Contribution à l'étude des paramètres technologiques et du modèle de transistor bi-polaire PDF Download
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LA DENSITE D'INTEGRATION CROISSANTE ET LE PERFECTIONNEMENT DES LOGICIELS DE CONCEPTION ASSISTEE PAR ORDINATEUR PERMETTENT DE REALISER DES CIRCUITS DE PLUS EN PLUS COMPLEXES. POUR OBTENIR DES CIRCUITS FIABLES ET CONFORMES A DES SPECIFICATIONS, ON DISTINGUE EN MICROELECTRONIQUE DEUX ETAPES ESSENTIELLES : LA FABRICATION ET LA CONCEPTION. CES DEUX ETAPES SONT DE PLUS EN PLUS ASSUJETTIES A DES OBJECTIFS DE RENDEMENT, DE RAPIDITE DE MISE EN UVRE, DE QUALITE, DE FIABILITE ET DE COUT D'EXECUTION. LE PREMIER AXE DE RECHERCHE EST ORIENTE VERS LA MAITRISE ET LA DIMINUTION DES FLUCTUATIONS TECHNOLOGIQUES. DANS CE CADRE, NOUS PROPOSONS UNE METHODOLOGIE ORIGINALE PERMETTANT DE METTRE EN EVIDENCE LES ETAPES CRITIQUES DE FABRICATION. CETTE METHODOLOGIE SE DECOMPOSE EN TROIS TEMPS. DANS UN PREMIER TEMPS, LES PARAMETRES ELECTRIQUES SONT RELIES AUX DONNEES TECHNOLOGIQUES GRACE A UNE ETUDE THEORIQUE, ENSUITE UNE ETUDE DES CORRELATIONS ENTRE LES PARAMETRES ELECTRIQUES EST MENEE. ENFIN, LE RECOUPEMENT DES INFORMATIONS ISSUES DES DEUX POINTS PRECEDENTS PERMET D'ISOLER L'ETAPE CRITIQUE QUI ENGENDRE LE PLUS DE FLUCTUATIONS. NOUS PROPOSONS UN LOGICIEL METTANT EN PRATIQUE CETTE METHODOLOGIE. LE DEUXIEME AXE DE RECHERCHE EST ORIENTE VERS L'ESTIMATION DES FLUCTUATIONS DES PERFORMANCES DES CIRCUITS. NOUS PROPOSONS UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE METHODES STATISTIQUES PERMETTANT DE CONSTRUIRE UNE BASE DE DONNEES REDUITE, REPRESENTATIVE DE LA DISTRIBUTION DES PARAMETRES ELECTRIQUES. NOUS AVONS ETABLI DES CRITERES D'EVALUATION PERMETTANT D'ISOLER LA MEILLEURE BASE DE DONNEES REDUITE QUI FOURNIT LE PIRE CAS, LE MEILLEUR CAS ET LA DISTRIBUTION DES PERFORMANCES. L'ORIGINALITE DE CETTE ETUDE RESIDE DANS SON APPROCHE EXPERIMENTALE APPLIQUEE A LA CONCEPTION DES CIRCUITS ELECTRIQUES DANS TOUTE SON ETENDUE. POUR MENER A BIEN CETTE ETUDE NOUS AVONS DEFINI DES CIRCUITS DANS LES DOMAINES ANALOGIQUES, NUMERIQUES ET MIXTES ET REALISE CHAQUE CIRCUIT ELECTRIQUE SELON DEUX ARCHITECTURES DIFFERENTES.
