Étude et fabrication de transistors à enrichissement de la filière InAlAs/InGaAs pour applications millimétriques faible bruit PDF Download
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Author: Ikram El Makoudi
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Languages : fr
Pages : 179
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Book Description
Pour les applications électroniques analogiques, des composants fonctionnant en hautes fréquences avec un faible niveau de bruit sont nécessaires. Pour le développement de circuits numériques hauts débits de type DCFL, il faut utiliser des transistors à effet de champ à tensions de seuil positives. De plus, la tenue en tension est aussi une contrainte. La structure HEMT métamorphique à enrichissement AlInAs/GaInAs sur GaAs développée par la société OMMIC en 2007 répond à ces exigences et constitue le point de départ de cette étude. Le but de cette thèse est en effet de fournir une structure de HEMTs à enrichissement (E-HEMTs) de la filière AlInAs/InGaAs pour applications faible bruit sur substrat InP, afin de tirer profit de sa forte mobilité électronique, tout en maintenant de bonnes caractéristiques statiques et dynamiques. Notre travail d’optimisation, de réalisation et de caractérisation de structures permet d’atteindre des fréquences de coupure FT, FMAX de respectivement 204 GHz et 327 GHz, pour un NFmin de 0.96 dB et un gain associé de 13.2 dB à 30 GHz, pour des structures présentant d’excellentes performances statiques : tension de seuil positive de 30 mV, tension de claquage grille - drain de –7 V, transconductance de 1040 mS/mm. Ces résultats placent ce HEMT sur InP à l’état de l’art des transistors HEMTs à enrichissement, et en font un concurrent des transistors HEMTs à déplétion pour les applications faible bruit.
Author: Ikram El Makoudi
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Languages : fr
Pages : 179
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Pour les applications électroniques analogiques, des composants fonctionnant en hautes fréquences avec un faible niveau de bruit sont nécessaires. Pour le développement de circuits numériques hauts débits de type DCFL, il faut utiliser des transistors à effet de champ à tensions de seuil positives. De plus, la tenue en tension est aussi une contrainte. La structure HEMT métamorphique à enrichissement AlInAs/GaInAs sur GaAs développée par la société OMMIC en 2007 répond à ces exigences et constitue le point de départ de cette étude. Le but de cette thèse est en effet de fournir une structure de HEMTs à enrichissement (E-HEMTs) de la filière AlInAs/InGaAs pour applications faible bruit sur substrat InP, afin de tirer profit de sa forte mobilité électronique, tout en maintenant de bonnes caractéristiques statiques et dynamiques. Notre travail d’optimisation, de réalisation et de caractérisation de structures permet d’atteindre des fréquences de coupure FT, FMAX de respectivement 204 GHz et 327 GHz, pour un NFmin de 0.96 dB et un gain associé de 13.2 dB à 30 GHz, pour des structures présentant d’excellentes performances statiques : tension de seuil positive de 30 mV, tension de claquage grille - drain de –7 V, transconductance de 1040 mS/mm. Ces résultats placent ce HEMT sur InP à l’état de l’art des transistors HEMTs à enrichissement, et en font un concurrent des transistors HEMTs à déplétion pour les applications faible bruit.
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: Hervé Fourre
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Languages : fr
Pages : 184
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Ce travail presente l'etude, la realisation et la caracterisation de transistors a heterojonction alinas/gainas dans les differentes filieres existantes, a savoir: adaptee en maille sur inp (lm), pseudomorphique sur inp (pm) et metamorphique sur gaas (mm). La mobilite des electrons dans le gainas et la discontinuite de bande de conduction entre les deux materiaux en font en effet d'excellents candidats pour les applications en ondes millimetriques. Une attention particuliere a ete apportee aux structures metamorphiques avec une comparaison des differents types de couches tampon en terme de relaxation de la contrainte et de caracteristiques du gaz d'electrons bidimensionnel. De meme, une etude par simulation a l'aide du logiciel helena a permis de montrer le potentiel des structures metamorphiques 40% d'indium pour des applications de puissance dans le domaine hyperfrequences et faible bruit. Pour la definition d'un procede de fabrication en technologie nitrure dans chacune des filieres, une optimisation des differentes etapes entrant dans la realisation des transistors a ete effectuee. Cette optimisation a permis en particulier la definition de procedes d'isolation par implantation constituant l'etat de l'art dans les filieres lm et pm sur inp et de procedes de gravure de fosse de grille par attaque chimique selective par voie humide. Cette etude a par ailleurs montre la difficulte de realiser de bons contacts ohmiques sur les structures mm 30% d'indium et ce malgre l'amelioration apportee par les contacts de type debordant. Pour valider les procedes de fabrication mis en place dans chacune des filieres et montrer la faisabilite des composants isoles par implantation, des transistors a grille longue et a grille submicronique ont ete realises puis caracterises.
