisent par la realisation d'un grand nombre de transistors avec la longueurs de grille de 0,25 m.. La caracterisation statique et hyperfrequence, nous a permis dans un premier temps, de mettre en evidence les principales limitations de cette filiere. Ces resultats ont servi dans un deuxieme temps, a definir deux structures originales. L'une d'entre elle nous a permis d'egaler l'etat de l'art en puissance a 60 ghz. La derniere partie presente les travaux menes dans la filiere gaas. Dans un premier temps, nous presentons les resultats d'etudes technologiques sur des epitaxies a un ou deux canaux pseudomorphiques. La validation de ces etudes s'est faite, en plus de la caracterisation statique ou hyperfrequence en petit signal, par la caracterisation en puissance a 26 ghz. Enfin, nous presentons les resultats d'un transistor de type metamorphique (alinas/gainas sur un substrat gaas).
Author: Frédéric Diette
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Ce travail concerne le developpement des transistors hemts dans les filieres gaas et inp pour l'amplification de puissance en gamme millimetrique. La premiere partie de ce travail traite des differentes etapes technologiques relatives aux deux filieres etudiees. Si dans le cas de la filiere gaas, les parametres technologiques n'ont pas necessite de reelle amelioration pour la realisation d'un transistor elementaire, nous avons du developper les etapes relatives aux transistors a grand developpement. Dans le cas de la filiere inp, toutes les etapes technologiques (contacts ohmiques et schottky, gravure selective et lithographie de grille a trois couches de resine) ont necessite un effort particulier quant a leur optimisation. Le deuxieme partie de ce travail est consacree a l'etude de la filiere inp. Des etudes de parametres technologiques et de couches actives se concretisent par la realisation d'un grand nombre de transistors avec la longueurs de grille de 0,25 m.. La caracterisation statique et hyperfrequence, nous a permis dans un premier temps, de mettre en evidence les principales limitations de cette filiere. Ces resultats ont servi dans un deuxieme temps, a definir deux structures originales. L'une d'entre elle nous a permis d'egaler l'etat de l'art en puissance a 60 ghz. La derniere partie presente les travaux menes dans la filiere gaas. Dans un premier temps, nous presentons les resultats d'etudes technologiques sur des epitaxies a un ou deux canaux pseudomorphiques. La validation de ces etudes s'est faite, en plus de la caracterisation statique ou hyperfrequence en petit signal, par la caracterisation en puissance a 26 ghz. Enfin, nous presentons les resultats d'un transistor de type metamorphique (alinas/gainas sur un substrat gaas).
Author: François Duhamel
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Languages : fr
Pages : 222
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La modélisation quasi-bidimensionnelle de transistors à effet de champ offre une grande souplesse d'emploi qui est mise à profit dans le cadre de ce travail pour traiter trois types différents de structures en vue d'établir leurs potentialités en tant qu'amplificateur de puissance ou de mélangeur. Après avoir mis en perspective les composants que nous avons étudiés, nous décrivons les principes de notre modèle et développons les méthodes utilisées en particulier pour déterminer les caractéristiques physiques et électriques des différents transistors. Nous avons, ainsi, pu étudier les potentialités du hemt pseudomorphique sur gaas pour l'amplification de puissance à 60 ghz et souligner l'importance de la longueur et du fosse de grille sur les performances des composants. D'autre part, le même type d'analyse, menée sur le hemt bigrille, a permis de déterminer les conditions de polarisation et la topologie à utiliser dans le cadre d'une utilisation en mélangeur de type faible bruit en bande v. Enfin, une méthode de traitement du misfet gaas basse température reposant sur l'introduction d'une commande de charge spécifique a été mise en oeuvre. Elle permet notamment d'expliquer la dispersion des caractéristiques dynamiques entre le régime statique et le régime dynamique. Les différents résultats obtenus sont confrontés aux données expérimentales et à d'autres types de modèles plus précis afin de valider la méthodologie mise en oeuvre
Author: François Dessenne
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Languages : fr