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LA DENSITE D'INTEGRATION CROISSANTE ET LE PERFECTIONNEMENT DES LOGICIELS DE CONCEPTION ASSISTEE PAR ORDINATEUR PERMETTENT DE REALISER DES CIRCUITS DE PLUS EN PLUS COMPLEXES. POUR OBTENIR DES CIRCUITS FIABLES ET CONFORMES A DES SPECIFICATIONS, ON DISTINGUE EN MICROELECTRONIQUE DEUX ETAPES ESSENTIELLES : LA FABRICATION ET LA CONCEPTION. CES DEUX ETAPES SONT DE PLUS EN PLUS ASSUJETTIES A DES OBJECTIFS DE RENDEMENT, DE RAPIDITE DE MISE EN UVRE, DE QUALITE, DE FIABILITE ET DE COUT D'EXECUTION. LE PREMIER AXE DE RECHERCHE EST ORIENTE VERS LA MAITRISE ET LA DIMINUTION DES FLUCTUATIONS TECHNOLOGIQUES. DANS CE CADRE, NOUS PROPOSONS UNE METHODOLOGIE ORIGINALE PERMETTANT DE METTRE EN EVIDENCE LES ETAPES CRITIQUES DE FABRICATION. CETTE METHODOLOGIE SE DECOMPOSE EN TROIS TEMPS. DANS UN PREMIER TEMPS, LES PARAMETRES ELECTRIQUES SONT RELIES AUX DONNEES TECHNOLOGIQUES GRACE A UNE ETUDE THEORIQUE, ENSUITE UNE ETUDE DES CORRELATIONS ENTRE LES PARAMETRES ELECTRIQUES EST MENEE. ENFIN, LE RECOUPEMENT DES INFORMATIONS ISSUES DES DEUX POINTS PRECEDENTS PERMET D'ISOLER L'ETAPE CRITIQUE QUI ENGENDRE LE PLUS DE FLUCTUATIONS. NOUS PROPOSONS UN LOGICIEL METTANT EN PRATIQUE CETTE METHODOLOGIE. LE DEUXIEME AXE DE RECHERCHE EST ORIENTE VERS L'ESTIMATION DES FLUCTUATIONS DES PERFORMANCES DES CIRCUITS. NOUS PROPOSONS UNE ETUDE EXPERIMENTALE DE METHODES STATISTIQUES PERMETTANT DE CONSTRUIRE UNE BASE DE DONNEES REDUITE, REPRESENTATIVE DE LA DISTRIBUTION DES PARAMETRES ELECTRIQUES. NOUS AVONS ETABLI DES CRITERES D'EVALUATION PERMETTANT D'ISOLER LA MEILLEURE BASE DE DONNEES REDUITE QUI FOURNIT LE PIRE CAS, LE MEILLEUR CAS ET LA DISTRIBUTION DES PERFORMANCES. L'ORIGINALITE DE CETTE ETUDE RESIDE DANS SON APPROCHE EXPERIMENTALE APPLIQUEE A LA CONCEPTION DES CIRCUITS ELECTRIQUES DANS TOUTE SON ETENDUE. POUR MENER A BIEN CETTE ETUDE NOUS AVONS DEFINI DES CIRCUITS DANS LES DOMAINES ANALOGIQUES, NUMERIQUES ET MIXTES ET REALISE CHAQUE CIRCUIT ELECTRIQUE SELON DEUX ARCHITECTURES DIFFERENTES.
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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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CONSIDERATIONS TECHNOLOGIQUES SUR LES TRANSISTORS D'ETUDE (RAPPEL DE LA TECHNOLOGIE PLANAR, DESCRIPTION DES GEOMETRIES UTILISEES, ETUDE DES PROFILS DE DIFFUSION ET DU PHENOMENE DE REPULSION DE BASE, ETUDE DES ELEMENTS PARASITES D'ACCES AU TRANSISTOR). VUE D'ENSEMBLE SUR LES MODELES MATHEMATIQUES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE (MODELES NON LINEAIRES DU TYPE EBERS MOLL, REPARTIS, DE LINVILL, DE BEAUFOY ET SPARKES ET MODELES LINEAIRES). ELEMENTS D'ETUDE STATISTIQUE DU TRANSISTOR BIPOLAIRE (MODELE IBIS ET APPLICATION DE CE MODELE AUX TRANSISTORS D'ETUDE, CONSIDERATIONS SUR CERTAINES INSUFFISANCES DU MODELE IBIS). APPLICATION DU MODELE DYNAMIQUE BIRD AUX TRANSISTORS HYPERFREQUENCES
Author: Gilbert Le Gac (auteur d'une thèse de sciences.) Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 177
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ETUDE DU BRUIT DE FOND DE TRANSISTORS BIPOLAIRES COMPORTANT 4 PARTIES: ETUDE THEORIQUE DE LA ZONE ACTIVE DU COMPOSANT EN PRENANT EN COMPTE LES EFFETS DE LA DEFOCALISATION DES LIGNES DE COURANT EMETTEUR, PRISE EN COMPTE DES ZONES PASSIVES ET DES ELEMENTS PARASITES, DESCRIPTION DES TECHNIQUES D'IDENTIFICATION DES PARAMETRES DU MODELE ET DES METHODES DE MESURE DU FACTEUR DE BRUIT, CONFRONTATION DES RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX.
