CONTRIBUTION A L'ETUDE DE L'EMETTEUR POLYCRISTALLIN DU TRANSISTOR BIPOLAIRE DANS UN PROCEDE BICMOS HAUTE-FREQUENCE PDF Download
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LA TECHNOLOGIE BICMOS COMBINE, SUR UN MEME CRISTAL, DES TRANSISTORS MOS ET BIPOLAIRES DESTINES A DES APPLICATIONS MIXTES NUMERIQUES ET ANALOGIQUES RAPIDES. ELLE FAIT INTERVENIR DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A EMETTEUR POLYCRISTALLIN DONT L'EMETTEUR EST COMPOSE D'UNE COUCHE DE SILICIUM POLYCRISTALLIN DE CONTACT, D'UNE ZONE ACTIVE MONOCRISTALLINE ET D'UNE COUCHE INTERFACIALE D'OXYDE. NOTRE ETUDE EST AXEE SUR L'IMPORTANCE DE LA MINCE COUCHE D'OXYDE A L'INTERFACE POLY/MONO: SA PRESENCE EST INDISPENSABLE POUR FOURNIR UN PRODUIT GAIN EN COURANT X POTENTIEL DE EARLY PERFORMANT ; EN REVANCHE, SON EPAISSEUR DOIT ETRE LIMITEE POUR EVITER DES CONSEQUENCES NEFASTES (RESISTANCE D'ACCES A L'EMETTEUR TROP ELEVEE, REPONSE EN FREQUENCE TROP LIMITEE). DANS UN PREMIER TEMPS, QUELQUES ELEMENTS DE LA PHYSIQUE DES TRANSISTORS BIPOLAIRES SONT PRESENTES PUIS NOUS RAPPELERONS LES ETAPES TECHNOLOGIQUES DE FABRICATION EN METTANT EN EVIDENCE LES LIENS AVEC LES PERFORMANCES ELECTRIQUES DU TRANSISTOR SUBMICRONIQUE. L'ETUDE DE LA COUCHE D'OXYDE EST MENEE DE FACON ORIGINALE GRACE A L'UTILISATION DE DIFFERENTES APPROCHES COMPLEMENTAIRES ET CONVERGENTES (MICROSCOPIE ELECTRONIQUE, MODELISATION ET SIMULATION DE LA RESISTANCE D'EMETTEUR, MESURES STATIQUES, DYNAMIQUES ET EN BRUIT). EN OUTRE, L'ANALYSE DES DIFFERENTES CONTRIBUTIONS AU TEMPS DU VOL DES PORTEURS DANS LE TRANSISTOR PERMET DE MONTRER L'IMPORTANCE RELATIVE DE L'EMETTEUR POLYCRISTALLIN (ENVIRON 30% AVEC UNE EPAISSEUR D'OXYDE AUSSI MINCE QUE 8 A)
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LA TECHNOLOGIE BICMOS COMBINE, SUR UN MEME CRISTAL, DES TRANSISTORS MOS ET BIPOLAIRES DESTINES A DES APPLICATIONS MIXTES NUMERIQUES ET ANALOGIQUES RAPIDES. ELLE FAIT INTERVENIR DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A EMETTEUR POLYCRISTALLIN DONT L'EMETTEUR EST COMPOSE D'UNE COUCHE DE SILICIUM POLYCRISTALLIN DE CONTACT, D'UNE ZONE ACTIVE MONOCRISTALLINE ET D'UNE COUCHE INTERFACIALE D'OXYDE. NOTRE ETUDE EST AXEE SUR L'IMPORTANCE DE LA MINCE COUCHE D'OXYDE A L'INTERFACE POLY/MONO: SA PRESENCE EST INDISPENSABLE POUR FOURNIR UN PRODUIT GAIN EN COURANT X POTENTIEL DE EARLY PERFORMANT ; EN REVANCHE, SON EPAISSEUR DOIT ETRE LIMITEE POUR EVITER DES CONSEQUENCES NEFASTES (RESISTANCE D'ACCES A L'EMETTEUR TROP ELEVEE, REPONSE EN FREQUENCE TROP LIMITEE). DANS UN PREMIER TEMPS, QUELQUES ELEMENTS DE LA PHYSIQUE DES TRANSISTORS BIPOLAIRES SONT PRESENTES PUIS NOUS RAPPELERONS LES ETAPES TECHNOLOGIQUES DE FABRICATION EN METTANT EN EVIDENCE LES LIENS AVEC LES PERFORMANCES ELECTRIQUES DU TRANSISTOR SUBMICRONIQUE. L'ETUDE DE LA COUCHE D'OXYDE EST MENEE DE FACON ORIGINALE GRACE A L'UTILISATION DE DIFFERENTES APPROCHES COMPLEMENTAIRES ET CONVERGENTES (MICROSCOPIE ELECTRONIQUE, MODELISATION ET SIMULATION DE LA RESISTANCE D'EMETTEUR, MESURES STATIQUES, DYNAMIQUES ET EN BRUIT). EN OUTRE, L'ANALYSE DES DIFFERENTES CONTRIBUTIONS AU TEMPS DU VOL DES PORTEURS DANS LE TRANSISTOR PERMET DE MONTRER L'IMPORTANCE RELATIVE DE L'EMETTEUR POLYCRISTALLIN (ENVIRON 30% AVEC UNE EPAISSEUR D'OXYDE AUSSI MINCE QUE 8 A)