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Notre etude contribue a l'analyse du fonctionnement physique des transistors a effet de champ par la methode de monte carlo. Notre but est de presenter des ameliorations aux concepteurs dans les domaines de l'amplification faible bruit en gamme millimetrique d'une part et de l'amplification de puissance d'autre part. Dans le premier chapitre, apres avoir passe en revue les differentes possibilites de transistors a effet de champ capables de satisfaire a notre cahier des charges, nous estimons leurs potentialites et leurs limitations respectives. Les chapitres ii et iii nous permettent de decrire notre programme de simulation du transport de charges dans les semi-conducteurs massifs et dans les dispositifs destines a l'hyperfrequence. Pour la filiere inp, le simulateur a ete adapte a la modelisation de hemt (high electron mobility transistor) a grille largement submicronique et presentant des discontinuites de bande elevees. Dans le quatrieme chapitre, nous menons l'examen des performances de hemt al0.48in0.52as/ga0.47in0.53as/inp destines a l'amplification faible bruit a 60 et 94 ghz, tant sur le plan theorique que sur le plan experimental. Il apparait clairement que la presence d'ionisation par choc dans le canal de ces transistors degrade de maniere importante leurs caracteristiques hyperfrequences. Afin d'optimiser ces composants, plusieurs solutions sont alors proposees avec un avantage pour l'utilisation d'un canal composite gainas/inp. La realisation de lmhemt avec ce type de canal confirme nos predictions en offrant une elevation du gain intrinseque en tension de plus de 60% dans le cas d'un canal avec une couche d'inp dope, par rapport a la structure conventionnelle.
Author: Mustafa Boudrissa
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Languages : en
Pages : 496
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Ce travail concerne l'étude des potentialités de deux filières de transistor HEMT AlInAs/GaInAs pour les applications de puissance en ondes millimétriques. Nous avons fait appel à un outil de simulation, à la technologie et de la caractérisation pour mener à bien cette étude. Une étude de la topologie de la couche de contact a été menée grâce à un logiciel de simulation hydrodynamique bidimensionnel sur des structures métamorphiques. Nous avons effectué une analyse du claquage du composant en fonction du dopage et de l'épaisseur grâce à la répartition de grandeurs physiques telles que le champ électrique et l'énergie des porteurs. Les composants ont été fabriqués grâce aux outils de la technologie. L'élément clé a été le fossé de grille. Un profil uniforme du fossé de grille, une bonne tenue mécanique du métal et de bonnes caractéristiques électriques de grille n'ont pu être obtenues qu'en modifiant l'agent mouillant qui a permis de réduire cette étape. C'est la première fois qu'une étude sur les courants de grille issus du phénomène d'ionisation par impact est menée en fonction de la topologie du composant. Les résultats obtenus sont à l'état de l'art dans les deux filières. Dans la filière métamorphique sur GaAs, une densité de puissance de 100mW/mm (resp. 140mW/mm) a pu être obtenue à l'aide d'un banc load-pull à 10GHz sur un HEMT métamorphique à couche de contact fine (resp. épaisse) fonctionnant à accumulation de charge (Enhancement-Mode). De même, sur les composants à canal composite de la filière InP, une densité de puissance à 60GHz de 420mW/mm a été obtenue sur une structure et une topologie optimisées. Les composants à large extension grille drain ont permis à la fois d'obtenir de faibles courants de grille et d'améliorer la puissance de sortie.
Author: Farid Medjdoub
Publisher: Omniscriptum
ISBN: 9786131504327
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Languages : fr
Pages : 176
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L'objectif de ce travail est la conception et la réalisation de transistors à effet de champ (TEC) sur substrat InP pour l'amplification de puissance en bande W. Le but est d'étudier les potentialités en puissance de différents TEC dans la filière InP à 94 GHz. La montée en fréquence requiert la diminution des dimensions du composant, ce qui est assurément défavorable à une bonne tenue en tension. Notre défi était de tenter d'élaborer des transistors capables de fonctionner à cette fréquence et possédant une tension de claquage élevée. Une structure à canal InAsP délivrant une fréquence de coupure de 140 GHz, une fréquence maximum d'oscillation de 430 GHz et un gain maximum disponible à 94 GHz de 13 dB avec une grille de 70 nm nous a permis d'atteindre l'état de l'art mondial en puissance à 94 GHz des HEMTs sur substrat InP.