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L'ETUDE PROSPECTIVE D'UNE NOUVELLE FAMILLE LOGIQUE BIPOLAIRE COMPLEMENTAIRE EST MENEE AVEC DEUX OBJECTIFS: MEILLEUR FACTEUR DE MERITE ET AUGMENTATION DU NOMBRE DE FONCTIONS LOGIQUES REALISEES PAR MODULE. CETTE ETUDE PORTE SUR LA CARACTERISATION STATIQUE ET DYNAMIQUE D'UN INVERSEUR COMPLEMENTAIRE SYMETRIQUE INTEGRE. PAR AILLEURS, POUR QUE DES TRANSISTORS SOIENT COMPLEMENTAIRES, IL FAUT QU'ILS AIENT LES MEMES PERFORMANCES. OR LE TRANSISTOR PNPL TEL QU'IL EST INTEGRE DANS LES TECHNOLOGIES INDUSTRIELLES ACTUELLES NE REPOND PAS A CE CRITERE. SON ETUDE PHYSIQUE ET TECHNOLOGIQUE A DONC PERMIS DE DEGAGER LES REGLES D'OPTIMISATION DE SES PERFORMANCES. L'ORIGINALITE DE CETTE ETUDE ANALYTIQUE EST LA TRANSFORMATION D'UNE STRUCTURE DE GEOMETRIE CARREE EN UNE STRUCTURE DE GEOMETRIE CIRCULAIRE EQUIVALENTE FACILITANT LA PRISE EN COMPTE DES DIFFERENTS PHENOMENES PHYSIQUES EN PRESENCE
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L'EFFET DE LA MULTIPLICATION DES PORTEURS PAR AVALANCHE, CONSECUTIF A L'AUGMENTATION DU CHAMP ELECTRIQUE LATERAL AVEC LA TENSION DE DRAIN, REPRESENTE UNE DES LIMITATIONS MAJEURES RENCONTREES EN TECHNOLOGIE CMOS. CETTE THESE PROPOSE UNE CONTRIBUTION A LA COMPREHENSION DE CE PHENOMENE, ET A SA MODELISATION DANS LES TRANSISTORS MOS DE PETITES DIMENSIONS. DANS UN PREMIER TEMPS, LA STRUCTURE ET LES PROPRIETES DE LA TECHNOLOGIE CMOS, SUPPORT EXPERIMENTAL DE NOTRE ETUDE, SONT DECRITES; PUIS LES EFFETS ACTIFS ET PARASITES PREPONDERANTS, RELATIFS AUX TRANSISTORS, ET CONSECUTIFS A LA REDUCTION DES DIMENSIONS, SONT ANALYSES. CONCERNANT LE PHENOMENE D'AVALANCHE, LE COMPORTEMENT PHYSIQUE DU DISPOSITIF ILLUSTRE ET ETUDIE SUR LA BASE DE SIMULATIONS BIDIMENSIONNELLES PRESENTE DEUX PHASES: REDUCTION DE LA TENSION DE SEUIL, PUIS ACTIVATION DU TRANSISTOR BIPOLAIRE LATERAL PARASITE AUX FORTES INJECTIONS. CES DEUX EFFETS, MODELISES DE FACON APPROXIMATIVE ET SOUVENT CONTRADICTOIRE DANS LES PUBLICATIONS ANTERIEURES SUR LE SUJET, SONT CONDITIONNES, POUR L'ESSENTIEL, PAR: L'EXISTENCE D'UN CHAMP ELECTRIQUE DANS LE SUBSTRAT, LA RESISTANCE SUBSTRAT VARIABLE, LA GEOMETRIE VARIABLE (DE LA BASE) ET LE MODE DE POLARISATION PARTICULIER DU TRANSISTOR BIPOLAIRE LATERAL. LES EFFETS SONT PRIS EN COMPTE PAR UN MODELE ANALYTIQUE SIMPLE ET ORIGINAL, EN BON ACCORD TANT AVEC LES MESURES QU'AVEC LES SIMULATIONS NUMERIQUES; LES PARAMETRES CORRESPONDANTS SONT EXPLICITEMENT FONCTION DES DIMENSIONS DU TRANSISTOR, DONC DES REGLES DE DESSIN. LE TRAVAIL DE