Transistors a effet de champ a heterojonction a grille submicrometrique : modelisation des performances limites et comparaison avec les mesures PDF Download
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Author: Khaled Yazbek
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Author: Khaled Yazbek
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Author: Poul-Erik Schmidt
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Languages : en
Pages : 176
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This work is devoted to the study of Semiconductor Insulator Semiconductor Field Effect Transistors (SISFET), a promising device for integrated circuits, since very good threshold voltage control and uniformity can be obtained, and it should be possible to realize complementary circuits. During this work we have for the first time successfully grown and processed pseudomorphic GaAs/GalnAs/A1GaAs SISFET.From electrical measurements and modelling the residual doping level, and the effective barrier height of the A10.4Ga0.6As barrier layer has been deduced. Photoluminescense measurements have been performed on the pseudomorphic structures in order to determine the Indium content of the GainAs layer.A self-aligned technology has been established in order to fabricate high performance devices. The process includes first an anisotropic etch of the gate using Reactive Ion Etching. Next a silicon nitride sidewall is formed. A self-aligned ion implantation followed by rapid thermal annealing is used to form highly doped source and drain contacts. DC characterizations are presented. For 1μm SISFETs state-of-the-art results have been obtained, with a transconductance of 240 mS/mm. The transconductance of the pseudomorphic SISFET is even higher with a maximum value of 273 mS/mm. Our SISFET's have a source resistance of only 0.16 Ωmm which is the lowest ever reported. A very good on-wafer threshold voltage uniformity has been obtained with a standard deviation of only 11mV for the conventional SISFETs.Hot electron effects have been observed and are discussed. We show that this induces a negative differential resistance regime in the the drain current characteristics
Author: Karim Bellahsni
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Languages : fr
Pages : 180
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Dans ce travail, un modèle Monte Carlo bidimensionnel, tenant compte du courant grille a été développé afin d'étudier le fonctionnement et de prédire les performances des transistors à effet de champ à hétérojonctions à grille isolée. Le premier chapitre est consacré, d'une part à la présentation générale du composant à grille isolée MIS-LIke-FET AlGaAs/GaAs, de sont intérêt et de ses domaines d'applications et d'autre part, à la description de la méthode de simulation que nous avons mise au point. Une étude complète du fonctionnement d'un composant MIS-LIke-FET AlGa/GaAs autoaligné est effectuée dans le deuxième chapitre. Les différents mécanismes physiques à l'origine de l'effet de résistance différentielle négative sont particulièrement examinés. Dans le troisième chapitre, nous étudions l'influence de nombreux paramètres technologiques sur les performances du MIS-Like-FET AlGaAs/GaAs et principalement sur les conditions d'obtention d'un régime optimal de résistance différentielle négative. Une comparaison théorie-expérience est effectuée. Le quatrième chapitre est consacré à la présentation et à l'étude du fonctionnement du transistor D.M.T. AlGaAs/GaAs qui dérive du MIS-Like-FET AlGaAs/GaAs par l'utilisation d'un canal dopé et qui permet d'obtenir un courant beaucoup plus important que ce dernier. Dans un but prospectif, le cinquième chapitre traite du fonctionnement et des performances des transistors MIS-Like-FET et D.M.T. composés d'hétérostructures AlInAs/GaInAs présentant des propriétés de transport électronique plus intéressantes que AlGaAs/GaAs
Author: Philippe Dollfus
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Languages : fr
Pages : 156
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Ce travail porte sur l'étude d'un transistor appelé HIGFET (Heterojunction Insulated Gate FET) qui offre les avantages des hautes mobilités du TEGFET (ou HEMT) tout en adoptant le principe d'une grille isolée. Le HIGFET exploite un canal d'électrons accumulés contre une hétéro-interface épitaxiée en accord de maille. Le matériau grand gap sur lequel est déposé l'isolant n'a ici qu'un rôle d'espaceur : il s'interpose entre les électrons de conduction et les défauts de l'interface isolant amorphe-semiconducteur qui affectent le transport des électrons froids dans la zone de commande (entrée du canal) du MISFET à accumulation. Le premier chapitre commence par un bref rappel sur le principe des différentes structures comparables au HIGFET (HEMT, SISFET, MISFET). Nous faisons ensuite la synthèse se des données expérimentales concernant les paramètres physiques et technologiques importants pour l'élaboration et le fonctionnement du transistor. Le second chapitre consiste en une première approche du fonctionnement du HIGFET sous l'aspect du contrôle du canal par la grille en fonction des paramètres physiques des matériaux envisagés et en tenant compte de l'état de l'art technologique; à cet effet, un logiciel de simulation du comportement capacitif de diodes MISS (métal-isolant-semiconducteurs) unidimensionnelles a été mis au point. Le troisième chapitre rend compte de simulations Monte-Carlo de structures HIGFET Si02/lnA1As/GaInAs et Si02/lnP/GalnAs sur substrat InP. Ces modélisations ont permis décrire le transport des électrons dans le canal et d'évaluer les performances intrinsèques du composant.