Author: Yannick Guhel
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Languages : fr
Pages : 225
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La filière GaN connaît actuellement un essor remarquable. En effet, les structures de transistors à effet de champ à base de GaN offrent un énorme potentiel pour des applications de puissance et/ou à haute température. Cette étude avait pour objectif de réaliser des transistors à effet de champ de type HEMT AlGaN/GaN épitaxié sur un substrat de saphir. Nous rapportons dans ce mémoire les différentes étapes technologiques que nous avons développés. Ainsi, nous avons étudié divers procédés technologiques permettant de réaliser des contacts ohmiques, d'isoler les composants les uns des autres (isolation par implantation ionique, par gravure sèche et par gravure humide) et de réaliser des contacts Schottky. Nous avons montré que ces transistors peuvent fonctionner en régime statique, à l'air, jusqu'à 550 °C. Nous avons également mis en évidence que la présence de pièges électriques pouvait être responsable d'une réduction du courant de drain et par conséquent limiter les performances en puissance de ces transistors en hyperfréquence. Afin de limiter ce problème, nous avons étudié l'influence de la passivation précédée de divers traitements de surface. Cela nous a permis de réaliser des transistors HEMT délivrant une densité de puissance de 5W/mm à 4GHz, ce qui se révèle être proche de l'état de l'art mondial (6,6 W/mm à 6 GHz).
Author: Pascal Chevalier (ingénieur).)
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Languages : fr
Pages : 364
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L'essor des applications hyperfrequences fonctionnant en ondes millimetriques necessite le developpement de nouvelles filieres de circuits integres. Un composant clef de ces circuits est le transistor a effet de champ a heterojonction : le hemt (high electron mobility transistor). Nous developpons dans ce memoire les resultats de l'etude de hemt alinas/gainas realises sur phosphure d'indium (inp). Apres avoir introduit les bases relatives au fonctionnement et aux domaines d'applications de ce transistor, nous presentons les outils theoriques et experimentaux utilises pour nos travaux. Ces derniers contribuent d'une part a la mise au point technologique et d'autre part a l'optimisation de la structure epitaxiale. Les recherches menees en technologie concernent principalement la technologie de grille et plus particulierement la lithographie electronique des grilles en te en tricouche de resines. La realisation de grilles de 100 nm de longueur, de faible resistivite, a permis la fabrication de transistors performants, presentant notamment une frequence de coupure extrinseque f#t proche de 250 ghz et une transconductance intrinseque de 1,5 s/mm. L'optimisation de l'epitaxie, visant a depasser les limitations des transistors a canal gainas adapte en maille sur le substrat, a conduit a l'etude des canaux composites gainas/inp. Nous avons mis en evidence leur efficacite pour reduire le phenomene d'ionisation par impact et ainsi ameliorer les performances du composant. Les performances en puissance de transistors a canal gainas/inp/inp n#+ (355 mw/mm a 60 ghz) ont montre toutes les potentialites de structures a canal composite pour la generation de puissance en ondes millimetriques.
Author: Majda Elkhou
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Languages : fr
Pages : 235
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Ce travail est axé sur la simulation des FETs pour l'amplification de puissance hyperfréquence. Dans ce but, 'nous .avons développé des modèles de type hydrodynamique bidimensionnel pour analyser le phénomène de claquage par avalanche dans les pHEMTs sur GaAs, ainsi que pour étudier les HEMTs AlGaN/GaN. Ces modèles sont des outils précis qui permettent d'analyser des composants de puissance dont les topologies sont proches des structures réelles. La confrontation des résultats théoriques avec ceux issus des mesures s'avère être très satisfaisante. L'étude du pHEMT sur GaAs, nous a permis de comprendre le mécanisme de claquage par avalanche dans ce type de composant. Ainsi, le pHEMT à double recess de grille et à deux plans de dopage constitue la structure la mieux adaptée pour l'amplification de puissance hyperfréquence. Le modèle adapté pour étudier les HFETs AlGaN/GaN, permet de montrer les excellentes potentialités de cette filière dans le domaine de l'amplification de puissance.