VALIDATION DU MODELE A ETE EFFECTUE SUR DES TRANSISTORS A CANAL N ET CANAL P, CONVENTIONNELS ET DE TYPE LDD, ISSUS DE DIVERSES FILIERES CMOS; LA CONCORDANCE ENTRE LES RESULTATS THEORIQUES ET EXPERIMENTAUX EST EXCELLENTE POUR UNE LARGE GAMME DE LONGUEURS DE CANAL ET DE TENSIONS APPLIQUEES. ENFIN, LA DEGRADATION DE LA RESISTANCE DYNAMIQUE DE SORTIE DU TRANSISTOR A CANAL N PRINCIPALE CONSEQUENCE D
Author: Nicolas Gambetta Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 288
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AVEC LA REDUCTION DES DIMENSIONS DES DISPOSITIFS, LA MODELISATION A PRIS DE PLUS EN PLUS D'IMPORTANCE DANS LE DEVELOPPEMENT DES CIRCUITS INTEGRES. CETTE REDUCTION A FAIT SURGIR AU PREMIER PLAN DES PHENOMENES PHYSIQUES CONSIDERES JUSQU'ALORS COMME DU SECOND ORDRE. L'OBJECTIF DE CE MEMOIRE EST DOUBLE : D'UNE PART, FAIRE LE POINT SUR LES MODELES POUR TRANSISTORS BIPOLAIRES EXISTANT ET D'AUTRE PART, PROPOSER DES SOLUTIONS PERMETTANT LA PRISE EN COMPTE DES NOUVEAUX EFFETS EVOQUES PRECEDEMMENT. APRES AVOIR SITUE LE TRAVAIL DANS SON CONTEXTE, NOUS AVONS, DANS LE CHAPITRE II, POSER LES BASES DE LA PHYSIQUE DES MODELES COMPACTS UTILISES PAR LES CONCEPTEURS. DANS LE CHAPITRE III, NOUS AVONS FAIT LE POINT SU LES PRINCIPAUX MODELES COMPACTS PRESENTS DANS LES SIMULATEURS ELECTRIQUES. NOUS AVONS EN PREMIER LIEU INSISTE SUR LE MODELE SGPM (SPICE GUMMEL-POON MODEL) QUI RESTE LE PLUS LARGEMENT UTILISE PAR LES CONCEPTEURS. LES AUTRES MODELES ONT ETE PRESENTES RAPIDEMENT EN FAISANT RESSORTIR LEURS SPECIFICITES ET LEURS APPORTS AU REGARD DES LIMITATIONS DU SGPM. LE CHAPITRE IV A ETE CONSACRE A NOTRE MODELE COMPACT (ABYSS, ADVANCED BIPOLAR MODEL FOR HIGH FREQUENCY SIMULATIONS) DONT L'OBJECTIF EST DE RESOUDRE LES PROBLEMES POSES PAR LE MODELE SGPM TOUT EN RESTANT COMPATIBLE AVEC CELUI-CI. POUR CE FAIRE, UN MODELE DE RESISTANCE COLLECTEUR VARIABLE A ETE PROPOSE ET VALIDE. L'ASPECT DYNAMIQUE A ETE AUSSI ABORDE AVEC LE TEMPS DE TRANSIT ET LES CAPACITES DE TRANSITION. L'IMPLEMENTATION DU MODELE COMPACT DANS LE SIMULATEUR ELECTRIQUE ELDO A ETE DETAILLEE. DANS LE CHAPITRE V, NOUS AVONS DONNE LA STRATEGIE D'EXTRACTION DU JEU DE PARAMETRES ABYSS. NOUS AVONS ENSUITE DETAILLE LES PRINCIPALES METHODES PERMETTANT LA DETERMINATION DES PARAMETRES. CHAQUE PROCEDURE A ETE ILLUSTREE PAR DES EXEMPLES ISSUS DE TECHNOLOGIES BICMOS SUBMICRONIQUES. AFIN D'APPRECIER LES DIVERSES AMELIORATIONS APPORTEES PAR LE MODELE ABYSS, DES COMPARAISONS ENTRE LA MESURE, LE MODELE SGPM ET ABYSS ONT ETE MONTREES.
