Contribution au développement d'une filière de transistors bipolaires à hétérojonction de très forte puissance en bandes L et S pour applications de télécommunications civiles et radar PDF Download

Author: Sylvain Heckmann
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Languages : fr
Pages : 201

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Author: Gwenael Le Coustre
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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: Amina Tachafine
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Languages : fr
Pages : 278

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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

Author: Jérémy Raoult
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Languages : fr
Pages : 195

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L'évolution croissante du marché des télécommunications et plus particulièrement des applications aux communications sans fils dans des bandes de fréquences de 900 MHz à 6 GHz entraîne une forte demande de fourniture de circuits intégrés. Notamment, la tendance actuelle est à l'augmentation du niveau d'intégration et à la diminution de la puissance consommée pour obtenir un terminal "bon marché" avec pour objectif l'augmentation de l'autonomie associée à des impératifs de mobilité. La technologie BICMOS répond parfaitement à ces besoins grâce à un compromis coût-performance très favorable. Dans ce contexte, le travail présenté dans ce mémoire est une contribution à la conception en technologie silicium d'oscillateurs locaux pour les applications radiofréquences. Via d'une part l'étude et la modélisation de transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe de la filière BiCMOS 6G 0.35 æm de STMicroelectronics, et d'autre part l'optimisation d'un oscillateur contrôlé en tension fonctionnant à 5 GHz, ce travail est essentiellement axé sur l'étude des phénomènes de bruit électrique basse fréquence de TBH et sur leur conséquence pour la conception d'oscillateurs micro-ondes intégrés.

Author: Estelle Mairiaux
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Languages : fr
Pages : 195

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Les semiconducteurs III-V antimoniés suscitent un intérêt grandissant pour les applications électroniques rapides et faible consommation. Ces matériaux de paramètre de maille supérieur à 6,1 Â se caractérisent par des mobilités élevées et offrent une souplesse inégalée pour l’ingénierie des bandes. En particulier, le composé ternaire GaInSb se pose comme un candidat de choix pour la base des transistors bipolaires à hétérojonction du fait de sa haute mobilité de trous. L’objectif de cette thèse est d’évaluer la faisabilité et les potentialités d’une nouvelle filière de TBH à base d’antimoine en s’appuyant sur des hétérostructures originales AlIn(As)Sb/GaInSb. La réalisation de composants dans ce système moins bien connu que les systèmes plus classiques InP/InGaAs ou InP/GaAsSb a nécessité le développement de briques technologiques propres. L’étude de solutions de gravure pour la réalisation des mesa a notamment été entreprise et a permis d’identifier de nouvelles solutions chimiques adaptées à la gravure sélective de ces matériaux. Une attention particulière a également été portée sur la minimisation des résistivités spécifiques de contact qui a permis de dégager les paramètres critiques à l’obtention de contacts ohmiques de bonne qualité sur les couches en GaInSb de types n et p. La technologie développée a rendu possible la fabrication de dispositifs présentant des fréquences de coupure fT de 52 GHz et fMAX de 48 GHz. La caractérisation électrique précise tant en régime statique que dynamique des composants fabriqués ainsi que l’extraction du modèle petit signal nous ont permis de déterminer les principales limitations de ces dispositifs.

Author: Melania Lijadi
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Pages : 225

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Author: Benoît Barbalat
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Pages : 202

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Cette thèse a pour objet l'étude et la réalisation en milieu industriel de transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGeC à très hautes performances pour les applications de télécommunications et de détection radar. Le premier chapitre rappelle la théorie de fonctionnement du transistor bipolaire, aussi bien en régime statique qu'en régime dynamique. Nous présentons ensuite un historique des technologies de fabrication des TBH SiGe, en expliquant les choix pris en faveur d'un auto-alignement complet et d'une épitaxie sélective de la base. Les performances obtenues dans cette étude sont comparées à l'état de l'art. Le chapitre III a pour objet l'optimisation classique du transistor bipolaire, et nous démontrons comment, par différentes optimisations du profil vertical et de l'extension latérale du composant nous avons pu augmenter les performances de 200GHz jusqu'à 300GHz. Le chapitre IV traite de l'optimisation de la tenue en tension par des procédés technologiques en rupture avec l'optimisation standard du transistor. Des améliorations significatives de la tenue en tension ont pu être démontrées, ce qui permet d'obtenir des produits fTxBVceo à l'état de l'art. Le dernier chapitre étudie le comportement du TBH en fonction de la température : Nous décrivons tout d'abord l'auto-échauffement du transistor, et son impact sur les performances dynamiques, nous terminons par l'étude du transistor bipolaire aux températures cryogéniques. Les performances étant fortement améliorées à basse température, nous en tirons de l'extraction des différents retards du composant des perspectives d'amélioration des temps de transit, pour atteindre des performances ultimes.