Author: Frédéric Aniel
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Languages : fr
Pages : 340
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CETTE THESE PORTE SUR L'ETUDE AUX BASSES TEMPERATURES, DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP A HETEROJONCTION A MODULATION DE DOPAGE (HEMT) SUR GAAS, DE TRES FAIBLE LONGUEUR DE GRILLE. L'OBJECTIF EST DE TIRER PARTIE DE LA RAPIDITE INTRINSEQUE DES HEMTS SUBMICRONIQUES REFROIDIS POUR DES APPLICATIONS POTENTIELLES QUI PEUVENT ALLER DE LA RADIOASTRONOMIE MILLIMETRIQUE AUX CIRCUITS ULTRA-RAPIDES. SONT D'ABORD PRESENTES LES PRINCIPAUX EFFETS PHYSIQUES ATTENDUS A BASSE TEMPERATURE, PUIS LES OUTILS ET LES METHODOLOGIES UTILISES AU COURS DE L'ETUDE: UN MODELE QUASI-BIDIMENSIONNEL ORIGINAL DU HEMT A BASSE TEMPERATURE, UNE STATION CRYOGENIQUE DE MESURES MICROONDES SOUS POINTES SUR TRANCHE, ORIGINALE PAR LA PRECISION DES MESURES. LA VERSATILITE DE LA STATION EST ILLUSTREE PAR DES ETUDES DE SPECTROSCOPIE DE PIEGES, DE CARACTERISTIQUES I-V EN IMPULSION, D'ELECTROLUMINESCENCE SUR LES TROIS FAMILLES DE HEMTS CONVENTIONNELS ET PSEUDOMORPHIQUES ANALYSEES. L'ETUDE ANALYSE UNE GRANDE QUANTITE DE DONNEES EXPERIMENTALES SUR LES HEMTS ETUDIES SOUS ECLAIREMENT ENTRE 300K ET 50K, EN PARTICULIER DES DONNEES STATIQUES ET MICROONDE METTANT EN EVIDENCE DES AMELIORATIONS SIGNIFICATIVES DE FREQUENCE DE COUPURE POUR LES COMPOSANTS LES PLUS LONGS TANDIS QUE LES PERFORMANCES DES COMPOSANTS LES PLUS COURTS SATURENT, CONFIRMANT DES EFFETS NEFASTES DU PIEGEAGE DE PORTEURS. DES MESURES D'ELECTROLUMINESCENCE PERMETTENT DE CORRELER DIFFERENTS RESULTATS DE DLTS COURANT, DE SIMULATIONS THERMIQUES, ET DES OBSERVATIONS DE COURANTS DE TROUS DUS A L'IONISATION PAR CHOC DANS LE CANAL. L'OBTENTION DE BONNES CARACTERISTIQUES A DES TENSIONS DE POLARISATION PLUS FAIBLES QU'A 300K EST ENCOURAGEANTE POUR DES APPLICATIONS CRYOGENIQUES. L'ETUDE MONTRE CLAIREMENT QUE L'ANALYSE CRYOGENIQUE DE COMPOSANTS SUBMICRONIQUES SUR TRANCHE EST UN OUTIL PUISSANT DE COMPREHENSION DE LA PHYSIQUE DE CES TRANSISTORS
Author: Bogdan Iulian Georgescu
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Languages : fr
Pages : 147
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Les communications par fibre optique sont un domaine en pleine expansion des nos jours. Leur développement est conditionné de l'existence de circuits et de dispositifs optoélectroniques et de haute performance. Les propriétés optiques des matériaux III-V a base de phospure d'indium, bien adaptes aux longueurs d'onde privilégiées de transmission par la fibre optique en silice ont fait de ces matériaux des très bons candidats pour la fabrication des circuits et dispositifs optoélectroniques. Cependant, l'intégration monolithique de composants optiques et de circuits sur la même puce est pénalisée par des effets parasites: effet de coude, commutation retardée de grille ou de drain, le bruit en excès dans les transistors. Ces comportements peuvent être induits par des pièges profonds qui sont en général des perturbations dans le réseau cristallin. Pour cette raison, notre