ANALYSE ET OPTIMISATION DES PERFORMANCES FREQUENTIELLES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS PDF Download
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Author: Christian Gérard Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages :
Book Description
CE TRAVAIL PRESENTE LA MODELISATION ET LA CONCEPTION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS DONT LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES ONT ETE OPTIMISEES POUR APPLICATIONS EN MICROONDES. UNE MODELISATION A ETE EFFECTUEE POUR PRENDRE EN COMPTE TOUS LES ELEMENTS PARASITES QUI LIMITENT LES PERFORMANCES DE CE TYPE DE DISPOSITIF TANT DU POINT DE VUE DE LA FREQUENCE DE COUPURE QUE DE LA FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION. UNE EXPLOITATION SYSTEMATIQUE DU MODELE, A L'AIDE DE LOGICIELS DE SIMULATION, PERMET DE TROUVER LES DIMENSIONNEMENTS OPTIMAUX DU TRANSISTOR EN TENANT COMPTE DE L'ETAT DE L'ART TECHNOLOGIQUE ACTUEL. UN JEU DE MASQUES EST PRESENTE QUI PERMET LA REALISATION DE 36 TRANSISTORS DIFFERENTS AVEC 3 TECHNOLOGIES POSSIBLES. LES PREMIERS RESULTATS PARTIELS OBTENUS AVEC CE JEU DE MASQUES MONTRENT QUE, MEME AVEC UNE STRUCTURE DE COUCHES NON OPTIMALE, LES FREQUENCES MAXIMALES ATTEINTES DEPASSENT LES 20 GHZ AVEC DES DIMENSIONS LARGEMENT SUPERIEURES AU MICRON
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CE TRAVAIL PRESENTE LA MODELISATION ET LA CONCEPTION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS DONT LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES ONT ETE OPTIMISEES POUR APPLICATIONS EN MICROONDES. UNE MODELISATION A ETE EFFECTUEE POUR PRENDRE EN COMPTE TOUS LES ELEMENTS PARASITES QUI LIMITENT LES PERFORMANCES DE CE TYPE DE DISPOSITIF TANT DU POINT DE VUE DE LA FREQUENCE DE COUPURE QUE DE LA FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION. UNE EXPLOITATION SYSTEMATIQUE DU MODELE, A L'AIDE DE LOGICIELS DE SIMULATION, PERMET DE TROUVER LES DIMENSIONNEMENTS OPTIMAUX DU TRANSISTOR EN TENANT COMPTE DE L'ETAT DE L'ART TECHNOLOGIQUE ACTUEL. UN JEU DE MASQUES EST PRESENTE QUI PERMET LA REALISATION DE 36 TRANSISTORS DIFFERENTS AVEC 3 TECHNOLOGIES POSSIBLES. LES PREMIERS RESULTATS PARTIELS OBTENUS AVEC CE JEU DE MASQUES MONTRENT QUE, MEME AVEC UNE STRUCTURE DE COUCHES NON OPTIMALE, LES FREQUENCES MAXIMALES ATTEINTES DEPASSENT LES 20 GHZ AVEC DES DIMENSIONS LARGEMENT SUPERIEURES AU MICRON
