Caractérisation avancée et nouvelles méthodologies de modélisation des technologies GaN pour la conception d’amplificateurs de puissance large bande et haut rendement aux fréquences RF et microondes PDF Download

Author: Wilfried Demenitroux
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Languages : fr
Pages : 167

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Haut rendement, forte linéarité et large bande de fonctionnement sont les points clés de la conception d’amplificateur de puissance d’aujourd’hui. De plus, de nombreux amplificateurs de puissance sont développés en technologie hybride utilisant des transistors en boîtier, rajoutant une difficulté supplémentaire pour extraire des modèles CAO fiables pour concevoir ces amplificateurs. Le sujet de cette thèse est de proposer une nouvelle méthodologie de modélisation de transistors en boîtier, rapide, automatique et dédiée à la conception d’amplificateurs de puissance large bande et haut rendement. Pour cela, un nouveau modèle comportemental de transistor est proposé, avec une méthode innovante d’extraction. Pour valider le nouveau flot de conception basé sur des modèles comportementaux de transistors, l’étude aboutit à un démonstrateur en technologie GaN présentant un rendement en puissance ajoutée moyen de 65%, une puissance de sortie moyenne de 41 dBm et un gain en puissance moyen de 13 dB sur 36% de bande relative autour de 2.2 GHz.

Author: Jérôme Chéron
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Languages : fr
Pages : 191

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Les applications radars requièrent aujourd’hui des performances très importantes en termes de puissance émise, de rendement et de bande passante, afin de réduire les coûts et l’encombrement des systèmes radars. Le transistor HEMT GaN est la technologie de puissance qui répond le plus favorablement aux applications radars en bande S. Des amplificateurs de puissance peuvent être désormais réalisés en technologie HEMT GaN de forts développements. Au cours de ces travaux de thèse, une nouvelle méthodologie d’encapsulation des barrettes de puissance GaN a été mise en œuvre afin de passer outre les techniques de conception actuelles limitant l’obtention des performances haut rendement sur de larges bandes passantes. Ainsi, une technique de synthèse de boîtier a permis d’assurer un fonctionnement optimal en rendement de la barrette de puissance GaN sur une large bande passante. Des démonstrateurs ont été réalisés et ont démontré des PAE de l’ordre 60%, associées à des puissances de sortie de 50 W sur une bande passante de 25% (autour de 3.2 GHz) en bande S. Ces démonstrateurs proposent également une très bonne robustesse à de fortes variations de TOS aux fréquences harmoniques et présentent une surface d’adaptation sur 50 ? inférieure à 0.7 cm2.

Author: Loris Pace
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La montée en fréquence de commutation des transistors de puissance à base de Nitrure de Gallium (GaN) présente une avancée technologique conduisant à la réduction de la taille, du poids et du volume des systèmes de conversion de l'énergie. En effet, les propriétés physiques des transistors de type HEMT basés sur l'hétérostructure AlGaN/GaN présentent un fort potentiel pour le développement de convertisseurs statiques haute fréquence. Avec l'augmentation toujours croissante de la part de l'électronique de puissance dans les systèmes électriques actuels, cette filière technologique, associée à la filière du Carbure de Silicium (SiC), vise aujourd'hui à remplacer progressivement les composants de puissance à base de Silicium (Si) notamment pour des raisons de tension de claquage élevée, de robustesse vis-à-vis des conditions sévères de fonctionnement et d'intégration de puissance. La conception optimale des convertisseurs haute fréquence implique une connaissance précise du fonctionnement des composants de puissance au sein de ces systèmes. Ainsi, la conception de ces dispositifs repose sur des étapes d'analyse et de simulations menées à partir des modèles des semi-conducteurs de puissance et des éléments environnants. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthodologie de modélisation comportementale de transistors de puissance GaN en boitier basée exclusivement sur des méthodes de caractérisation non-intrusives. Les techniques de caractérisation électriques utilisées pour la modélisation de transistors fonctionnant en gammes radiofréquences, telles que la mesure des paramètres S ou les mesures courant/tension en régime pulsé, sont ici adaptées à la caractérisation du transistor de puissance GaN encapsulé. A partir des résultats de caractérisation, les différents éléments linéaires et non linéaires du modèle électrique du transistor sont obtenus et un modèle électrique complet rassemblant ces éléments est implémenté dans le logiciel de simulation ADS. Un banc de test Double Pulse est alors conçu afin de mettre en application le modèle électrique développé. Après modélisation de l'environnement du transistor, y compris du circuit imprimé, les résultats de simulation des formes d'onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux. Afin de tenir compte des effets de la température sur le fonctionnement du transistor, une méthodologie est proposée permettant d'obtenir le modèle thermique du composant à partir de mesures de puissance dissipée et d'une procédure d'optimisation. À partir du modèle obtenu, un convertisseur DC/DC utilisant le transistor GaN modélisé a été conçu et réalisé. Les résultats de simulation des formes d'onde de commutation sont confrontés aux résultats expérimentaux pour différentes températures de fonctionnement du transistor et une prédiction du fonctionnement en continu du convertisseur est réalisée.