Author: Jean-Philippe Fraysse
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Pages : 274

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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA MODELISATION NON-LINEAIRE DU TBH, APPLIQUEE A L'ETUDE ET A L'OPTIMISATION DU MONTAGE CASCODE POUR DES APPLICATIONS DE PUISSANCE LARGE BANDE. LE PREMIER CHAPITRE DEBUTE PAR UNE PRESENTATION RAPIDE DU FONCTIONNEMENT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE ET IDENTIFIE LES AVANTAGES ET INCONVENIENTS DES DIFFERENTES FILIERES DE CE TRANSISTOR. CECI EST POURSUIVI PAR UNE ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE PORTANT SUR LES TRANSISTORS ET LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE DE LA BANDE L A LA BANDE KA, AFIN DE CONFIRMER LES POTENTIALITES DU TBH GAAS VIS A VIS DES AUTRES FILIERES DE TRANSISTORS POUR LES APPLICATIONS DE PUISSANCE. LE SECOND CHAPITRE EST ALORS CONSACRE A LA PRESENTATION D'UN MODELE NON LINEAIRE, NON-QUASI-STATIQUE ET ELECTRO-THERMIQUE DU TBH GAAS. LES DIFFERENTES ETAPES PERMETTANT DE L'OBTENIR, AINSI QUE SA VALIDATION A TRAVERS DIFFERENTES MESURES EN PUISSANCE SONT PRESENTEES. DANS LE TROISIEME CHAPITRE, LA MISE EN EVIDENCE DE CORRELATIONS EXISTANTES ENTRE LES PERFORMANCES DES AMPLIFICATEURS DISTRIBUES DE PUISSANCE ET CELLES DES CELLULES ELEMENTAIRES QUI LES COMPOSENT, CONDUISENT A METTRE EN AVANT LES AVANTAGES DU MONTAGE CASCODE POUR CE TYPE D'APPLICATION. L'OPTIMISATION DE CE MONTAGE, ABOUTIT ALORS A LA PRESENTATION DES DIFFERENTES ETAPES DE CONCEPTION ET DES PREMIERES MESURES DE DEUX AMPLIFICATEURS DISTRIBUES DE PUISSANCE EN TECHNOLOGIE MMIC. LE PREMIER SIMULE DANS LA BANDE 4.5-18GHZ, MONTRE L'INTERET D'UTILISER LE MONTAGE CASCODE POUR DISPOSER D'UN GAIN SUFFISANT A 18GHZ, LORS DE LA CONCEPTION D'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE A BASE DE TBH. LES PREMIERES MESURES EN IMPULSION DU DEUXIEME AMPLIFICATEUR, CONFIRMENT POUR LEUR PART, LES DIFFERENTS ARGUMENTS PLAIDANT EN FAVEUR DU MONTAGE CASCODE POUR LES APPLICATIONS LARGES BANDES DE FORTE PUISSANCE. LA PUISSANCE DE SORTIE MESUREE SUR LA BANDE 2-8GHZ EST EN EFFET PROCHE DE 2W, AVEC UN GAIN ASSOCIE MOYEN DE 8DB ET UN RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE MOYEN DE 24%.

Author: Alain Mallet
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Languages : fr
Pages : 253

