Transistors a effet de champ bigrilles : nouvelle methode de caracterisation et etude experimentale des potentialites en ondes millimetriques PDF Download
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Author: Dominique Langrez
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Author: Dominique Langrez
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Author: Dominique Langrez
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La conception de circuits hyperfrequences requiert une modelisation complete des composants actifs utilises, afin d'optimiser les performances du dispositif envisage. Pour ce faire, il est necessaire de developper des techniques specifiques de caracterisation qui conduisent a l'obtention d'un schema equivalent destine a etre implante au sein d'un simulateur electrique. Ce memoire decrit toute une methodologie de caracterisation mise au point et appliquee pour les transistors a effet de champ de type bigrille, dans le but de concevoir un melangeur millimetrique fonctionnant a 60 ghz. Compte-tenu de la complexite de ce composant specifique, plusieurs etapes sont necessaires pour extraire l'ensemble des elements constituant le schema electrique equivalent. Parallelement a l'elaboration de la procedure de caracterisation, nous avons developpe un banc de mesure sous pointes 3 portes disponible de 1.5 a 26.5 ghz et necessaire pour l'acquisition des parametres de la matrice scattering du tec double grille. Plusieurs transistors de filieres differentes (mesfet, hemt, pm-hemt) ont ete experimentes. Les principaux resultats typiquement obtenus font l'objet d'une presentation et d'une analyse, d'ou il ressort un bon accord avec les predictions theoriques. Nous traitons un dernier aspect concernant l'etude experimentale des potentialites des tecs bigrilles en tant qu'amplificateurs en gamme d'ondes millimetriques. Les limitations actuelles dues aux effets de canal court rencontres avec les structures monogrilles a grille ultra courte ont motive notre demarche. Nous presentons les caracteristiques et les resultats obtenus avec des composants bigrilles utilises en configuration cascode et fabriques au sein du laboratoire. Les performances atteintes comparativement aux tecs monogrilles, ouvrent de larges perspectives pour ce type de transistors.
Author: Mohamed Bouhess
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Pages : 71
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On présente : 1) rappels sur la dynamique électronique non stationnaire et description du modèle et de ses caractéristiques ; 2) adaptation des méthodes de caractérisation du monogrille au bigrille ; 3) validation du modèle théorique ; 4) étude systématique des divers paramètres conduisant à l'optimalisation de la structure ; 5) applications potentielles du tec bigrille
Author: Jean-Baptiste Henry
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La réduction des dimensions des transistors à effet de champ MOS a depuis quelques années ralenti à cause de l'émergence de facteurs parasites tels que la résistance d'accès. En effet, la miniaturisation du canal s'est accompagnée par une diminution de sa résistance tandis que celle des zones d'accès à la frontière avec le canal est restée constante ou a augmenté. L'objectif de cette thèse a été de mettre en place une méthodologie de caractérisation électrique prenant en compte cette composante parasite longtemps considérée négligeable dans le milieu industriel.Dans un premier chapitre, le fonctionnement de la technologie CMOS et la spécificité de son adaptation FD-SOI sont d'abord présentées. La deuxième moitié du chapitre est quant à elle consacrée à l'état de l'art de la caractérisation électrique et de leur position vis-à-vis de la résistance d'accès.Le second chapitre présente une nouvelle méthode d'extraction des composantes parasites résistives et capacitives à l'aide de transistors de longueurs proches. Les résultats obtenus sont ensuite comparés aux modèles existants. De ces derniers, un nouveau modèle plus physiquement pertinent est proposé en fin de chapitre.Le troisième chapitre expose une nouvelle méthode de caractérisation électrique basée sur la fonction Y qui permet une analyse du comportement d'un transistor sur l'ensemble de son régime de fonctionnement. Cette nouvelle méthode est ensuite combinée à celle développée dans le chapitre 2 pour assembler un protocole expérimentale permettant de corriger et d'analyser l'impact des résistances d'accès sur les courbes de courant et les paramètres électriques.Finalement, le dernier chapitre applique la méthodologie vue dans la chapitre précédent à l'étude du désappariement stochastique des transistors. Les résultats obtenus sont ensuite comparés aux méthodes en vigueur dans les domaines industriel et académique qui présentent chacune leurs avantages et leurs inconvénients. La nouvelle méthode ainsi proposée tente de garder le meilleur de chacune de ces dernières.
