Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance

Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance PDF Author: Patrice Souverain
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Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance

Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance PDF Author: Patrice Souverain
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Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance

Optimisation du comportement électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction HF de puissance PDF Author: PATRICE.. SOUVERAIN
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CE TRAVAIL EST UNE CONTRIBUTION A L'OPTIMISATION DU COMPORTEMENT ELECTROTHERMIQUE DES TBHS DESTINES A L'AMPLIFICATION R.F DE PUISSANCE. CEUX-CI SOUFFRENT EN EFFET D'UN AUTOECHAUFFEMENT IMPORTANT LIE A LA FAIBLESSE DE LA CONDUCTIVITE THERMIQUE DU GAAS ET NECESSITENT UNE OPTIMISATION SPECIFIQUE. UNE MODELISATION ELECTROTHERMIQUE MONTRE QUE L'ON PEUT ATTENDRE DES DISPOSITIFS ETUDIES UN ACCROISSEMENT DE LA PUISSANCE DYNAMIQUE DE SORTIE DE 50% EN REDUISANT LEUR RESISTANCE THERMIQUE, R T H, D'UN FACTEUR 3. L'ETUDE 3D DE L'ECOULEMENT DE LA CHALEUR DANS CES DISPOSITIFS MET EN EVIDENCE L'INFLUENCE DE LA TOPOLOGIE DE LA SOURCE ET DE LA DENSITE DE PUISSANCE DISSIPEE SUR LA DETERMINATION DE R T H. LE CHOIX D'UNE NOUVELLE TOPOLOGIE D'EMETTEUR (A E = 6 60 M) EST AINSI JUSTIFIE. CETTE ETUDE MONTRE DE PLUS QUE MALGRE LE ROLE ESSENTIEL DES PONTS A AIR DANS L'EVACUATION DE LA CHALEUR (R T H REDUITE DE 37%), LA FAIBLE CONDUCTIVITE THERMIQUE DU SUBSTRAT EN ASGA RESTE LA CAUSE PRINCIPALE DES FORTES ELEVATIONS DE TEMPERATURE. DANS CES CONDITIONS, LE REMPLACEMENT DU SUBSTRAT GAAS PAR UN MATERIAU DE MEILLEURE CONDUCTIVITE THERMIQUE (SI, ALN, DIAMANT) APPORTE UNE REDUCTION SENSIBLE DE R T H (78% POUR LE DIAMANT). DEUX TYPES DE REPORT DES COUCHES ACTIVES DE TBHS SONT DONC MIS EN UVRE. IL S'AGIT D'UNE PART DU REPORT PAR LIFT OFF EPITAXY (LOE) SUR SUBSTRAT SILICIUM, ET D'AUTRE PART DU REPORT PAR BRASURE DES COUCHES ACTIVES INVERSEES SUR LES SUBSTRATS ALN ET DIAMANT. LE JOINT DE BRASURE EST DE FAIBLE EPAISSEUR (3 M) POUR MINIMISER R T H ET EST REALISE PAR INTERDIFFUSION LIQUIDE-SOLIDE IN-AU A BASSE TEMPERATURE (180\C) AFIN DE REDUIRE LES CONTRAINTES THERMOMECANIQUES. FINALEMENT, LE PROCESSUS DE FABRICATION DES TBHS SUR CES STRUCTURES EST DECRIT ET PRECISE LES ETAPES TECHNOLOGIQUES A OPTIMISER. L'APPORT DU SUBSTRAT ALN EST CONFIRME A L'AIDE D'UN TBH DE 100 100 M 2 CARACTERISE EN REGIME STATIQUE. ENFIN, LA CARACTERISATION ELECTROTHERMIQUE DES TBHS REALISES VALIDE LES RESULTATS DE L'ANALYSE THERMIQUE.

Modèle électrothermique distribué de transistor bipolaire à hétérojonction

Modèle électrothermique distribué de transistor bipolaire à hétérojonction PDF Author: Marie Anne Pérez
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Pages : 183