travail s'est penche sur l'analyse du rôle des pièges sur les performances électriques des transistors afin de permettre la mise au point d'un transistor a effet de champ à hétérojonction pour les photo-detectors. Notre étude comporte deux grandes parties. L’analyse de défauts profonds, pour laquelle trois techniques ont été réalisées: spectroscopie de transitoire de défauts profonds, mesures de dispersion en fréquence de la conductance drain-source et les mesures de bruit basses fréquences. Les résultats ont montre que ces techniques de caractérisation sont bien adaptées pou l'étude sur le transistor a effet de champ et que nous pouvons les utiliser de f acon complémentaire. La deuxième partie est consacrée à une étude détaillée de l'effet de coude (kink). Nous analysons l'évolution de cet effet avec la température, avec la fréquence d'excitation et avec l'éclairage. Ces résultats ainsi que les mesures de photo capacité et l'évolution du courant de grille avec la température, nous ont permis de présenter un modèle qui explique l'effet de coude observe sur ces transistors.
Author: PHILIPPE.. CARER
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CE TRAVAIL PORTE SUR L'ETUDE ET LA MODELISATION DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP (FET) INGAAS POUR INTEGRATION MONOLITHIQUE AVEC UNE PHOTODIODE PIN DANS LE PHOTORECEPTEUR PIN-FET. APRES UNE PRESENTATION DES PRINCIPALES STRUCTURES DE FET DEVELOPPEES SUR INGAAS, DE LEURS DOMAINES D'APPLICATION ET PLUS PARTICULIEREMENT DE L'INTEGRATION OPTO-ELECTRONIQUE DU PHOTORECEPTEUR PIN-FET, NOUS RAPPELONS LES PROPRIETES PHYSIQUES ET DE TRANSPORT DES MATERIAUX 3-5 EN INSISTANT SUR LES VALEURS DES COEFFICIENTS D'IONISATION D'INGAAS. DIFFERENTS MODELES UNIDIMENSIONNELS DE TRANSISTORS FET S'APPUYANT SUR DES RESOLUTIONS ANALYTIQUES OU NUMERIQUES DES EQUATIONS REGISSANT LA PHYSIQUE DES SEMICONDUCTEURS, ET LES MODELES C.A.O. SONT PRESENTES. LES METHODES DE CARACTERISATION STATIQUE ET DYNAMIQUE SONT EXPLICITEES AU CHAPITRE SUIVANT. NOUS ETUDIONS ENSUITE L'EXCES DE COURANT DE FUITE DE GRILLE DES TRANSISTORS INGAAS ET SES VARIATIONS AVEC LA TEMPERATURE. UNE COMPARAISON DE CE PHENOMENE ENTRE LES TRANSISTORS FET INGAAS ET SILICIUM EST EFFECTUEE. CE PHENOMENE PARASITE EST MODELISE A L'AIDE D'UN MODELE DISTRIBUE POUR LES FET, INCLUANT L'HYPOTHESE D'IONISATION PAR IMPACT DE PAIRES ELECTRON-TROU DANS LE CANAL DU TRANSISTOR. PUIS LES PROPRIETES DE BRUIT DES FET INGAAS SONT ETUDIEES ET COMPAREES A CELLES DE FET GAAS EQUIVALENTS. LES PARAMETRES DE BRUIT DU FET INGAAS SONT DEDUITS DES MESURES. ENFIN LES REPERCUSSIONS DE CES PHENOMENES PARASITES (EXCES DE COURANT DE GRILLE ET DE BRUIT DES FET INGAAS) SUR LES PERFORMANCES DU PIN-FET SONT ANALYSEES
Author: Joe͏̈l Gest
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Languages : fr
Pages : 158
