CONCEPTION, REALISATION ET CARACTERISATION DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS PDF Download
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CONCEPTION, LA REALISATION ET LA CARACTERISATION D'AMPLIFICATEURS HYPERFREQUENCES DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS (TBH). LES TRAVAUX DEBUTENT PAR LA COMPARAISON DU TBH HAAS AVEC LE TRANSISTOR BIPOLAIRE SILICIUM ET LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP GAAS, POUR DES APPLICATIONS DE PUISSANCE. LES PROBLEMES DE STABILISATION EN TEMPERATURE, DE CLAQUAGE PAR AVALANCHE ET DE L'ADAPTATION DIFFICILE DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE, ONT ETE ECLAIRCIS ET OPTIMISES EN TENANT COMPTE DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU TBH ET DES POSSIBILITES TECHNOLOGIQUES DU LABORATOIRE DE BAGNEUX. PAR LA SUITE, DES MODELES ELECTRIQUES NONLINEAIRE ET THERMOELECTRIQUE DU TBH ONT ETE DEVELOPPES EN UTILISANT LES METHODES CLASSIQUES DE CARACTERISATIONS STATIQUES ET DYNAMIQUES PETIT SIGNAL, AINSI QUE LES BANCS DE MESURE FORT SIGNAL DU TYPE LOAD-PULL. PAR AILLEURS, L'OBTENTION D'UNE PUISSANCE ELEVEE ET D'UN HAUT RENDEMENT DEPEND NON SEULEMENT DU COMPOSANT UTILISE, MAIS AUSSI DU CHOIX D'UNE STRUCTURE D'AMPLIFICATEUR APPROPRIEE. UNE ETUDE COMPARATIVE DES DIFFERENTES CLASSES D'AMPLIFICATEURS D'UNE PART ET L'ANALYSE DES DIFFERENTES POSSIBILITES D'ADAPTATION DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE D'AUTRE PART ONT PERMIS DE DEGAGER DES ARCHITECTURES MIEUX ADAPTEES AU CAS DES TBH. LA MODELISATION ET LE TRAVAIL D'OPTIMISATION COMPLET DU COMPOSANT SE CONCRETISENT PAR LA CONCEPTION ET LA REALISATION DE DEUX AMPLIFICATEURS POUR DES APPLICATIONS EN TELECOMMUNICATIONS: UN AMPLIFICATEUR A HAUT RENDEMENT POUR LES RADIOCOMMUNICATIONS MOBILES EN BANDE L, ET UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE MONOLITHIQUE
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CONCEPTION, LA REALISATION ET LA CARACTERISATION D'AMPLIFICATEURS HYPERFREQUENCES DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS (TBH). LES TRAVAUX DEBUTENT PAR LA COMPARAISON DU TBH HAAS AVEC LE TRANSISTOR BIPOLAIRE SILICIUM ET LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP GAAS, POUR DES APPLICATIONS DE PUISSANCE. LES PROBLEMES DE STABILISATION EN TEMPERATURE, DE CLAQUAGE PAR AVALANCHE ET DE L'ADAPTATION DIFFICILE DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE, ONT ETE ECLAIRCIS ET OPTIMISES EN TENANT COMPTE DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU TBH ET DES POSSIBILITES TECHNOLOGIQUES DU LABORATOIRE DE BAGNEUX. PAR LA SUITE, DES MODELES ELECTRIQUES NONLINEAIRE ET THERMOELECTRIQUE DU