Réalisation et caractérisation de transistors à effet de champ à hétérojonction de la filière AlInAs-GaInAs pour applications en ondes millimétriques PDF Download
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Author: Hervé Fourre
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Languages : fr
Pages : 184
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Book Description
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: 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 : 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: Virginie Hoel
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Languages : fr
Pages : 0
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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.
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: Pascal Chevalier (ingénieur)
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Thierry Parenty
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Languages : en
Pages : 278
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L'amélioration continue des performances fréquentielles des composants électroniques, n'a cessé d'ouvrir de nouvelles perspectives pour de multiples applications. S'appuyant sur l'expérience de l'IEMN, l'objectif de cette thèse a été de développer des circuits intégrés pour les applications au delà de 100GHz (Radiométrie, Radioastronomie, Radar, Télécommunications haut débit, Métrologie de polluants,...). Ce sujet aborde deux thèmes principaux: La réalisation de transistor à effet de champ à hétérojonction HEMT (High Electron Mobility Transistor) de la filière AlInAs/GalnAs sur substrat d'lnP pouvant répondre à nos objectifs, puis la conception et la réalisation de différents circuits intégrés en bande G (140 - 220 GHz). Dans le premier chapitre, nous introduisons le HEMT et dressons un état de l'art de sa technologie et de ses performances fréquentielles. Puis, nous discutons des paramètres à optimiser pour accroître les performances électriques des HEMTs. Enfin nous présentons le procédé de fabrication pour obtenir des HEMTs de longueur de grille de 70 nm et rapportons les résultats de leur caractérisation électrique. Les meilleurs résultats obtenus sont un fT de 270 GHz et un fmax de 470 GHz, ceux-ci se situent au niveau des meilleurs résultats mondiaux en terme de compromis fT-fmax. Dans la seconde partie de ce travail, nous avons conçu des amplificateurs à 140 et 180 GHz, un oscillateur à 140 GHz et des VCOs à 140 GHz. Concernant les amplificateurs, les résultats de simulation laissent espérer un gain par étage de 7 et 3,5 dB à respectivement 140 et 180 GHz. Pour les VCOs, nous avons envisagé diftërentes topologies, cependant la bande d'accord la plus élevée pourrait atteindre 7,5 GHz. A l'heure actuelle, la fabrication des circuits n'a pu être achevée. Cependant nous avons réalisé l'ensemble des dispositifs passifs constituant les circuits, sur ceux-ci des mesures de paramètres S ont été réalisés jusque 220 GHz. Ces mesures ont montré une bonne concordance avec les résultats de simulation, pour les éléments test ainsi que les réseaux d'adaptation. Ces résultats valident les modèles des éléments passifs, et nous permet d'envisager positivement la réalisation d'un circuit complet.
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: Frédéric Diette
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Languages : fr
Pages : 0
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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: Louis Giraudet
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Languages : fr
Pages : 193
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Book Description
Ce travail s'articule suivant deux axes : - l'étude des propriétés de transport des électrons dans le canal du transistor, pour laquelle a été développée une méthode originale de mesure d'effet hall différentiel sur biseau. cette étude a conduit a l'emploi de couches tampons en algainas pour séparer le canal du substrat inp semi-isolant. - la réalisation de transistors à effet de champ utilisant un contact de grille métal semi-conducteur. l'obtention de très faibles courants de fuite nécessite l'emploi d'une barrière en alinas entre la grille métallique et le canal en gainas. les transistors a transconductance élevée (200 ms/mm pour une longueur de grille de 1 mu m) présentent des fréquences de coupures élevées (206 hz)