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CE TRAVAIL PORTE SUR L'OPTIMISATION DE LA STRUCTURE EPITAXIALE DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) GAAS A FORT DOPAGE DE BASE, AFIN DE DIMINUER LE TEMPS DE TRANSIT ET AMELIORER AINSI LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES. LES TRAVAUX DEBUTENT PAR L'ETUDE ET LA QUALIFICATION D'UNE STRUCTURE TBH GAINP/GAAS REALISEE EN EPITAXIE PAR JET CHIMIQUE AVEC UNE BASE FORTEMENT DOPEE AU CARBONE. L'UTILISATION DU MATERIAU GAINP PERMET DE DISPOSER D'UNE GRAVURE SELECTIVE DU MESA D'EMETTEUR ET DE DIMINUER LE COURANT DE RECOMBINAISON DANS LA ZONE DE CHARGE D'ESPACE EMETTEUR-BASE. UNE NOUVELLE STRUCTURE TBH AVEC UNE FINE COUCHE DE GAINP INSEREE ENTRE L'EMETTEUR EN GAALAS ET LA BASE EN GAAS A ETE ETUDIEE ET QUALIFIEE. L'EPAISSEUR DE LA COUCHE GAINP A ETE OPTIMISEE POUR REDUIRE LES RECOMBINAISONS DANS LA ZONE DE CHARGE D'ESPACE EMETTEUR-BASE TOUT EN CONSERVANT UNE FAIBLE RESISTIVITE DU CONTACT DE TYPE P DEPOSE DIRECTEMENT SUR LA COUCHE DE GAINP DE TYPE N. CETTE COUCHE DE GAINP RECOUVRE LA BASE EXTRINSEQUE ET PERMET D'ELIMINER LES COURANTS DE RECOMBINAISON DE SURFACE. DANS LA PARTIE SUIVANTE, L'INFLUENCE DES DIFFERENTS PARAMETRES DYNAMIQUES SUR LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES DU TBH A ETE ANALYSEE. NOUS AVONS DEMONTREE QUE LE TEMPS DE TRANSIT INTRINSEQUE JOUE UN ROLE PREPONDERANT. POUR DIMINUER LE TEMPS DE TRANSIT DANS LA BASE, NOUS AVONS OPTIMISE UNE STRUCTURE QUI COMPORTE UNE HETEROJONCTION E-B ABRUPTE ET UNE BASE GRADUELLE EN COMPOSITION. NOUS AVONS EGALEMENT ETUDIE DES STRUCTURES POUR DIMINUER LE TEMPS DE TRANSIT DANS LE COLLECTEUR. L'ANALYSE DU TRANSPORT DES PORTEURS DANS LA ZONE DE CHARGE D'ESPACE BASE-COLLECTEUR MONTRE L'INFLUENCE DU PHENOMENE DE SURVITESSE SUR LE TEMPS DE TRANSIT DANS CETTE ZONE. L'UTILISATION D'UN COLLECTEUR DE TYPE P OU DE TYPE P-N PERMET DE CONSERVER LES ELECTRONS EN REGIME DE SURVITESSE SUR UNE DISTANCE PLUS GRANDE DANS LE COLLECTEUR, CE QUI REDUIT LE TEMPS DE TRANSIT DES ELECTRONS. POUR VALIDER CETTE ETUDE, NOUS AVONS SPECIFIE DES STRUCTURES EPITAXIALES ET REALISE DES TBH DE PETITE DIMENSION EN TECHNOLOGIE DOUBLE MESA. NOUS AVONS MIS AU POINT UNE METHODOLOGIE POUR EXTRAIRE DES MESURES DYNAMIQUES LES DIFFERENTS PARAMETRES. NOUS AVONS DEMONTRE QUE LE TEMPS DE TRANSIT DANS LA BASE POUR UNE STRUCTURE TBH PRESENTANT UNE HETEROJONCTION E-B ABRUPTE ET UNE GRADUALITE DE COMPOSITION DANS LA BASE EST TRES FAIBLE, DE L'ORDRE DE 0,5 PS. CETTE VALEUR EST 60% PLUS FAIBLE QUE CELLE OBTENUE DANS UNE STRUCTURE CONVENTIONNELLE DE MEME EPAISSEUR (1,3 PS). NOUS AVONS EGALEMENT OBSERVE UNE FORTE REDUCTION DU TEMPS DE TRANSIT DANS LE COLLECTEUR POUR UNE STRUCTURE A COLLECTEUR P-N, 1,5 PS CONTRE 2,6PS POUR UNE STRUCTURE CONVENTIONNELLE, CE QUI CORRESPOND A UNE REDUCTION DE 40%
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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%.
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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%.