TBH ONT ETE DEVELOPPES EN UTILISANT LES METHODES CLASSIQUES DE CARACTERISATIONS STATIQUES ET DYNAMIQUES PETIT SIGNAL, AINSI QUE LES BANCS DE MESURE FORT SIGNAL DU TYPE LOAD-PULL. PAR AILLEURS, L'OBTENTION D'UNE PUISSANCE ELEVEE ET D'UN HAUT RENDEMENT DEPEND NON SEULEMENT DU COMPOSANT UTILISE, MAIS AUSSI DU CHOIX D'UNE STRUCTURE D'AMPLIFICATEUR APPROPRIEE. UNE ETUDE COMPARATIVE DES DIFFERENTES CLASSES D'AMPLIFICATEURS D'UNE PART ET L'ANALYSE DES DIFFERENTES POSSIBILITES D'ADAPTATION DES DISPOSITIFS DE PUISSANCE D'AUTRE PART ONT PERMIS DE DEGAGER DES ARCHITECTURES MIEUX ADAPTEES AU CAS DES TBH. LA MODELISATION ET LE TRAVAIL D'OPTIMISATION COMPLET DU COMPOSANT SE CONCRETISENT PAR LA CONCEPTION ET LA REALISATION DE DEUX AMPLIFICATEURS POUR DES APPLICATIONS EN TELECOMMUNICATIONS: UN AMPLIFICATEUR A HAUT RENDEMENT POUR LES RADIOCOMMUNICATIONS MOBILES EN BANDE L, ET UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE MONOLITHIQUE
Author: Mohammed Tsouli Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 182
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CONCEPTION, LA REALISATION ET LA CARACTERISATION D'AMPLIFICATEURS HYPERFREQUENCES DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS POUR COMMUNICATIONS SPATIALES. LES TRAVAUX DEBUTENT PAR L'ANALYSE DES BESOINS EN COMPOSANTS POUR LES COMMUNICATIONS SPATIALES. LA COMPARAISON, DES PERFORMANCES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) GAAS AVEC CELLES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE SILICIUM ET DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP GAAS EST PRESENTEE. PAR LA SUITE, UN MODELE ELECTRIQUE NON LINEAIRE ET THERMOELECTRIQUE DU TBH EST ETABLI, EN UTILISANT LES METHODES CLASSIQUES DE CARACTERISATION STATIQUE ET DYNAMIQUE. LES PROBLEMES DE STABILISATION DU TBH EN TEMPERATURE ONT ETE TRAITES ET LES VALEURS DES RESISTANCES DE STABILISATION ONT ETE OPTIMISEES, EN UTILISANT UNE ANALYSE TRIDIMENSIONNELLE COMPLETE, COUPLEE AVEC LE MODELE THERMOELECTRIQUE TENANT COMPTE DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU TBH. UNE ETUDE DE STABILITE UTILISANT DES CIRCUITS DE CONTRE REACTION SANS PERTES A ETE MENEE. UNE CONTRE REACTION SERIE CAPACITIVE A PERMIS D'OBTENIR UNE STABILITE INCONDITIONNELLE, DANS TOUTE LA BANDE DE FREQUENCE, POUR UN TRANSISTOR DE MOYENNE PUISSANCE MONTE EN BASE COMMUNE. DE MEME, NOUS AVONS MIS AU POINT UNE CONTRE REACTION PARALLELE UTILISANT UN QUADRIPOLE SANS PERTES, PERMETTANT DE STABILISER UN TRANSISTOR EN EMETTEUR COMMUN, TOUT EN AMELIORANT SON GAIN DANS LA BANDE D'UTILISATION. LA MODELISATION ET LE TRAVAIL D'OPTIMISATION SUR LE COMPOSANT ONT ETE CONCRETISES PAR LA CONCEPTION DE DEUX AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE EN BANDE C POUR ANTENNE ACTIVE: UN AMPLIFICATEUR HYBRIDE DE MOYENNE PUISSANCE ET UN AMPLIFICATEUR MONOLITHIQUE DE PUISSANCE A TROIS ETAGES. LE TRANSISTOR DE PUISSANCE DE L'AMPLIFICATEUR MONOLITHIQUE COMPORTE 128 DOIGTS D'EMETTEUR AVEC UNE LONGUEUR TOTALE D'EMETTEUR DE 2.56 MM. L'ESPACEMENT ENTRE LES DOIGTS D'EMETTEUR ET LA RESISTANCE DE STABILISATION SUR CHAQUE DOIGT ONT ETE OPTIMISES DANS LE BUT D'UNIFORMISER LA DISTRIBUTION DE LA TEMPERATURE
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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CONCEPTION, LA REALISATION ET LA CARACTERISATION D'AMPLIFICATEURS HYPERFREQUENCES DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS POUR COMMUNICATIONS SPATIALES. LES TRAVAUX DEBUTENT PAR L'ANALYSE DES BESOINS EN COMPOSANTS POUR LES COMMUNICATIONS SPATIALES. LA COMPARAISON, DES PERFORMANCES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) GAAS AVEC CELLES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE SILICIUM ET DES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP GAAS EST PRESENTEE. PAR LA SUITE, UN MODELE ELECTRIQUE NON LINEAIRE ET THERMOELECTRIQUE DU TBH EST ETABLI, EN UTILISANT LES METHODES CLASSIQUES DE CARACTERISATION STATIQUE ET DYNAMIQUE. LES PROBLEMES DE STABILISATION DU TBH EN TEMPERATURE ONT ETE TRAITES ET LES VALEURS DES RESISTANCES DE STABILISATION ONT ETE OPTIMISEES, EN UTILISANT UNE ANALYSE TRIDIMENSIONNELLE COMPLETE, COUPLEE AVEC LE MODELE THERMOELECTRIQUE TENANT COMPTE DES PROPRIETES SPECIFIQUES DU TBH. UNE ETUDE DE STABILITE UTILISANT DES CIRCUITS DE CONTRE REACTION SANS PERTES A ETE MENEE. UNE CONTRE REACTION SERIE CAPACITIVE A PERMIS D'OBTENIR UNE STABILITE INCONDITIONNELLE, DANS TOUTE LA BANDE DE FREQUENCE, POUR UN TRANSISTOR DE MOYENNE PUISSANCE MONTE EN BASE COMMUNE. DE MEME, NOUS AVONS MIS AU POINT UNE CONTRE REACTION PARALLELE UTILISANT UN QUADRIPOLE SANS PERTES, PERMETTANT DE STABILISER UN TRANSISTOR EN EMETTEUR COMMUN, TOUT EN AMELIORANT SON GAIN DANS LA BANDE D'UTILISATION. LA MODELISATION ET LE TRAVAIL D'OPTIMISATION SUR LE COMPOSANT ONT ETE CONCRETISES PAR LA CONCEPTION DE DEUX AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE EN BANDE C POUR ANTENNE ACTIVE: UN AMPLIFICATEUR HYBRIDE DE MOYENNE PUISSANCE ET UN AMPLIFICATEUR MONOLITHIQUE DE PUISSANCE A TROIS ETAGES. LE TRANSISTOR DE PUISSANCE DE L'AMPLIFICATEUR MONOLITHIQUE COMPORTE 128 DOIGTS D'EMETTEUR AVEC UNE LONGUEUR TOTALE D'EMETTEUR DE 2.56 MM. L'ESPACEMENT ENTRE LES DOIGTS D'EMETTEUR ET LA RESISTANCE DE STABILISATION SUR CHAQUE DOIGT ONT ETE OPTIMISES DANS LE BUT D'UNIFORMISER LA DISTRIBUTION DE LA TEMPERATURE.
