Etude et fabrication de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe (TBH) intégrés dans une filière BiCMOS industrielle 0.5μ PDF Download
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Author: Elisabeth de Berranger-Marinet
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Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
Ce travail concerne les Transistors Bipolaires à Hétérojonctions (TBH) Si/SiGe. Nous présentons comment des TBH ont été intégrés dans une filière Bi CM OS du Centre Commun CNET -SGS Thomson. Au préalable, afin de définir l'architecture la mieux adaptée au contexte et de tirer le meilleur parti possible de l'utilisation de SiGe, les différents paramètres (profil de germanium, position du bore par rapport à la zone SiGe...) influençant le fonctionnement des TBH ont été étudiés, en particulier grâce à la mise en place d'un environnement de simulation adapté aux hétéro structures. Les contraintes technologiques et leurs conséquences sur les dispositifs ont été prises en compte. Les premiers résultats ont permis de mettre en évidence un certain nombre de problèmes technologiques que nous avons résolus. La caractérisation électrique a montré une nette amélioration des performances et a précisé les atouts réels de SiGe dans un contexte BiCMOS pourtant initialement jugé peu favorable. Nous avons aussi vérifié que les transistors MOS n'étaient pas perturbés. Ce travail démontre donc la faisabilité de l'intégration des TBH dans une filière BiCMOS et offre des perspectives pour l'évolution des structures.
Author: Elisabeth de Berranger-Marinet
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Languages : fr
Pages : 209
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Book Description
Ce travail concerne les Transistors Bipolaires à Hétérojonctions (TBH) Si/SiGe. Nous présentons comment des TBH ont été intégrés dans une filière Bi CM OS du Centre Commun CNET -SGS Thomson. Au préalable, afin de définir l'architecture la mieux adaptée au contexte et de tirer le meilleur parti possible de l'utilisation de SiGe, les différents paramètres (profil de germanium, position du bore par rapport à la zone SiGe...) influençant le fonctionnement des TBH ont été étudiés, en particulier grâce à la mise en place d'un environnement de simulation adapté aux hétéro structures. Les contraintes technologiques et leurs conséquences sur les dispositifs ont été prises en compte. Les premiers résultats ont permis de mettre en évidence un certain nombre de problèmes technologiques que nous avons résolus. La caractérisation électrique a montré une nette amélioration des performances et a précisé les atouts réels de SiGe dans un contexte BiCMOS pourtant initialement jugé peu favorable. Nous avons aussi vérifié que les transistors MOS n'étaient pas perturbés. Ce travail démontre donc la faisabilité de l'intégration des TBH dans une filière BiCMOS et offre des perspectives pour l'évolution des structures.
Author: Boris Geynet
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Languages : fr
Pages : 242
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Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie silicium.
Author: Liviu-Laurentiu Militaru
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Languages : fr
Pages : 300
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Le transistor bipolaire à hétérojonction Si/Si Ge permet d'étendre le domaine d'utilisation des technologies intégrées sur silicium vers des applications pour les télécommunications rapides. En effet, les progrès technologiques ont permis l'utilisation de l'alliage silicium-germanium (contraint sur silicium) comme base Du transistor bipolaire. L'obtention des filières technologiques stables et bien maitrisées, intégrant l'alliage silicium-germanium, est un élément majeur pour la mise en production de ce type de transistors. La possibilité de développer une filière BiCMos (association dans une même puce des transistors bipolaires et mos) intégrant les transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe offre des nombreux avantages : performances dynamiques élevées, faible cout, faible consommation, haute densité d'intégration. Notre objectif a été de caractériser électriquement des transistors bipolaires a hétérojonction Si/SiGe dans le but d'identifier les effets parasites qui peuvent pénaliser les performances statiques et dynamiques de ces transistors. Cette étude comporte deux parties principales. Dans un premier temps, les caractéristiques courant-tension statiques nous ont permis d'identifier les processus physiques de conduction aux jonctions Emetteur-base et base-collecteur en fonction de la tempera ture et de la tension de polarisation. Nous avons ainsi observe que ces caractéristiques sont dégradées par la présence de centres profonds. Ensuite, par des mesures de transitoire de capacité et de bruit télégraphique, nous avons caractérisé ces défauts profonds dans le but de déterminer leur localisation spatiale et propriétés physiques (énergie d'activation, section Efficace de capture). Ces études nous ont per1v1is de mettre en évidence l'effet des défauts profonds sur les caractéristiques statiques ou sur les performances de bruit basses fréquences, ainsi que d'indiquer les étapes technologiques qui sont a leur origine.