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Les avancées dans les systèmes de communication et de traitement de l'information nécessitent des circuits à haut débit qui doivent s'appuyer sur des transistors aux performances en vitesse et en puissance élevées. Les Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) III-V constituent un bon compromis. Le TBH-InP est l'un d'entre eux. Il convient d'autant mieux pour le développement de systèmes de télécommunications à des débits supérieurs à 60 Gbits/s que sa technologie permet l'intégration de composants optoélectroniques de longueur d'onde comprise entre 1,3 mM et 1,55 mM. Le regain d'intérêt pour ces technologies a mis en lumière les problèmes et les contraintes liés à la modélisation compacte. Le travail présenté s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le CNET Bagneux/OPTO+ et l'IEF. Il a pour objet l'étude expérimentale et la modélisation électrique des TBDH-InP. Quatre technologies auto-alignées qui diffèrent par la nature du dopage de base (béryllium ou carbone) et par la présence d'un gradient d'indium dans la base ont été étudiées. Pour chaque technologie un grand nombre de dispositifs a été analysé et une masse importante de données expérimentales a permis d'obtenir les paramètres du modèle de Gummel-Poon de ces composants. Ces modèles ont ensuite été utilisés par les concepteurs de circuits intégrés d'OPTO+ pour réaliser des circuits pour la logique "haut débit" (multiplexeur, circuit de décision, bascule D, driver, ...). La volumineuse base de données a également permis d'étudier l'auto-échauffement dans les TBH-InP d'abord par une approche expérimentale puis par une modélisation numérique de l'équation de Fourier. Le travail de modélisation a permis de dégager des pistes pour réduire l'auto-échauffement. Pour mieux cerner le fonctionnement physique des TBH, une analyse expérimentale à température variable a été réalisée sur une des quatre technologies. Enfin, une analyse de sensibilité des paramètres du modèle de Gummel-Poon à 300K sur le temps de commutation des paires différentielles (technologie CML/ECL) a été effectuée: -Le temps de retard t(FF) et le temps de charge R(BB),C(jC) sont les deux contributions intrinsèques les plus importantes, -L'extraction de certains paramètres du modèle est imprécise (C(jE), Rc entre autre) et se répercute sur le t(FF) on perçoit la nécessité de développer des approches fiables pour extraire ces éléments.
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Ces travaux présentent la caractérisation et l'étude des mécanismes de dégradation d'une technologie de Transistor Bipolaire à double Hétérojonction à base GaAsSb sur substrat InP. Dans un premier temps, une étude bibliographique concernant les paramètres physiques du matériau GaAsSb dopé p, rarement utilisé en microélectronique, a été réalisé. Celle-ci a eu pour but d'alimenter les différents modèles mis en jeu lors des simulations par éléments finis réalisées. Dans un second temps, une caractérisation électrique statique et thermique est effectuée. Avec l'aide des outils de modélisation compacte et de simulation physique, deux composantes de recombinaison sont identifiées et une localisation de ces mécanismes est proposée. Ensuite, une caractérisation du bruit basses fréquences est réalisée qui a permis d'une part l'extraction d'une figure de mérite du bruit en 1/f, et d'autre part la mise en évidence d'un mécanisme de bruit RTS "récurent". Ce dernier a fait l'objet d'une étude de température pour différentes géométries afin de le caractériser. Enfin, après avoir réalisé une étude bibliographique des mécanismes de dégradation apparaissant dans les TBH sur substrat III-V, des tests de vieillissement accéléré sous contrainte thermique et sous contraintes thermique et électrique ont été réalisés sur des structures TBH ainsi que sur des structures de calibration. Le suivi de l'évolution des paramètres du modèle compact associé à une bonne connaissance des mécanismes de dégradation dans les TBH a permis d'émettre des hypothèses quant à la localisation de ces mécanismes, ainsi que de proposer des solutions technologiques.
Author: Jean-Baptiste Duluc
Author: Jean-Baptiste Duluc
Author: Amina Tachafine
Author: P.. CAZENAVE
Author: Gilbert Le Gac (auteur d'une thèse de sciences.)
Author: Mohamed Lakhloufi
Author: Abderrahmane Merrachi
Author: Nicolas Gambetta
Author: Jean Du Port de Pontcharra
Author: Miloud Abboun
Author: Brice Grandchamp