Author: Gwenael Le Coustre
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Languages : fr
Pages : 179

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L’utilisation de matériaux grand gap, et tout particulièrement l’emploi du nitrure de gallium est une solution pour la génération de puissance aux fréquences microondes. Les HEMTs réalisés à partir du matériau GaN présentent actuellement les meilleures performances mondiales pour la génération de puissance hyperfréquence. Cependant, les concepteurs ont besoin de connaître leurs limitations électriques : Plus précisément, ils ont besoin de connaître leurs caractéristiques électriques dans leurs zones de fonctionnement et d’en avoir des modèles mathématiques intégrables dans des outils de CAO. Dans une première partie, des caractérisations électriques ont été effectuées afin de déterminer l’impact des limitations physiques sur la génération de puissance : tension de claquage, pièges de drain et de grille, résistance thermique d’interface dans l’épitaxie ... Dans la deuxième partie de cette thèse, la conception et la réalisation de premières maquettes ont été effectuées en bande S (3 GHz). Ces maquettes permettent une première caractérisation des composants de puissance de plusieurs millimètres de développement de grille réalisés au laboratoire. Ces caractérisations, pour des considérations de connexions mais également thermiques ne sont pas réalisables sous pointes. Ces mesures permettent également la détermination des impédances optimales en puissance et en rendement au plus près des composants afin de les connaitre avec précision. Ces impédances seront utilisées lors de la conception des amplificateurs de puissance présentée dans la dernière partie. Dans un premier temps, une analyse de l’impact des adaptations d’entrée et de sortie sur la largeur de bande d’adaptation a été réalisée. Une attention particulière a été consacrée à l’architecture de l’adaptation d’entrée. Dans un second temps, une présentation de la conception et de caractérisation d’amplificateurs de puissance de classes 25W et 100W en bande S est présentée. Des mesures de ces amplificateurs ont montré des puissances de sortie supérieures à 120W avec un rendement en puissance ajoutée et un gain en puissance associé respectivement de 40% et 22dB. Ces résultats en termes de puissance, de rendement et de température confortent la possibilité de réaliser des amplificateurs en bande-S pour des applications radars en technologie GaN.

Author: Adrien Cutivet
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Parmi les technologies du 21e siècle en pleine expansion, la télécommunication sans-fil constitue une dimension fondamentale pour les réseaux mobiles, l'aéronautique, les applications spatiales et les systèmes de positionnement par satellites. Dans ce sens, l'alternative de l'exploitation de bande de plus haute fréquence et la multiplication des canaux de transmission sont activement visées par les travaux de recherches actuels. Les technologies à l'étude reposent sur l'utilisation de systèmes intégrés pour répondre aux considérations de coûts de production et d'encombrement des dispositifs. L'élément de base de ces systèmes, le transistor, établit largement la performance du dispositif final en termes de montée en fréquence, de fiabilité et de consommation. Afin de répondre aux défis présents et futurs, des alternatives à la filière silicium sont clairement envisagées. À ce jour, la filière nitrure de gallium est présentée comme la plus prometteuse pour l'amplification de puissance en bande Ka et W au vue de ses caractéristiques physiques et électriques, des performances atteintes par les prototypes réalisées et des premiers produits commerciaux disponibles.L'exploitation de cette technologie à son plein potentiel s'appuie sur la maîtrise des étapes de fabrication, de caractérisation et de modélisation du transistor. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d'une modélisation de transistors fabriqués expérimentalement à l'état de l'art. Une partie conséquente de ce travail sera portée sur la caractérisation thermique du dispositif ainsi que sur la modélisation d'éléments passifs pour la conception d'un circuit hyperfréquence de puissance.