Author: Mohammed Zaknoune
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Mes travaux de thèse ont porté sur l'étude des potentialités de deux nouvelles filières de composant pour l'élaboration de HEMT de puissance sur substrat GaAs. La première filière a fait appel à de nouveaux matériaux phosphorés tels que GaInP, AlGaInP et AlInP. La seconde est la filière métamorphique AlInAs/GaInAs. De nombreuses investigations technologiques ont du être menées sur la filière phosphorée. En premier lieu, une solution de gravure originale non sélective entre matériaux arséniés et phosphorés basée sur l'utilisation de l'acide iodique (HIO3) a été développé pour réaliser le mésa d'isolation. En second lieu l'étude du contact ohmique a été entreprise par le biais de différentes métallisations. La meilleure d'entre elles s'est avérée être la métallisation AuGe/Ni/Au qui a permis d'obtenir une résistance de contact inférieure à 0.1 W.mm. Le dernier aspect technologique étudié est la lithographie électronique de grille. Cette étude a mené à la réalisation de grille en T de 0.1 μm ainsi qu'une grille de dimension ultime de 0.05 μm. Des transistors de longueur de grille 0.1 μm et à simple plan de dopage GaInP/GaInAs, AlGaInP/GaInAs et AlInP/GaInAs ont été réalisés. L'état de l'art en régime statique et hyperfréquence petit signal a été obtenu sur ces trois composants. De plus, pour la première fois sur cette filière des mesures en puissance à 60 GHz ont été réalisées. Elles ont permis pour la structure GaInP/GaInAs d'obtenir une densité de puissance remarquable de 560 mW/mm. Sur la filière métamorphique nous nous sommes attachés à étudier la structure AlInAs/GaInAs sur substrat GaAs dont la composition en indium est proche de 30%. L'étude de la structure épitaxiale en terme de composition a mis en évidence l'aspect très critique du taux d'indium contenu dans la structure. D'un point de vue technologique, la gravure de recess de grille a nécessité une importante optimisation. Néanmoins, des composants à simple et double plan de dopage ont été réalisés avec un taux d'indium de 33%. Nous avons obtenu des performances excellentes. La caractérisation du premier a donné une fréquence de coupure de 160 GHz représentant l'état de l'art du transistor métamorphique à cette composition. Une caractérisation en puissance à 60 GHz a été effectuée pour la première fois sur cette filière. Nous avons obtenu une densité de puissance de 240 mW/mm. Ces résultats montrent les potentialités très attrayantes de ces deux filières pour l'amplification de puissance hyperfréquence.
Author: Virginie Hoel
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Book Description
Les nouvelles applications necessitent des frequences de travail toujours plus elevees. Pour cela, nous souhaitons realiser des circuits amplificateurs faible bruit performants en technologie coplanaire travaillant en gamme d'ondes millimetriques. Le composant cle pour realiser ces circuits est le transistor a effet de champ a heterojonction hemt (high electron mobility transistor). Par consequent, nous developpons dans ce memoire la conception, la realisation et la caracterisation de transistors hemts performants de longueur de grille submicronique en technologie coplanaire. La technologie utilisee pour realiser la grille est de type nitrure. Les transistors sont naturellement passives par une couche de nitrure de silicium de 800a qui protege la zone active. Le pied de grille est insere dans cette couche de dielectrique ce qui permet d'obtenir des grilles robustes avec des longueurs de grille inferieures a 0.1 m. Ce travail, soutenu financierement par la dga, fait l'objet d'une collaboration avec la societe dassault electronique. Nous presentons le principe de fonctionnement et les differentes structures hemts. L'etat de l'art permet de constater la superiorite des heterojonctions alinas/gainas sur substrat inp. Les hemts sont donc realises sur des structures alinas/gainas adaptees en maille sur inp realisees au laboratoire. Nous etudions ensuite la conception des motifs transistors adaptes a la realisation de circuits integres en technologie coplanaire. Puis, nous decrivons les differentes etapes technologiques qu'il a fallu optimiser pour aboutir a la realisation de hemts performants avec un bon rendement de fabrication. Nous etudions les performances hyperfrequences et en bruit des transistors.