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LES SYSTEMES DE RADIOCOMMUNICATION AVEC LES MOBILES FONT L'OBJET, DEPUIS QUELQUES ANNEES, DE TRAVAUX TRES IMPORTANTS. LEUR DEVELOPPEMENT NECESSITE DE RELEVER DE NOMBREUX DEFIS AUSSI BIEN ECONOMIQUES QUE TECHNIQUES. POUR ATTEINDRE UN DEVELOPPEMENT DES SERVICES MOBILES A GRANDE ECHELLE, IL FAUT QUE LES DIMENSIONS, LE POIDS, L'AUTONOMIE ET LE COUT DU TERMINAL SOIENT DES ELEMENTS ATTRACTIFS POUR L'UTILISATEUR. PARMI LES DIFFERENTS CIRCUITS INTERVENANT DANS LA CHAINE D'EMISSION-RECEPTION, LE CIRCUIT AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE REVET UNE IMPORTANCE TOUTE PARTICULIERE QUANT A L'ABAISSEMENT DE LA CONSOMMATION DU COMBINE. EN EFFET, SON AUTONOMIE DEPEND DIRECTEMENT DU RENDEMENT AJOUTE DE L'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE. PARMI LES DIFFERENTS COMPOSANTS PERMETTANT DE REALISER CES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE, LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) GAAS/GAALAS APPARAIT COMME UN COMPOSANT DE CHOIX POUR ATTEINDRE SOUS DE FAIBLES TENSIONS D'ALIMENTATION (
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CE MEMOIRE PRESENTE L'ETUDE ET LA REALISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES DE PUISSANCE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS. APRES UN RAPPEL THEORIQUE CONCERNANT LES PROPRIETES ELECTRIQUES DES HETEROTRANSISTORS, UNE COMPARAISON MONTRANT LES AVANTAGES DE CES DISPOSITIFS EST FAITE AVEC LES TRANSISTORS AU SILICIUM. LES POSSIBILITES TECHNOLOGIQUES OFFERTES PAR L'EPITAXIE EN PHASE LIQUIDE SONT EXAMINEES ET UN PROCESSUS DE REALISATION ORIGINAL A ETE MIS AU POINT. LES PROBLEMES PROPRES A LA TECHNOLOGIE FROIDE (PRISE DE CONTACT, DECOUPES MESA) SONT AUSSI EXAMINES. LES METHODES DE CARACTERISATION DES DISPOSITIFS REALISES SONT DECRITES ET LES RESULTATS EXPERIMENTAUX ANALYSES ET DISCUTES. LES POIDS RESPECTIFS DES DIFFERENTS PARAMETRES ET LES POSSIBILITES SUSCEPTIBLES D'AMELIORER LES PERFORMANCES SONT MIS EN EVIDENCE. LES MEILLEURS COMPOSANTS REALISES ONT UNE FREQUENCE DE TRANSITION DE 4 GHZ ET UNE FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION DE 3 GHZ.
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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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TRANSISTORS A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS. APRES UN RAPPEL THEORIQUE DES PROPRIETES DES HETEROJONCTIONS, UN AVANT PROJET D'UN TRANSISTOR DESTINE A L'AMPLIFICATION HAUTE FREQUENCE DE PUISSANCE A ETE PROPOSE. NOUS AVONS ENSUITE PRESENTE LES DIFFERENTES METHODES D'OBTENTION DES COUCHES NECESSAIRES AUX DISPOSITIFS, EPITAXIE EN PHASE LIQUIDE, EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES, DEPOT EN PHASE VAPEUR A PARTIR D'ORGANOMETALLIQUES. CES ETUDES ONT PERMIS D'AFFINER CHACUNE DES METHODES ET DE DEFINIR DANS CHAQUE CAS LES CONDITIONS OPTIMALES DE REALISATION. ENFIN, NOUS AVONS ANALYSE ET COMPARE LES DIFFERENTS PROCEDES MIS A NOTRE DISPOSITION POUR REALISER ENTIEREMENT LES TRANSISTORS, UN PROCESSUS OPTIMUM A AINSI PU ETRE DEFINI. LES DISPOSITIFS REALISES SONT PRESENTES ET LES RESULTATS OBTENUS DISCUTES, OUVRANT LA VOIE AU DEVELOPPEMENT DES CIRCUITS INTEGRES BIPOLAIRES ASGA
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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.
Author: RAPHAEL.. MEZUI-MINTSA
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