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CE TRAVAIL CONSTITUE UNE NOUVELLE APPROCHE SUR LA MODELISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION ET SON UTILISATION POUR LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT. UN RECAPITULATIF DE LA TECHNIQUE DE MODELISATION DE TBH DEVELOPPEE A L'IRCOM EST EXPOSE. LA NOUVELLE APPROCHE CONCERNE LA DISTRIBUTION THERMIQUE DU MODELE ET SA VALIDATION EN PETIT SIGNAL. CETTE DISTRIBUTION THERMIQUE NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE PHENOMENE DE CRUNCH PRESENT DANS LES TBH MULTIDOIGTS. NOUS AVONS PU SIMULER LES CONSEQUENCES DU CRUNCH EN COMPORTEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE. CE MODELE DE TBH NOUS A AUSSI PERMIS D'ABORDER UNE CONCEPTION D'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE OPTIMISE EN TEMPERATURE. UN AMPLIFICATEUR EN BANDE X A ETE CONCU ET REALISE. UNE ANALYSE DE STABILITE A ETE UTILISEE POUR PREDIRE LES PROBLEMES D'OSCILLATIONS. LES MESURES EN BOITIER DE CET AMPLIFICATEUR EN PETIT SIGNAL ET EN PUISSANCE NOUS PERMETTENT DE VALIDER LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION AINSI QUE LE MODELE ELECTROTHERMIQUE UTILISE.

Modélisation électrothermique des Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) pour les applications de puissance à haut rendement en bande X

Modélisation électrothermique des Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) pour les applications de puissance à haut rendement en bande X PDF Author: François Dhondt
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Pages : 400

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De part leur forte densité de puissance potentielle (10 w/mm contre 1 à 2w/mm pour les HEMT), les transistors bipolaires a hétérojonction (TBH) sont des composants de choix pour les applications monolithiques de forte puissance et à haut rendement. Cependant leur loi d'injection spécifique et la mauvaise conductivité thermique de l'AsGa les prédispose à des phénomènes d'emballement thermiques nuisibles pour leur fiabilité et leur niveau de performances. Les solutions mises en oeuvre pour stabiliser thermiquement les TBH (drain thermique, résistance de ballast) induisent des éléments parasites néfastes au comportement hyperfréquence du transistor. Notre travail a donc consisté dans le développement d'un modèle global de TBH multidoigts permettant une approche autocohérente des phénomènes électriques et thermiques. Pour cela, partant de modèle physiques non-stationnaires 1d et 2d de TBH nous extrayons les modèles électriques intrinsèques de transistor monodoigt paramètres en température pour chaque point de fonctionnement. Les éléments extrinsèques et les liaisons électriques entre les différents doigts sont caractérisés par des simulations électromagnétiques 3d. Enfin, une solution numérique non-linéaire de l'équation de la chaleur (3d régime établi, 2d en régime transitoire) couplée de façon autocoherente aux modèles électriques par une procédure d'équilibrage thermique permet une détermination réaliste des performances hyperfréquences de TBH multidoigts avec prise en compte des effets thermiques doigt a doigt.

OPTIMISATION ET MODELISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION GAINP/GAAS. APPLICATION AUX AMPLIFICATEURS MONOLITHIQUES DE PUISSANCE, BANDE X

OPTIMISATION ET MODELISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION GAINP/GAAS. APPLICATION AUX AMPLIFICATEURS MONOLITHIQUES DE PUISSANCE, BANDE X PDF Author: Didier Floriot
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Pages : 311

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L'OBJET DU TRAVAIL PRESENTE DANS CE MEMOIRE CONCERNE L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE HYPERFREQUENCE A HAUT RENDEMENT, EN BANDE X, A BASE DE TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (HBT) GAINP/GAAS. CE MEMOIRE EST DIVISE EN DEUX PARTIES: LA PREMIERE DEBUTE PAR L'ETUDE DU TRANSISTOR OU DOIGT ELEMENTAIRE PERMETTANT UN FONCTIONNEMENT OPTIMAL EN BANDE X ET ABOUTIT A L'OPTIMISATION DU TRANSISTOR MULTI-DOIGTS DE PUISSANCE. LA SECONDE PRESENTE DIFFERENTS AMPLIFICATEURS MONOLITHIQUES DE PUISSANCE (MMIC) OU UNE NOUVELLE TOPOLOGIE DE COMBINAISON EST MISE EN UVRE. L'INTERET DE L'INTERFACE GAINP/GAAS POUR L'APPLICATION TRANSISTOR DE PUISSANCE EST DANS UN PREMIER TEMPS TRAITE. LE CHOIX D'UNE EPITAXIE EST DISCUTE A PARTIR DES PRINCIPAUX PARAMETRES STATIQUES ET DYNAMIQUES (EFFET KIRK), PUIS UNE TOPOLOGIE DE DOIGT D'EMETTEUR EST PROPOSEE. IL EST NOTAMMENT MONTRE L'ASPECT 3D DU COUPLAGE ELECTRO-THERMIQUE. LA TOPOLOGIE DU TBH MULTI-DOIGTS EST OPTIMISEE D'UN POINT DE VUE THERMIQUE ET ELECTRIQUE. DES EFFETS DISTRIBUES SONT MIS EN EVIDENCE DANS LA STRUCTURE, ENTRAINANT UN FONCTIONNEMENT NON-HOMOGENE DES DOIGTS AINSI QU'UN COUPLAGE ELECTRO-THERMIQUE DE DOIGT A DOIGT. DES PUISSANCES DE 0.4 A 1W SONT OBTENUES AVEC DES RPA DE 40 A 55%. DES AMPLIFICATEURS TBH DE PUISSANCE MMIC SONT EXPOSES ET CONDUISENT A DIFFERENTS RESULTATS. UNE NOUVELLE TOPOLOGIE D'INTEGRATION EST EXPOSEE. CELLE-CI PERMET DE REDUIRE LA SURFACE DE GAAS OCCUPEE ET AMELIORE CONSIDERABLEMENT LE BILAN THERMIQUE DE LA STRUCTURE. DES PUISSANCES DE 1,2.5 ET 5.3W SONT OBTENUS EN BANDE X (10GHZ) ET KU AVEC DES RPA ASSOCIES DE 30 A 35%. CES RESULTATS SE CLASSENT PARMI LES MEILLEURS OBTENUS A L'AIDE DE LA TECHNOLOGIE DE TRANSISTORS DE PUISSANCE, ET DEMONTRE L'INTERET DE L'HETEROJONCTION GAINP/GAAS