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Dans ce travail, nous étudions les phénomènes physiques de bruit de diffusion dans les composants à hétérojonctions III.V de type TEGFETs. Cette étude est à la fois expérimentale et théorique. Nous commençons ce mémoire par la présentation d'une méthode de mesure de la puissance de bruit créée dans le canal de transistors à effet de champ. Le banc de mesure de la puissance de bruit conçu au départ pour fonctionner à l'ambiante, a été modifié pour permettre des mesures en basse température. Ainsi, il est possible de mesurer des puissances de bruit dans une gamme de fréquence 10 MHz-16 GHz, dans une gamme de température 77 K-293 K. Dans la partie théorique de ce travail, nous avons mis au point un modèle basé sur les équations de relaxation qui nous permet d'aboutir non seulement au calcul de la caractéristique statique ou des paramètres en haute fréquence petit-signal, mais aussi au calcul du bruit de diffusion dans les transistors étudiés. Nous avons montré, entre autres, comment il était possible d'améliorer la caractéristique statique en tenant compte de la variation du pseudo-niveau de Fermi avec l'énergie dans le canal du composant. Pour chaque étape (continu, dynamique, bruit), nous avons systématiquement validé notre modèle par une comparaison théorie/expérience. A en juger les résultats obtenus, nous montrons que ce modèle basé sur les équations de relaxation allie de manière assez rigoureuse et efficace rapidité, précision, et fiabilité
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: Philippe Bourel
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Ce travail présente une étude théorique et expérimentale des transistors à effet de champ à hétérojonctions AlInAs/GaInAs adaptés en maille sur InP. L'analyse théorique est basée sur une simulation de type Monte-Carlo, qui permet de contribuer à une meilleure compréhension des mécanismes de fonctionnement de ces composants, et de prédire leurs performances. Ces résultats sont comparés aux résultats expérimentaux obtenus sur des transistors réalisés au LEP (Laboratoire d'Electronique Philips). Ce travail se décompose en cinq parties essentielles. Dans le premier chapitre, après avoir rappelé le principe de fonctionnement du TEGFET, nous présentons les éléments nécessaires à la mise en œuvre de la méthode de simulation, en explicitant des approximations qu'elle comporte. Le second chapitre est consacré à la détermination des propriétés de transport et des coefficients de diffusion des matériaux AliNaS et GaInAs, ainsi qu'à l'étude des potentialités de l'hétérojonction associée. Une étude théorique exhaustive des TEGFET AlInAs/GaInAs/InP est effectuée dans le troisième chapitre. Les mécanismes physiques régissant le fonctionnement des composants y sont analysés et les performances électriques des divers transistors simulés sont exposées, afin de dégager des directives d'optimisation. Dans le quatrième chapitre, nous effectuons une étude expérimentale des transistors AlInAs/GaInAs/InP où les résultats des caractérisations statiques, basses fréquences et hyperfréquences sont présentés et comparés qualitativement à ceux issus de la simulation. Enfin, le cinquième chapitre consiste en une étude prospective des transistors à effet de champ à grille isolée, utilisant les matériaux AlIAs et GaInAs