Author: Hervé Fourre
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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: François Duhamel
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Pages : 222
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La modélisation quasi-bidimensionnelle de transistors à effet de champ offre une grande souplesse d'emploi qui est mise à profit dans le cadre de ce travail pour traiter trois types différents de structures en vue d'établir leurs potentialités en tant qu'amplificateur de puissance ou de mélangeur. Après avoir mis en perspective les composants que nous avons étudiés, nous décrivons les principes de notre modèle et développons les méthodes utilisées en particulier pour déterminer les caractéristiques physiques et électriques des différents transistors. Nous avons, ainsi, pu étudier les potentialités du hemt pseudomorphique sur gaas pour l'amplification de puissance à 60 ghz et souligner l'importance de la longueur et du fosse de grille sur les performances des composants. D'autre part, le même type d'analyse, menée sur le hemt bigrille, a permis de déterminer les conditions de polarisation et la topologie à utiliser dans le cadre d'une utilisation en mélangeur de type faible bruit en bande v. Enfin, une méthode de traitement du misfet gaas basse température reposant sur l'introduction d'une commande de charge spécifique a été mise en oeuvre. Elle permet notamment d'expliquer la dispersion des caractéristiques dynamiques entre le régime statique et le régime dynamique. Les différents résultats obtenus sont confrontés aux données expérimentales et à d'autres types de modèles plus précis afin de valider la méthodologie mise en oeuvre
Author: Christophe Charbonniaud
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Pages : 191
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L’objectif de cette étude est d’évaluer les potentialités des transistors HEMTs AlGaN/GaN pour l’amplification de puissance aux fréquences micro-ondes, à l’aide d’un banc de mesures I(V) et paramètres [S] en régime impulsionnel, et de proposer un modèle précis de ce type de transistors facilement implémentable dans les logiciels de C.A.O. des circuits. Après un passage en revue des différentes technologies disponibles sur le marché pour l’amplification de puissance, les transistors HEMTs grand gap à base de Nitrures de Gallium apparaissent comme des candidats naturels pour ces applications (Figures de mérites de Johnson, ...). Cependant, ces transistors plus que prometteurs ne sont pas exempts de défauts. En effet, plusieurs phénomènes limitatifs inhérents à la technologie GaN, à savoir l’auto-échauffement et les effets des pièges, doivent être pris en compte lors de la conception des circuits micro-ondes. Une étude de ces différents effets limitatifs en terme de puissance est effectuée. Enfin, un modèle non-linéaire électrothermique d’un transistor HEMT 8x125 μm est présenté, et validé à l’aide de deux banc de mesures fonctionnelles (banc Load-Pull et banc LSNA).
Author: Thierry Coupez
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Pages : 192
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L'étude que nous présentons a pour objet la recherche de structures multipuits particulièrement non linéaires, en vue d'applications en mélangeur ou en multiplicateur de fréquence, en gammes millimétriques. Des simulations quasi-statiques et dynamiques petit signal ont été réalisées à l'aide d'un programme de contrôle de charge. Celui-ci est basé sur la résolution autocohérente des équations de Poisson et de Schrodinger. Le choix de la technique du plan de dopage confère à la structure une meilleure compacité et un meilleur contrôle électronique dans les canaux. Conjointement à ces simulations, des transistors à effet de champ ont été réalisés et caractérisés. Pour satisfaire le critère de montée en fréquence, les structures de ces composants ont été limitées à deux puits de potentiel. Une comparaison essentiellement qualitative entre les évolutions de transconductance théoriques et expérimentales a montré que la non-linéarité du profil dépend fortement de la charge dopante introduite dans le plan de dopage intercalé entre les deux puits quantiques. Des divergences entre la théorie et l'expérience sot apparues pour des valeurs atteignant 4,8.1012 at/cm2. Elles remettent ainsi en cause, pour le dopage planaire, le modèle d'ionisation des atomes donneurs à un seul niveau d'énergie d'activation. Une étude exclusivement théorique portant sur la multiplication de fréquence a été menée à l'aide d'un logiciel de CAO : microwave design simulator. L'exploitation des profils de transconductance et de courant de drain montre l'importance du choix de la polarisation de grille et de la puissance disponible à l'entrée du transistor sur les performances du processus de multiplication
Author: Jacques Wyrwinski
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Languages : fr
Pages : 192
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Des travaux faits antérieurement au centre hyperfréquences et semiconducteurs avaient laissé entrevoir que le TEC AsGa bigrille devrait avoir une tenue en tension de claquage très supérieure à celle du TEC AsGa monogrille et, en conséquence, présenter des possibilités en amplification de puissance microonde supérieures. C'est sur cette question qu'ont porté les travaux de J. Wyrwinski. Dans une première phase, il a procédé à une étude systématique du claquage du TEC AsGa bigrille dans différentes configurations de polarisations et de charges hyperfréquences et mis en évidence la très nette supériorité de ce composant sur le TEC AsGa monogrille. Dans une deuxième phase, il a effectué la comparaison TEC bigrille - TEC monogrille en amplification de puissance microonde, montre les corrélations avec la tenue au claquage et, ayant mis en évidence une apparition plus rapide de la saturation pour le TEC bigrille, il en a analysé les mécanismes sur la base d'une simulation grand signal utilisant le logiciel de C.A.O. Spice. Dans une deuxième phase, il a procédé à une approche prospective des possibilités amplificatrices d'une configuration très particulière du TEC bigrille, avec sortie sur la deuxième grille, et montre que cette configuration peut être utilisée en amplification large bande, entre 10 et 20 GHz. Ces résultats ouvrent des perspectives intéressantes aux TECs bigrilles, à grand développement de grille, pour la réalisation de structures amplificatrices distribuées à large bande et intégrées
Author: Nour-Eddine Radhy
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Pages : 162
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Les transistors à effet de champ du type bigrille submicronique en AsGa ont fait l'objet d'une étude expérimentale approfondie destinée à mesurer présisément leurs caractéristiques entre 2 et 18 GHz. Dans ce but, une monture de test à faibles pertes a été mise au point. Une modélisation originale a été proposée et validée afin de représenter de façon simple et précise le fonctionnement du TEC bigrille d'abord en petits signaux puis en régime faiblement non linéaire. Cette étude conduit à la réalisation d'amplificateurs à gain contrôlé, fonctionnant en microondes dont les performances ont pu être prévues au moyen d'une étude théorique sur ordinateur. Enfin, d'autres applications microondes originales ont été envisagées telles que la génération de peignes de fréquences très étendus et le mélange à très large bande.
