DEVELOPPEMENT D'UN BANC AUTOMATIQUE DE MESURE DE PARAMETRES DE BRUIT EN HYPERFREQUENCES CARACTERISATION ET MODELISATION DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP III-V PDF Download
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ACTUELLEMENT, QUE CE SOIT A UN NIVEAU DE LABORATOIRE OU A UN NIVEAU DE PRODUCTION, LA CARACTERISATION EN BRUIT HAUTE FREQUENCE JOUE UN ROLE TRES IMPORTANT DANS L'OPTIMISATION DES PARAMETRES TECHNOLOGIQUES DES TRANSISTORS, AINSI QUE DANS LA MISE AU POINT DE CIRCUITS FAIBLE BRUIT. CE TRAVAIL S'INSERE DANS CE CONTEXTE; IL MONTRE, D'UNE PART, LA DEMARCHE SUIVIE POUR LE DEVELOPPEMENT D'UN BANC DE MESURE AUTOMATIQUE DES PARAMETRES DE BRUIT EN HYPERFREQUENCE, ET D'AUTRE PART, L'APPROCHE QUI PERMET D'EXTRAIRE UN MODELE EN BRUIT DE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP III-V DE TYPE MESFET, HEMT ET PHEMT. APRES QUELQUES RAPPELS SUR LES ORIGINES ET LE TRAITEMENT DU BRUIT ELECTRIQUE DANS LE TRANSISTOR TEC, DANS LA PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS, DANS LA DEUXIEME PARTIE, UNE SYNTHESE DES PRINCIPALES TECHNIQUES DE MESURE DE BRUIT, ET NOUS DECRIVONS L'INSTRUMENTATION ASSOCIEE. FORTS DE CETTE ANALYSE, NOUS PRESENTONS DANS LA TROISIEME PARTIE, LA MISE EN UVRE D'UN NOUVEAU BANC DE MESURE DES PARAMETRES DE BRUIT DANS LA GAMME DES MICROONDES, UTILISANT UNE ARCHITECTURE DU RECEPTEUR DE BRUIT SIMPLIFIEE, BASEE SUR UN MELANGE A REJECTION D'IMAGE. PAR LA SUITE, DIVERS TYPES DE TESTS ET DE MESURES COMPARATIVES ONT ETE EFFECTUES POUR LA VALIDATION. PAR AILLEURS, DEUX AMELIORATIONS SIGNIFICATIVES ONT ETE APPORTEES. LA PREMIERE A CONSISTE A AUGMENTER LA PRECISION DE MESURE, A L'AIDE D'UN NOUVEL ALGORITHME D'EXTRACTION DES PARAMETRES DE BRUIT, LA SECONDE A SE DOTER DE MOYENS DE VERIFICATION, A L'AIDE D'UN NOUVEAU DISPOSITIF PASSIF, ORIGINAL, ADAPTE AU TEST SUR TRANCHE. LA DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION EN BRUIT DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP. L'EXPLOITATION DE L'ENSEMBLE DES OUTILS DE CARACTERISATION EN BRUIT A FINALEMENT ETE FAITE SUR LE TRANSISTOR GAAS SUR INP. CETTE ETUDE A MONTRE L'INFLUENCE DE L'EPAISSEUR DU BUFFER GAAS SUR LES PERFORMANCES EN BRUIT DE CE TYPE DE TRANSISTOR
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ACTUELLEMENT, QUE CE SOIT A UN NIVEAU DE LABORATOIRE OU A UN NIVEAU DE PRODUCTION, LA CARACTERISATION EN BRUIT HAUTE FREQUENCE JOUE UN ROLE TRES IMPORTANT DANS L'OPTIMISATION DES PARAMETRES TECHNOLOGIQUES DES TRANSISTORS, AINSI QUE DANS LA MISE AU POINT DE CIRCUITS FAIBLE BRUIT. CE TRAVAIL S'INSERE DANS CE CONTEXTE; IL MONTRE, D'UNE PART, LA DEMARCHE SUIVIE POUR LE DEVELOPPEMENT D'UN BANC DE MESURE AUTOMATIQUE DES PARAMETRES DE BRUIT EN HYPERFREQUENCE, ET D'AUTRE PART, L'APPROCHE QUI PERMET D'EXTRAIRE UN MODELE EN BRUIT DE TRANSISTOR A EFFET DE CHAMP III-V DE TYPE MESFET, HEMT ET PHEMT. APRES QUELQUES RAPPELS SUR LES ORIGINES ET LE TRAITEMENT DU BRUIT ELECTRIQUE DANS LE TRANSISTOR TEC, DANS LA PREMIERE PARTIE, NOUS PRESENTONS, DANS LA DEUXIEME PARTIE, UNE SYNTHESE DES PRINCIPALES TECHNIQUES DE MESURE DE BRUIT, ET NOUS DECRIVONS L'INSTRUMENTATION ASSOCIEE. FORTS DE CETTE ANALYSE, NOUS PRESENTONS DANS LA TROISIEME PARTIE, LA MISE EN UVRE D'UN NOUVEAU BANC DE MESURE DES PARAMETRES DE BRUIT DANS LA GAMME DES MICROONDES, UTILISANT UNE ARCHITECTURE DU RECEPTEUR DE BRUIT SIMPLIFIEE, BASEE SUR UN MELANGE A REJECTION D'IMAGE. PAR LA SUITE, DIVERS TYPES DE TESTS