Author: Nicolas Valdaperez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 159
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Ce mémoire est consacré à l'étude au 1er et au 2ème ordre de transistors bipolaires NPN issus de procédés BiCMOS à simple et double polysilicium, dans le but de qualifier les diverses technologies et d'apporter des interprétations physiques. Les résultats sont interprétés en tenant compte des spécificités des procédés. En technologie simple poly, deux cas sont distingués. Pour les composants de faible surface, le bruit évolue avec le carré du courant de base et la source de bruit est localisée à l'interface mono/poly de l'émetteur. Pour les composants de grande surface, le bruit évolue linéairement avec le courant de base et est corrélé au niveau de courant non-idéal de base. En technologie double poly, le bruit évolue quadratiquement avec la polarisation. Contrairement aux résultats relevés dans la littérature, la normalisation par la surface n'est pas satisfaisante. Un modèle considérant une variation de l'épaisseur de l'oxyde est proposé et appliqué avec succès aux résultats.
Author: Van Tuan Vu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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L'objectif principal de cette thèse est de proposer et d'évaluer une nouvelle architecture de Transistor Bipolaire à Héterojonction (TBH) Si/SiGe s'affranchissant des limitations de l'architecture conventionnelle DPSA-SEG (Double-Polysilicium Self-Aligned, Selective Epitaxial Growth) utilisée dans la technologie 55 nm Si/SiGe BiCMOS (BiCMOS055) de STMicroelectronics. Cette nouvelle architecture est conçue pour être compatible avec la technologie 28-nm FD-SOI (Fully Depleted Si-licon On Insulator), avec pour objectif d'atteindre la performance de 400 GHz de fT et 600 GHz de fMAX dans ce noeud. Pour atteindre cet objectif ambitieux, plusieurs études complémentaires ont été menées: 1/ l'exploration et la comparaison de différentes architectures de TBH SiGe, 2/ l'étalonnage TCAD en BiCMOS055, 3/ l'étude du budget thermique induit par la fabrication des technologies BiCMOS, et finalement 4/ l'étude d'une architecture innovante et son optimisation. Les procédés de fabrication ainsi que les modèles physiques (comprenant le rétrécissement de la bande interdite, la vitesse de saturation, la mobilité à fort champ, la recombinaison SRH, l'ionisation par impact, la résistance distribuée de l'émetteur, l'auto-échauffement ainsi que l'effet tunnel induit par piégeage des électrons), ont été étalonnés dans la technologie BiCMOS055. L'étude de l'impact du budget thermique sur les performances des TBH SiGe dans des noeuds CMOS avancés (jusqu'au 14 nm) montre que le fT maximum peut atteindre 370 GHz dans une prochaine génération où les profils verticaux du BiCMOS055 seraient 'simplement' adaptés à l'optimisation du budget thermique total. Enfin, l'architecture TBH SiGe EXBIC, prenant son nom d'une base extrinsèque épitaxiale isolée du collecteur, est choisie comme la candidate la plus prometteuse pour la prochaine génération de TBH dans une technologie BiCMOS FD-SOI dans un noeud 28 nm. L'optimisation en TCAD de cette architecture résulte en des performances électriques remarquables telles que 470 GHz fT et 870 GHz fMAX dans ce noeud technologique.