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L'OBJECTIF DE CETTE ETUDE EST D'EVALUER LES POTENTIALITES DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) POUR L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT INDISPENSABLE POUR LES SYSTEMES DE RADIOCOMMUNICATIONS MOBILES. APRES LA DESCRIPTION DES MOYENS DE CARACTERISATIONS DE TRANSISTORS DE PUISSANCE DISPONIBLES AU SEIN DU LABORATOIRE, LES DEVELOPPEMENTS DE METHODOLOGIES ET D'OUTILS DE SIMULATION ET D'OPTIMISATION ET DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE SONT PRESENTES. LES POTENTIALITES DU TBH POUR L'AMPLIFICATION DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT A 1.8 GHZ SONT EVALUEES PAR L'UTILISATION INTENSIVE DES OUTILS D'OPTIMISATION DEVELOPPES. UN MODE DE FONCTIONNEMENT OPTIMAL EN RENDEMENT SPECIFIQUE AU TBH EST DEMONTRE. ENSUITE, LES PERFORMANCES THEORIQUES EN TERMES DE PUISSANCE, DE RENDEMENT ET DE LINEARITE D'UN TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION ET D'UN TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP DE DIMENSIONS SIMILAIRES SONT COMPARES. DES VALIDATIONS EXPERIMENTALES POUR UN FONCTIONNEMENT EN MONOPORTEUSE ET EN BIPORTEUSE SONT PRESENTEES. DEUS CONCEPTIONS D'AMPLIFICATEURS A BASE DE TBH EN BANDE L ET S RESPECTIVEMENT EN TECHNOLOGIE HYBRIDE ET MMIC SONT DECRITES DANS CE MEMOIRE. LES MESURES EFFECTUEES SUR L'AMPLIFICATEUR EN TECHNOLOGIE HYBRIDE CONFIRMENT LES POTENTIALITES DU TBH DANS LE DOMAINE DES RADIOCOMMUNICATIONS. EN EFFET, UN RENDEMENT EN PUISSANCE AJOUTEE DE 77% A ETE MESURE POUR UNE FAIBLE POLARISATION DE SORTEI (3,3 V)

Author: MOHSINE.. MENOUNI
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Languages : fr
Pages : 177

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CE TRAVAIL PORTE SUR LA CONCEPTION ET LA REALISATION DE CIRCUITS ULTRA-RAPIDES POUR COMMUNICATIONS OPTIQUES A TRES HAUT DEBIT (10-20 GBIT/S). IL TRAITE PARTICULIEREMENT DES CIRCUITS RELATIFS A LA CHAINE D'EMISSION: LE MULTIPLEXEUR ET LE CIRCUIT DE COMMANDE DU LASER. LA CONCEPTION EST BASEE SUR L'UTILISATION DE LA TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH) GAINP/GAAS. LE MEMOIRE TRAITE TOUT D'ABORD DU PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ET DE LA MODELISATION DU TBH. IL PASSE EN REVUE LES DIFFERENTES TECHNOLOGIES UTILISEES POUR LA REALISATION DU TBH, NOTAMMENT LA TECHNOLOGIE AUTOALIGNEE DU CNET-BAGNEUX METTANT EN UVRE DES ESPACEURS. UNE ETUDE QUALITATIVE DU FONCTIONNEMENT DE LA LOGIQUE RAPIDE ECL, PRESENTEE DANS LE CADRE DE LA PORTE INVERSEUSE DE BASE, PERMET DE DETERMINER L'INFLUENCE DES PARAMETRES ELECTRIQUES, GEOMETRIQUES ET TECHNOLOGIQUES DU TRANSISTOR SUR LE TEMPS DE PROPAGATION ET DE PRECISER QUELQUES FACTEURS D'OPTIMISATION DE LA VITESSE DES CIRCUITS LOGIQUES. LE MANUSCRIT DECRIT ENSUITE UNE METHODOLOGIE GENERALE DE CONCEPTION DES CIRCUITS ULTRA-RAPIDES QUI S'EST CONCRETISEE PAR LA REALISATION D'UN CIRCUIT SELECTEUR A 20 GBIT/S ET D'UN DIVISEUR DE FREQUENCE STATIQUE A 12 GHZ UTILISANT DES TRANSISTORS DE FREQUENCE DE TRANSITION DE 50 GHZ. CES RESULTATS, COMPLETES PAR DES SIMULATIONS, MONTRENT QU'UN CIRCUIT MULTIPLEXEUR AVEC SYNCHRONISATION EN SORTIE DEVRAIT FONCTIONNER AU DESSUS DE 10 GBIT/S. L'OPTIMISATION DE L'ARCHITECTURE DU CIRCUIT DE COMMANDE DU LASER A PERMIS D'ATTEINDRE UN DEBIT DE 16 GBIT/S AVEC UNE AMPLITUDE DE 2 VOLT SUR 50 OHM. CE CIRCUIT A ETE HYBRIDE AVEC UNE DIODE LASER TRES LARGE BANDE POUR REALISER UN MODULE D'EMISSION OPTIQUE MONTRANT UN FONCTIONNEMENT CORRECT A 14 GBIT/S