Author: Jérémy Raoult
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Languages : fr
Pages : 195
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L'évolution croissante du marché des télécommunications et plus particulièrement des applications aux communications sans fils dans des bandes de fréquences de 900 MHz à 6 GHz entraîne une forte demande de fourniture de circuits intégrés. Notamment, la tendance actuelle est à l'augmentation du niveau d'intégration et à la diminution de la puissance consommée pour obtenir un terminal "bon marché" avec pour objectif l'augmentation de l'autonomie associée à des impératifs de mobilité. La technologie BICMOS répond parfaitement à ces besoins grâce à un compromis coût-performance très favorable. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la conception en technologie silicium d'oscillateurs locaux pour les applications radiofréquences. Via d'une part l'étude et la modélisation de transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe de la filière BiCMOS 6G 0.35 æm de STMicroelectronics, et d'autre part l'optimisation d'un oscillateur contrôlé en tension fonctionnant à 5 GHz, ce travail est essentiellement axé sur l'étude des phénomènes de bruit électrique basse fréquence de TBH et sur leur conséquence pour la conception d'oscillateurs micro-ondes intégrés.
Author: Van Tuan Vu
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Languages : fr
Pages : 0
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L'objectif principal de cette thèse est de proposer et d'évaluer une nouvelle architecture de Transistor Bipolaire à Héterojonction (TBH) Si/SiGe s'affranchissant des limitations de l'architecture conventionnelle DPSA-SEG (Double-Polysilicium Self-Aligned, Selective Epitaxial Growth) utilisée dans la technologie 55 nm Si/SiGe BiCMOS (BiCMOS055) de STMicroelectronics. Cette nouvelle architecture est conçue pour être compatible avec la technologie 28-nm FD-SOI (Fully Depleted Si-licon On Insulator), avec pour objectif d'atteindre la performance de 400 GHz de fT et 600 GHz de fMAX dans ce noeud. Pour atteindre cet objectif ambitieux, plusieurs études complémentaires ont été menées: 1/ l'exploration et la comparaison de différentes architectures de TBH SiGe, 2/ l'étalonnage TCAD en BiCMOS055, 3/ l'étude du budget thermique induit par la fabrication des technologies BiCMOS, et finalement 4/ l'étude d'une architecture innovante et son optimisation. Les procédés de fabrication ainsi que les modèles physiques (comprenant le rétrécissement de la bande interdite, la vitesse de saturation, la mobilité à fort champ, la recombinaison SRH, l'ionisation par impact, la résistance distribuée de l'émetteur, l'auto-échauffement ainsi que l'effet tunnel induit par piégeage des électrons), ont été étalonnés dans la technologie BiCMOS055. L'étude de l'impact du budget thermique sur les performances des TBH SiGe dans des noeuds CMOS avancés (jusqu'au 14 nm) montre que le fT maximum peut atteindre 370 GHz dans une prochaine génération où les profils verticaux du BiCMOS055 seraient 'simplement' adaptés à l'optimisation du budget thermique total. Enfin, l'architecture TBH SiGe EXBIC, prenant son nom d'une base extrinsèque épitaxiale isolée du collecteur, est choisie comme la candidate la plus prometteuse pour la prochaine génération de TBH dans une technologie BiCMOS FD-SOI dans un noeud 28 nm. L'optimisation en TCAD de cette architecture résulte en des performances électriques remarquables telles que 470 GHz fT et 870 GHz fMAX dans ce noeud technologique.
Author: Stéphane Danaie
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Languages : fr
Pages : 169
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Ce travail de thèse porte sur l'appariement des transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe issus de technologies BiCMOS. L'objectif de cette étude est d'identifier les mécanismes physiques qui sont à l'origine des fluctuations aléatoires des paramètres électriques. La comparaison des résultats expérimentaux obtenus sur différentes familles de TBH a permis, dans un premier temps, de dégager les propriétés typiques des fluctuations aléatoires des courants base et collecteur. Dans le régime idéal de fonctionnement, des modèles physiques basés sur les fluctuations du nombre de dopants ont été établis. Dans le régime des faibles courants, la dégradation de l'appariement du courant base a été interprétée grâce à un modèle physique, basé sur les fluctuations du nombre de défauts à la jonction émetteur/base, et consolidée par une caractérisation de l'appariement après un stress de type porteurs chauds. Enfin, à forts courants, les origines de la dégradation de l'appariement des courants base et collecteur due aux résistances d'accès ont été validées expérimentalement.