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Ce travail porte sur la modélisation unidimensionnelle et bidimensionnelle du transistor bipolaire à hétéro jonction (tbh) de la filière gainp/gaas en régime statique non stationnaire, pour l'optimisation des composants en vue de la réalisation d'amplificateurs monolithiques de puissance à hauts rendements en classes a, b et c, en bande x. Nous avons pour cela développé des modèles physiques hydrodynamiques non stationnaires à une et deux dimensions. Ils se distinguent par leur complémentarité car si le modèle bidimensionnel permet une description plus complète des phénomènes physiques dans le composant, le modèle unidimensionnel est quant à lui mieux adapté à une étude d'optimisation de structure. Ces modèles ont permis de décrire les principaux phénomènes physiques dans la structure de tbh, depuis le mécanisme de transport dans le composant jusqu'aux principaux effets physiques limitatifs pour un fonctionnement en régime de forte puissance: l'effet kirk, responsable de la dégradation des performances du transistor en gain et fréquences de coupure en régime de forte injection, et l'effet de claquage par avalanche de la jonction base-collecteur. Pour reculer ces limitations nous avons étudié l'influence des paramètres technologiques sur ces effets néfastes. Nous avons envisagé plusieurs configurations de la zone de collecteur avec des profils de dopage appropriés ainsi que l'utilisation de matériaux peu ionisants tel que le gainp. Pour la zone d'émetteur, nous avons évalué l'importance de l'effet de défocalisation et proposons une largeur de doigt optimale pour l'obtention de puissances de sortie maximales en bande x. Cette étude conduit à la définition d'une première structure sensiblement optimale de tbh présentant des fréquences de transition supérieures à 50 ghz, des gains en courant statiques supérieurs à 20, avec des tensions d'avalanche collecteur-base supérieures à 22 v
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UNE NOUVELLE TECHNOLOGIE DE REALISATION DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAALAS/GAAS A STRUCTURE AUTOALIGNEE A ETE ETUDIEE. L'ISOLATION DU TRANSISTOR EST REALISEE PAR UNE IMPLANTATION DE BORE ET DE PROTON DONT L'OPTIMISATION A ETE FAITE AVEC L'OBJECTIF D'ASSURER UNE STABILITE THERMIQUE A HAUTE TEMPERATURE. UNE DIFFUSION DE ZINC PERMET DE CONTACTER LA COUCHE DE BASE ET DE REALISER L'AUTOALIGNEMENT ENTRE LES CONTACTS D'EMETTEUR ET DE BASE. CES DEUX CONTACTS OHMIQUES SONT REALISES AVEC LE MEME METAL REFRACTAIRE EN TUNGSTENE. LA DIFFUSION DE ZINC FORME UNE COUCHE P#+ DANS LA ZONE EXTRINSEQUE DU TBH DONT LE DOPAGE EST ELEVE (10#2#0 CM##3), LA RESISTANCE D'ACCES A LA BASE EST AINSI TRES REDUITE. L'OPTIMISATION DE LA REALISATION DU CONTACT OHMIQUE DE BASE EN TUNGSTENE A ETE ETUDIEE SUR PLUSIEURS COUCHES DE GAAS INITIALEMENT DOPEES PAR DU ZINC (EPITAXIE MOCVD) ET DU BE (EPITAXIE MBE) AVEC DES CONCENTRATIONS VARIABLES DE 5 10#1#8 CM##3 A 5 10#1#9 CM##3. LA DIFFUSION DU ZINC DANS DES COUCHES DOPEES AVEC DU BE EST DIFFERENTE, SUIVANT QUE LA CONCENTRATION INITIALE DU DOPANT EST SUPERIEURE OU INFERIEURE A 3 10#1#9 CM##3. DANS TOUS LES CAS LA RESISTIVITE DE CONTACT EST DE L'ORDRE DE 10##6 CM#2. LA DIFFUSION DU ZINC A ETE EGALEMENT ETUDIEE SUR LE GA#1#-#XAL#XAS EN FONCTION