Modelisation electrothermique des transistors bipolaires a heterojonction (TBH) pour les applications de puissance a haut rendement en bande X

Modelisation electrothermique des transistors bipolaires a heterojonction (TBH) pour les applications de puissance a haut rendement en bande X PDF Author: François Dhondt
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Modélisation électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction

Modélisation électrothermique des transistors bipolaires à hétérojonction PDF Author: Thierry Peyretaillade
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Pages : 217

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CE TRAVAIL, PROPOSE PAR LE C.N.E.S., RENTRE DANS LE CONTEXTE D'UNE ACTION R&D DESTINEE A DEMONTRER LES POTENTIALITES OFFERTES PAR LE TBH. DANS LE BUT DE CONCEVOIR DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN TECHNOLOGIE M.M.I.C., UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DU TBH A ETE DEVELOPPE. LA DETERMINATION DE CE MODELE REPOSE SUR UNE CARACTERISATION IMPULSIONNELLE DU TRANSISTOR PERMETTANT D'OBTENIR LES EVOLUTIONS NON LINEAIRES DE SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DE JONCTION. UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DE TBH TENANT COMPTE DES EFFETS NON QUASI STATIQUES DU TRANSISTOR A ETE DETERMINE. APRES UNE VALIDATION DU MODELE SUR DIFFERENTS ECHANTILLONS ET SUR LA CONCEPTION D'UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT DE TYPE CLASSE F EN BANDE S, NOUS AVONS ETUDIE LE PHENOMENE D'INSTABILITE THERMIQUE (EFFET CRUNCH) APPARAISSANT DANS LES TRANSISTORS MULTIDOIGTS. FINALEMENT, LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN BANDE X EST ETUDIEE. CETTE ETUDE A ETE INTEGRALEMENT CONDUITE A PARTIR DE L'UTILISATION CONJOINTE DU MODELE NON LINEAIRE ET DES LOGICIELS DE C.A.O. LA QUALITE DES RESULTATS OBTENUS DES LA PREMIERE FABRICATION, VALIDE LE MODELE DEVELOPPE ET TEMOIGNE DE L'EFFICACITE DE LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION EMPLOYEE.

Optimisation technologique des transistors bipolaires hyperfréquence de puissance à hétérojonction GaAs/GaAlAs