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LA FINALITE DE CETTE THESE EST D'OPTIMISER ET DE COMPARER DES TECHNOLOGIES AUTOALIGNEES POUR LA FABRICATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION (TBH) GAALAS/GAAS EN TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE. NOUS AVONS CENTRE NOTRE ETUDE SUR 2 TECHNOLOGIES : UNE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE ET UNE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE DOUBLE MESA (PHBT). DANS LE CADRE DU DEVELOPPEMENT DE LA TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE, NOUS AVONS OPTIMISE LE CONTACT D'EMETTERU EN GEMOW, QUI PERMET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT EN JOUANT LE ROLE DE MASQUE PENDANT L'IMPLANTATION DE TYPE P. NOUS AVONS OPTIMISE LES CONDITIONS DE DEPOT DES FILMS DE W ET DE MO POUR REDUIRE LA CONTRAINTE, LA RESISTIVITE ET LA CONTAMINATION OXYGENE. AU COURS DE CETTE ETUDE, NOUS AVONS MONTRE L'IMPORTANCE DU CONTROLE DE LA TEMPERATURE DU PORTE-SUBSTRAT. D'AUTRE PART, NOUS AVONS OPTIMISE LES PARAMETRES DE L'IMPLANTATION MG, PERMETTANT DE CONTACTER LA BASE DEPUIS LE HAUT DE LA STRUCTURE, AINSI QUE LE RECUIT D'ACTIVATION ASSOCIE. PARALLELEMENT, NOUS AVONS OPTIMISE LES ETAPES ELEMENTAIRES PERMETTANT DE REALISER DES TBH EN TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE DOUBLE MESA, A PARTIR D'UNE NOUVELLE STRUCTURE EPITAXIALE ELABOREE AU CNET. NOUS AVONS ETUDIE LE CONTACT D'EMETTEUR QUI SERT DE MASQUE POUR L'AUTOALIGNEMENT ; CE CONTACT EN W EST DEPOSE SUR UNE COUCHE EN GAINAS N+. LA GRAVURE DU MESA D'EMETTEUR A ETE OPTIMISEE POUR OBTENIR DES FLANCS RENTRANTS, CE QUI PERMET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT DE LA METALLISATION DE BASE PAR RAPPORT A LA METALLISATION D'EMETTEUR. DES DISPOSITIFS TBH ONT ETE REALISES : LA TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE IMPLANTEE RESTE DIFFICILE A MAITRISER ; TANDIS QUE LA NOUVELLE TECHNOLOGIE DOUBLE MESA (PHBT) EST SIMPLE ET PERMET DE REALISER DES COMPOSANTS A HAUTES PERFORMANCES FREQUENTIELLES.
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LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS PRESENTE DES POTENTIALITES INTERESSANTES DANS LE DOMAINE DE L'AMPLIFICATION HYPERFREQUENCE DE PUISSANCE. CE MEMOIRE CONSTITUE UNE CONTRIBUTION A SA CARACTERISATION ET SA MODELISATION FORT SIGNAL POUR CE TYPE D'APPLICATION. DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS UN MODELE ELECTROTHERMIQUE PHYSIQUE NON LINEAIRE, IMPLANTE DANS LES LOGICIELS ESACAP ET HP/MDS. LA TEMPERATURE DU COMPOSANT EST MODELISE AU MOYEN D'UNE CELLULE THERMIQUE CONNEXE AU MODELE. DANS UN DEUXIEME TEMPS, LA CARACTERISATION I(V) NOUS A PERMIS D'EXTRAIRE LES VALEURS DES ELEMENTS LINEAIRES ET NON LINEAIRES DEFINISSANT LE MODELE. NOUS AVONS EGALEMENT ESTIME LA RESISTANCE THERMIQUE A UNE CONSTANTE. LES PERFORMANCES FREQUENTIELLES PETIT SIGNAL FONT ETAT D'UNE FREQUENCE DE TRANSITION DE 20 GHZ ET MAXIMALE D'OSCILLATION DE 15 GHZ. LES CONFRONTATIONS THEORIE-EXPERIENCE NOUS ONT PERMIS, POUR CES REGIMES DE FONCTIONNEMENT, DE VALIDER LE MODELE ETABLI, ET D'EVALUER L'INFLUENCE DE L'AUTO-ECHAUFFEMENT DU TRANSISTOR SUR SES PERFORMANCES STATIQUES ET DYNAMIQUES. LA DERNIERE PARTIE A CONSISTE A CARACTERISER NOS COMPOSANTS DANS UN AMPLIFICATEUR DISCRET: GAIN EN PUISSANCE, PUISSANCE DE SORTIE ET RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE, ONT ETE ETUDIES. NOUS MONTRONS QUE L'ADAPTATION DEFINIE EN REGIME LINEAIRE S'AVERE INSUFFISANTE POUR ATTEINDRE DE FORTES PUISSANCES DE SORTIE ET PRESENTONS UNE METHODE PERMETTANT D'OPTIMISER LES IMPEDANCES A PRESENTER. A 2 GHZ, ET POUR UNE POLARISATION EN CLASSE AB, UN GAIN DE PUISSANCE DE 12 DB, ASSOCIE A UNE PUISSANCE DE SORTIE MAXIMALE DE 630 MW ET UN RENDEMENT DE 60% ONT ETE OBTENUS. POUR TOUS LES CAS ETUDIES, LES SIMULATIONS VALIDENT NOTRE MODELE EN REGIME DE FORTS SIGNAUX. ENFIN, DES CONCLUSIONS SONT FAITES QUANT AUX POSSIBILITES PRATIQUES D'OPTIMISATION DE NOS STRUCTURES POUR L'OBTENTION DE PERFORMANCES ENCORE SUPERIEURES
Author: Christian Gérard
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