DE LA FRACTION D'ALUMINIUM. DES RESISTIVITES DE CONTACT DE 10##6 CM#2 SONT EGALEMENT OBTENUES POUR DES FRACTIONS D'ALUMINIUM A 0,15. UN TRANSISTOR AUTO-ALIGNE, DONT LA TECHNOLOGIE DE FABRICATION AVEC CES NOUVELLES ETAPES ELEMENTAIRES EST DECRITE, A ETE REALISE. SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES, STATIQUES ET DYNAMIQUES, SONT PRESENTEES. UNE FREQUENCE DE TRANSITION DE 41 GHZ ET UNE FREQUENCE MAXIMALE D'OSCILLATION DE 37 GHZ ONT ETE OBTENUES SUR UN TRANSISTOR DONT LES SURFACES DE JONCTION E-B EST DE 220 M#2 ET B-C DE 820 M#2. POUR CE TYPE DE TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE, AVEC DES CONTACTS DE BASE ET D'EMETTEUR EN METAL REFRACTAIRE, MALGRE L'IMPORTANCE DES SURFACES DE JONCTION, NOS RESULTATS SE SITUENT AU MEILLEUR NIVEAU ET SONT COMPARABLES A CEUX OBTENUS PAR NTT (AVEC UNE SURFACE DE JONCTION B-C QUATRE FOIS PLUS PETITE). DES PERFORMANCES ENCORE PLUS ELEVEES POURRONT ETRE ATTEINTES PAR UNE REDUCTION DES SURFACES DE JONCTION DU TRANSISTOR
Author: Boris Geynet Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 242
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Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) Si/SiGe:C disponibles aujourd'hui dans les technologies BiCMOS atteignent des fréquences de coupure fT et fmax supérieures à 200GHz. Cela leur permet d'adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu'à 100GHz telles que les radars anticollision pour l'automobile et les communications optiques et sans fil à haut débit. Cette thèse a pour objet le développement et l'étude de TBH Si/SiGe:C pour les technologies BiCMOS millimétriques. Après un rappel des principes de fonctionnement du transistor bipolaire, nous montrons les méthodes de fabrication, caractérisation et modélisation des dispositifs de dernière génération. Les architectures choisies et les performances obtenues par les principaux acteurs du marché sont détaillées. Nous présentons ensuite des études menées pour le développement de la technologie BiCMOS9MW de STMicroelectronics. Une version faible-coût du TBH rapide ainsi qu'un dispositif haute-tension compatible avec la technologie sont présentés et les résultats à l'état de l'art obtenus sur les deux architectures sont montrés. Nous étudions également l'impact des variations des paramètres technologiques et de la géométrie des dispositifs sur les principales caractéristiques de ces composants. La dernière partie de ce travail de thèse est consacrée au développement de nouvelles solutions technologiques afin d'améliorer encore la fréquence de transition des TBH Si/SiGe:C. Un optimisation du profil vertical du TBH a pu être réalisée grâce au développement d'un nouveau module de collecteur utilisant une épitaxie sélective et la réduction du budget thermique vu par les dispositifs durant leur fabrication. Cette dernière étude a permis d'atteindre une fréquence de transition fT· supérieure à 400GHz à température ambiante, ce qui représente la meilleure performance obtenue à ce jour pour un transistor en technologie silicium.
Author: ALAIN.. MORETTO
Author: ALAIN.. MORETTO
Author: Alain Moretto
Author: André Gil
Author: Nicolas Valdaperez
Author: Antonio Muñoz Yagüe
Author: Van Tuan Vu
Author: Amina Tachafine
Author: BAMUENI.. BIMUALA
Author: Boris Geynet
Author: Jean François Morlier