Optimisation technologique des transistors bipolaires hyperfréquence de puissance à hétérojonction GaAs/GaAlAs PDF Author: Hugues Granier
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LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAAS/GAALAS (TBH) PRESENTE DE FORTES POTENTIALITES POUR L'AMPLIFICATION HYPERFREQUENCE DE PUISSANCE. CE MEMOIRE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION A L'OPTIMISATION D'UN PROCESSUS TECHNOLOGIQUE DE FABRICATION DE CE TRANSISTOR POUR CE DOMAINE D'APPLICATION. DANS LA PREMIERE PARTIE, UNE ETUDE THEORIQUE DU COMPORTEMENT ELECTRIQUE DU TBH NOUS A PERMIS D'ETABLIR UN MODELE ELECTRIQUE EN REGIME STATIQUE ET DYNAMIQUE PETIT SIGNAL. A PARTIR DE CE MODELE, NOUS AVONS ETUDIE LES PHENOMENES LIMITATIFS DES PERFORMANCES, EN INSISTANT SUR LA FOCALISATION LONGITUDINALE DU COURANT LE LONG DE L'EMETTEUR ET SUR LES PHENOMENES THERMIQUES. DANS LA SECONDE PARTIE, NOUS DRESSONS NOTRE AVANT-PROJET DE STRUCTURE DE PUISSANCE A PARTIR DE L'ETAT DE L'ART PUBLIE DANS LA LITTERATURE ET DES MOYENS TECHNOLOGIQUES A NOTRE DISPOSITION. LE TROISIEME CHAPITRE DECRIT DE FACON DETAILLEE LES TRAVAUX MENES POUR LA MISE EN UVRE ET L'OPTIMISATION DE CHACUNE DES ETAPES TECHNOLOGIQUES NECESSAIRES A LA REALISATION DE TBH DE PUISSANCE: EPITAXIE DES COUCHES, REALISATION DES CONTACTS, GRAVURE IONIQUE REACTIVE DES MESAS, PRISE DES CONTACTS PAR DES PONTS A AIR. DANS LA DERNIERE PARTIE, UNE CARACTERISATION ELECTRIQUE PRECISE TANT EN REGIME STATIQUE QUE DYNAMIQUE, NOUS A PERMIS D'EXTRAIRE LES PARAMETRES DU MODELE ELECTRIQUE DU TBH. LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES ATTEINTES PAR UN TRANSISTOR A UN DOIGT D'EMETTEUR DE 10X2001#2 SONT UNE FREQUENCE DE TRANSITION DE 20 GHZ ET UNE FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION DE 13 GHZ. A 2 ET 4 GHZ, NOUS AVONS RELEVE UNE PUISSANCE DISSIPEE EN SORTIE DE 650 MW AVEC UN RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE DE 60%.

Conception et réalisation de transistors bipolaires hyperfréquence de puissance à hétérojonction GaAs-GaAIAs

Conception et réalisation de transistors bipolaires hyperfréquence de puissance à hétérojonction GaAs-GaAIAs PDF Author: Thierry Camps
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Pages : 140

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Optimisation des conditions de fonctionnement du transitor bipolaire à hétérojonction pour l'amplification de puissance à haut rendement

Optimisation des conditions de fonctionnement du transitor bipolaire à hétérojonction pour l'amplification de puissance à haut rendement PDF Author: Alain Mallet
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Pages : 253

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L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST D'EVALUER LES POTENTIALITES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) POUR L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT INDISPENSABLE POUR LES SYSTEMES DE RADIOCOMMUNICATIONS MOBILES. APRES LA DESCRIPTION DES MOYENS DE CARACTERISATIONS DE TRANSISTORS DE PUISSANCE DISPONIBLES AU SEIN DU LABORATOIRE, LES DEVELOPPEMENTS DE METHODOLOGIES ET D'OUTILS DE SIMULATION ET D'OPTIMISATION ET DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE SONT PRESENTES. LES POTENTIALITES DU TBH POUR L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT A 1.8 GHZ SONT EVALUEES PAR L'UTILISATION INTENSIVE DES OUTILS D'OPTIMISATION DEVELOPPES. UN MODE DE FONCTIONNEMENT OPTIMAL EN RENDEMENT SPECIFIQUE AU TBH EST DEMONTRE. ENSUITE, LES PERFORMANCES THEORIQUES EN TERMES DE PUISSANCE, DE RENDEMENT ET DE LINEARITE D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION ET D'UN TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP DE DIMENSIONS SIMILAIRES SONT COMPARES. DES VALIDATIONS EXPERIMENTALES POUR UN FONCTIONNEMENT EN MONOPORTEUSE ET EN BIPORTEUSE SONT PRESENTEES. DEUS CONCEPTIONS D'AMPLIFICATEURS A BASE DE TBH EN BANDE L ET S RESPECTIVEMENT EN TECHNOLOGIE HYBRIDE ET MMIC SONT DECRITES DANS CE MEMOIRE. LES MESURES EFFECTUEES SUR L'AMPLIFICATEUR EN TECHNOLOGIE HYBRIDE CONFIRMENT LES POTENTIALITES DU TBH DANS LE DOMAINE DES RADIOCOMMUNICATIONS. EN EFFET, UN RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE DE 77% A ETE MESURE POUR UNE FAIBLE POLARISATION DE SORTEI (3,3 V)