Author: HATEM.. BOUSSETTA
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Languages : fr
Pages : 135
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CE TRAVAIL S'INSCRIT DANS LE CADRE DE L'ETUDE DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A BASES EPITAXIEES FORTEMENT DOPEES REALISES DANS LA TECHNOLOGIE BICMOS DU CENTRE NATIONAL D'ETUDES DES TELECOMMUNICATIONS DE MEYLAN. GRACE AU FORT DOPAGE DE LA BASE, LE FONCTIONNEMENT DE CES TRANSISTORS SE RAPPROCHE DE CELUI DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTIONS ; POUR CETTE RAISON ON LES NOMME TRANSISTORS BIPOLAIRES A PSEUDO HETEROJONCTION. APRES AVOIR PRESENTE LA NOUVELLE STRUCTURE EMETTEUR-BASE ET LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION BICMOS, NOUS DECRIVONS LES TECHNIQUES ET LES OUTILS DE CARACTERISATION MIS EN JEU. DANS UN PREMIER TEMPS, L'ETUDE PORTE SUR LA DEFINITION DES CONDITIONS D'EPITAXIE ET LES REGLAGES TECHNOLOGIQUES NECESSAIRES POUR INTEGRER LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A PSEUDO-HETEROJONCTION DANS LE PROCEDE DE FABRICATION BICMOS. L'ETUDE EFFECTUEE SUR L'ORIGINE DU DYSFONCTIONNEMENT A FAIBLE INJECTION DES TRANSISTORS REALISES ET LA COMPREHENSION DES MECANISMES PHYSIQUES RESPONSABLES DES COURANTS DE FUITE DE LA JONCTION EMETTEUR-BASE DES TRANSISTORS MURES ET NON MURES ONT PERMIS DE CERNER LES PROBLEMES POSES PAR L'INTEGRATION PUIS D'APPORTER DES SOLUTIONS POUR L'OPTIMISATION DES CARACTERISTIQUES DE FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR. L'ETUDE DU FONCTIONNEMENT DU DISPOSITIF A PORTE SUR LES PROPRIETES PHYSIQUES DE LA BASE ET EN PARTICULIER LE RETRECISSEMENT DE LA BANDE INTERDITE SOUS L'EFFET DES FORTS DOPAGES. NOUS AVONS DEVELOPPE UNE METHODE ORIGINALE D'EXTRACTION DE CE RETRECISSEMENT BASEE SUR L'EVOLUTION DU COURANT COLLECTEUR EN FONCTION DE LA TEMPERATURE. A PARTIR DE CETTE METHODE, NOUS AVONS MIS EN EVIDENCE QUE LES TRANSISTORS FABRIQUES FONCTIONNENT EFFECTIVEMENT SUR LE PRINCIPE DES DISPOSITIFS A HETEROJONCTION. CETTE ETUDE A PERMIS UNE DESCRIPTION PRECISE DU COMPORTEMENT ELECTRIQUE DU TRANSISTOR A TOUTE TEMPERATURE
Author: Thomas Lacave
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Languages : fr
Pages : 228
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Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHz.
Author: BENEDICTE.. LE TRON
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Languages : fr
Pages : 168
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Book Description
CE TRAVAIL CONCERNE LE DEVELOPPEMENT D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION SIGE SUR SILICIUM (TBH), DANS LE CADRE DE LA TECHNOLOGIE BIPOLAIRE AUTO-ALIGNEE, A EMETTEUR POLYSILICIUM GRAVE DEVELOPPEE AU CNET-MEYLAN. L'HETEROJONCTION SIGE-SI PERMET DE REDUIRE LA RESISTANCE DE LA BASE SANS DEGRADER LE GAIN DU TRANSISTOR ET D'OBTENIR DE FAIBLES TEMPS DE TRANSIT. NOUS PRESENTONS LA NOUVELLE STRUCTURE EMETTEUR-BASE ET L'INTEGRATION TECHNOLOGIQUE DE LA BASE MINCE EPITAXIEE SIGE DANS LE PROCEDE DE FABRICATION BIPOLAIRE. PUIS LE FONCTIONNEMENT ET LES PROPRIETES PHYSIQUES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION SONT DECRITES. L'ANALYSE STATIQUE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE L'EFFET DE LA PERIPHERIE DES TRANSISTORS DANS LES VERSIONS MUREES ET NON MUREES, EN PARTICULIER DU POINT DE VUE DES COURANTS DE FUITE. LA CARACTERISATION DYNAMIQUE DE CES COMPOSANTS A REVELE L'IMPACT DU DOPAGE DU COLLECTEUR (EFFET KIRK PREMATURE) SUR LA FREQUENCE DE TRANSITION DU TRANSISTOR, CECI A PARTIR DE L'EXTRACTION DES PARAMETRES DU CIRCUIT EQUIVALENT. L'ETUDE DES PROPRIETES PHYSIQUES A BASSE TEMPERATURE A PERMIS DE DISSOCIER LA REDUCTION DE LA BANDE INTERDITE DE LA BASE DUE AU GERMANIUM DE CELLE DUE AU FORT DOPAGE. NOUS AVONS EGALEMENT MIS EN EVIDENCE LA PRESENCE DE BARRIERES DE POTENTIEL PARASITES DE PART ET D'AUTRE DE LA BASE, NOTAMMENT DANS LE CAS DES TRANSISTORS DE PETITE GEOMETRIE. AINSI NOUS AVONS PU EXPLIQUER LE FONCTIONNEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE DES TBH REALISES AU CNET MEYLAN.
Author: Julien Duvernay
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Languages : fr
Pages : 232
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Book Description
Récemment, les transistors bipolaires de type pnp sur silicium ont connu un regain d’intérêt avec le développement des technologies BiCMOS complémentaires. De plus, en utilisant un substrat SOI mince au lieu d’un substrat massif, les caractéristiques des transistors MOS et des composants passifs s’en trouvent améliorées. Le travail effectué durant cette thèse a pour objet la mise au point et l’étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGeC de type pnp sur SOI mince performants, en vue de leur intégration dans une technologie BiCMOS SiGe complémentaire sur SOI mince