Author: Boris Berthelot
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Languages : fr
Pages : 123

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La réduction de taille des technologies actives permet d'envisager des applications vers des fréquences toujours plus élevées. Cependant, l'exploitation de ces bandes de fréquences nécessite une redéfinition fondamentale des architectures en raison de pertes plus conséquentes qu'aux basses fréquences; c'est de cette assimilation de nouvelles architectures à base de réseaux d'antennes directives programmables, conjointement à l'utilisation de technologies performantes que les fréquences supérieures à 30 GHz peuvent être pleinement exploitées pour des applications télécoms, de défense et commerciales. Dans les architectures notamment adoptées pour la génération de systèmes de communications 5G, les besoins concernent tout aussi bien une forte intégration hardware qu'un besoin en puissance élevé dans les bandes Ku, K et Ka. De plus, le gain en maturité technologique des filières à grande bande interdite GaN les rend éligibles pour prétendre à la conception des modules de puissance à ces fréquences. En effet, les circuits Tx-Rx réalisés traditionnellement en technologie SiGe ou GaAs se voient de plus en plus associés à (voire sont remplacées par) des éléments en technologie GaN. Les tendances d'utilisation de cette technologie ne la limitent plus au segment de la puissance pour l'amplification haute fréquence. Des récepteurs robustes ont prouvé l'intérêt de cette technologie en étage de réception (LNA), et d'autres travaux font état de performances avantageuses pour la synthèse d'oscillateurs stables hautes fréquences. C'est dans cette logique que le fondeur OMMIC a souhaité compléter la gamme des produits déjà disponibles, en motivant une étude sur la conception de puces multi-fonctions (atténuateurs-déphaseurs programmables) MMIC en technologie GaN. Ce travail a pour but de démontrer à terme les avantages que l'on peut tirer de modules totalement intégrés GaN d'une part, et de réaliser les premiers travaux de core-chip en bande Ka sur cette technologie GaN d'autre part. En effet, il n'existe pas à notre connaissance de circuit de contrôle du signal (core-chip) réalisé dans cette technologie. Cette thèse a donc pour double objectif de démontrer la faisabilité de tels circuits, et de proposer une méthodologie de conception pour tendre vers les meilleures performances possibles. Pour atteindre le premier objectif, après une étude bibliographique approfondie, nous savons que la technologie à effet de champ GaN ne présente pas les propriétés intrinsèques les plus favorables pour réaliser de telles fonctions; une analyse spécifique de chaque circuit est réalisée sur deux types de réalisations (cellules single ended et différentielles). Cela représente donc un challenge de répondre à ce premier objectif. [...].

Author: Alexander V. Sergienko
Publisher: CRC Press
ISBN: 1420026607
Category : Science
Languages : en
Pages : 248

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All current methods of secure communication such as public-key cryptography can eventually be broken by faster computing. At the interface of physics and computer science lies a powerful solution for secure communications: quantum cryptography. Because eavesdropping changes the physical nature of the information, users in a quantum exchange can easily detect eavesdroppers. This allows for totally secure random key distribution, a central requirement for use of the one-time pad. Since the one-time pad is theoretically proven to be undecipherable, quantum cryptography is the key to perfect secrecy. Quantum Communications and Cryptography is the first comprehensive review of the past, present, and potential developments in this dynamic field. Leading expert contributors from around the world discuss the scientific foundations, experimental and theoretical developments, and cutting-edge technical and engineering advances in quantum communications and cryptography. The book describes the engineering principles and practical implementations in a real-world metropolitan network as well as physical principles and experimental results of such technologies as entanglement swapping and quantum teleportation. It also offers the first detailed treatment of quantum information processing with continuous variables. Technologies include both free-space and fiber-based communications systems along with the necessary protocols and information processing approaches. Bridging the gap between physics and engineering, Quantum Communications and Cryptography supplies a springboard for further developments and breakthroughs in this rapidly growing area.

Author: Paolo Mele
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ISBN: 9781536160864
Category : Zinc oxide thin films
Languages : en
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Zinc oxide (ZnO) is an n-type semiconductor with versatile applications such as optical devices in ultraviolet region, piezoelectric transducers, transparent electrode for solar cells and gas sensors. This book "ZnO Thin Films: Properties, Performance and Applications" gives a deep insight in the intriguing science of zinc oxide thin films. It is devoted to cover the most recent advances and reviews the state of the art of ZnO thin films applications involving energy harvesting, microelectronics, magnetic devices, photocatalysis, photovoltaics, optics, thermoelectricity, piezoelectricity, electrochemistry, temperature sensing. It serves as a fundamental information source on the techniques and methodologies involved in zinc oxide thin films growth, characterization, post-deposition plasma treatments and device processing. This book will be invaluable to the experts to consolidate their knowledge and provide insight and inspiration to beginners wishing to learn about zinc oxide thin films.