Author: Pascal Chevalier (ingénieur)
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Languages : fr
Pages : 0
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Author: Aurélien Olivier
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Languages : fr
Pages : 162
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Un système autonome est composé d’une interface capteur, d’un contrôleur numérique, d’une interface de communication et d’une source d’énergie et sa consommation doit être inférieure à environ 100 microW. Pour réduire la consommation de puissance, des nouveaux composants, les Green Transistor ont fait leur apparition sous différentes topologies, modes de fonctionnement et matériaux alternatifs au silicium. L’interface de communication est composée d’un transistor possédant de grandes performances électriques sous faible alimentation. Les topologies retenues sont le transistor à haute mobilité électronique (HEMT) et le transistor à effet de champ métal/oxyde/semi-conducteur (MOSFET) et seuls les matériaux de la filière III-V à faible énergie de bande interdite, faible masse effective et grande mobilité électronique devraient permettre d’atteindre ces objectifs. Des technologies de HEMTs antimoniés AlSb/InAs ainsi que des MOSFETs InGaAs ont été développées. Les mesures de transistors HEMTs AlSb/InAs ont montré des performances au dessus de 100GHz à 10mW/mm à température ambiante et cryogénique et nous pouvons espérer des transistors où 1mW/mm à 10GHz. Or, les courants de grille importants et la conservation d’un rapport d’aspect élevé dans une structure HEMT limitent la réduction du facteur de mérite puissance-fréquence. Ainsi, la technologie de transistors de type MOS InGaAs a été caractérisée durant ces travaux et les résultats dynamiques sont prometteurs (fT =120GHz, Lg=200nm) même si le processus de fabrication n’est pas complètement optimisé. Une perspective de ce travail est l’utilisation de matériaux antimoines pour la réalisation de MOSFET ultra faible consommation.
Author: Hassan Maher
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Languages : en
Pages : 79
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La grande demande en terme de composants performants, miniatures et surtout à faible consommation, est de plus en plus présente sur le marché des produits à base de semiconducteurs. Ce besoin est ressenti à tous les niveaux de la fabrication du composant, depuis l’épitaxie jusqu’au packaging du produit final. L’acteur principal dans cette course de haut niveau est la filière silicium qui, par la grande maturité de ses procédés de fabrication, arrive à faire un effort considérable sur la miniaturisation du composant tout en étant très limitée par les propriétés physiques du matériau. Ceci présente une grande opportunité pour les semiconducteurs III-V qui offrent un choix très varié de binaires (InP, GaAs, GaN, AlN, InAs, InSb, GaSb, InN ......) avec des propriétés électriques et optiques dépassant largement celles du silicium et du silicium-germanium. Dans le domaine de la microélectronique, ces matériaux sont utilisés principalement par les transistors HEMTs (High Electron Mobility Transistor) et HBTs (Heterojunction Bipolar Transistor) qui sont, à nos jours, en tête de course vers le seuil symbolique du Tera-Hertz. Le travail que nous présenteront dans cette HDR traite des transistors HEMT et HBT à dimension nanométrique pour des applications dans le domaine millimétrique. Nous commencerons par présenter l’historique de chacun de ces deux composants en les situant par rapport à la filière historique (silicium). Nous décrirons ensuite nos travaux de recherche et nous conclurons en donnant quelques perspectives.
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: Salim Ighilahriz
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Languages : fr
Pages : 0
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De nos jours, l'industrie de la microélectronique développe des nouvelles technologies qui permettent l'obtention d'applications du quotidien alliant rapidité, basse consommation et hautes performances. Pour cela, le transistor, composant actif élémentaire et indispensable de l'électronique, voit ses dimensions miniaturisées à un rythme effréné suivant la loi de Moore de 1965. Cette réduction de dimensions permet l'implémentation de plusieurs milliards de transistors sur des surfaces de quelques millimètres carrés augmentant ainsi la densité d'intégration. Ceci conduit à une production à des coûts de fabrication constants et offre des possibilités d'achats de produits performants à un grand nombre de consommateurs. Le MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), transistor à effet de champ, aussi appelé MOS, représente le transistor le plus utilisé dans les différents circuits issus des industries de la microélectronique. Ce transistor possède des longueurs électriques de 14 nm pour les technologies industrialisables les plus avancées et permet une densité intégration maximale spécialement pour les circuits numériques tels que les microprocesseurs. Le transistor bipolaire, dédié aux applications analogiques, fut inventé avant le transistor MOS. Cependant, son développement correspond à des noeuds technologiques de génération inférieure par rapport à celle des transistors MOS. En effet, les dimensions caractéristiques des noeuds technologiques les plus avancés pour les technologies BiCMOS sont de 55 nm. Ce type de transistor permet la mise en oeuvre de circuits nécessitant de très hautes fréquences d'opération, principalement dans le secteur des télécommunications, tels que les radars anticollisions automobiles fonctionnant à 77 GHz. Chacun de ces types de transistors possède ses propres avantages et inconvénients. Les avantages du transistor MOS reposent principalement en deux points qui sont sa capacité d'intégration et sa faible consommation lorsqu'il est utilisé pour réaliser des circuits logiques. Sachant que ces deux types de transistors sont, de nos jours, comparables du point de vue miniaturisation, les avantages offerts par le transistor bipolaire diffèrent de ceux du transistor MOS. En effet, le transistor bipolaire supporte des niveaux de courants plus élevés que celui d'un transistor MOS ce qui lui confère une meilleure capacité d'amplification de puissance. De plus, le transistor bipolaire possède une meilleure tenue en tension et surtout possède des niveaux de bruit électronique beaucoup plus faibles que ceux des transistors MOS. Ces différences notables entre les deux types de transistors guideront le choix des concepteurs suivant les spécifications des clients. L'étude qui suit concerne la fiabilité de ces deux types de transistors ainsi que celle de circuits pour les applications radio fréquences (RF) et aux longueurs d'ondes millimétriques (mmW) pour lesquels ils sont destinés. Il existe dans la littérature de nombreuses études de la fiabilité des transistors MOS. Concernant les transistors bipolaires peu d'études ont été réalisées. De plus peu d'études ont été menées sur l'impact de la fiabilité des transistors sur les circuits. L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement de ces deux types de transistors mais aussi de les replacer dans le contexte de l'utilisateur en étudiant la fiabilité de quelques circuits parmi les plus usités dans les domaines hyperfréquence et millimétrique. Nous avons aussi essayé de montrer qu'il était possible de faire évoluer les règles de conception actuellement utilisées par les concepteurs tout en maintenant la fiabilité attendue par les clients.