ET DE MESURES COMPARATIVES ONT ETE EFFECTUES POUR LA VALIDATION. PAR AILLEURS, DEUX AMELIORATIONS SIGNIFICATIVES ONT ETE APPORTEES. LA PREMIERE A CONSISTE A AUGMENTER LA PRECISION DE MESURE, A L'AIDE D'UN NOUVEL ALGORITHME D'EXTRACTION DES PARAMETRES DE BRUIT, LA SECONDE A SE DOTER DE MOYENS DE VERIFICATION, A L'AIDE D'UN NOUVEAU DISPOSITIF PASSIF, ORIGINAL, ADAPTE AU TEST SUR TRANCHE. LA DERNIERE PARTIE EST CONSACREE A LA MODELISATION EN BRUIT DE TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP. L'EXPLOITATION DE L'ENSEMBLE DES OUTILS DE CARACTERISATION EN BRUIT A FINALEMENT ETE FAITE SUR LE TRANSISTOR GAAS SUR INP. CETTE ETUDE A MONTRE L'INFLUENCE DE L'EPAISSEUR DU BUFFER GAAS SUR LES PERFORMANCES EN BRUIT DE CE TYPE DE TRANSISTOR
Author: Ahmed Lyoubi Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 164
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Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement d'un banc de mesure du bruit basse fréquence et la modélisation électrique distribuée des transistors à effet de champ hyperfréquences afin de disposer d'une description plus fine de ce composant pour la CAO des circuits micro-ondes. Une première approche utilise la modélisation dite classique qui permet de décrire le transistor par un circuit équivalent électrique intrinsèque. Cependant, les spécifications contraignantes imposées aux spectres de bruit des oscillateurs inclus dans les systèmes électroniques imposent une modélisation rigoureuse du comportement en bruit basse fréquence des composants actifs. Le bruit de phase d'un oscillateur étant étroitement lié au bruit basse fréquence du transistor utilisé, il faut étudier le comportement en bruit de fond du composant. En effet, la présence de bruit converti par modulation de phase et d'amplitude autour de la porteuse des oscillateurs, contribue à l' augmentation des taux d'erreurs et à la diminution de la sensibilité des radars pour ne citer que ces deux exemples. Pour cela un banc de mesure de bruit basse fréquence, composé d'un amplificateur de tension faible bruit, d'un amplificateur transimpédance et d'un analyseur FFT a été mis au point, et un modèle de TEC de type distribué incluant ces sources de bruit a été développé à partir de la caractérisation expérimentale. Puis ce modèle distribué en bruit basse fréquence nous a permis de comparer avec succés les mesures et les simulations du bruit de phase d'un oscillateur à résonatuer diélectrique, circuit constitutif d'une source millimétrique complète d'un radar anti-collision fonctionnant à 77 GHz, et ayant une fréquence d'oscillation de 19 GHz.
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CE MEMOIRE DE THESE S'INSCRIT DANS LE CADRE GENERAL DE L'ETUDE EN BRUIT DES COMPOSANTS ACTIFS DANS LE DOMAINE DES MICRO-ONDES ET DU MILLIMETRIQUE. LE NIVEAU DE BRUIT GENERE PAR UN TRANSISTOR ASSOCIE A SES PERFORMANCES DYNAMIQUES VONT DETERMINER SES LIMITES DE FONCTIONNEMENT. DE PLUS, L'ETUDE DU BRUIT DU DISPOSITIF EST UNE SOURCE IMPORTANTE D'INFORMATIONS RELATIVES AUX MECANISMES PHYSIQUES IMPLIQUES. CES INFORMATIONS POURRONT ETRE EXPLOITEES PAR LE TECHNOLOGUE QUI OPTIMISE LA STRUCTURE DU COMPOSANT. LA CARACTERISATION EN BRUIT CONSISTE FONDAMENTALEMENT A DETERMINER LES 4 PARAMETRES DE BRUIT DU COMPOSANT. ELLE IMPLIQUE LA MISE EN UVRE DE METHODES SPECIFIQUES DE MESURE ET D'EXTRACTION. CEPENDANT, LES TECHNIQUES D'EXTRACTION PROPOSEES POUR L'OBTENTION DES PARAMETRES DE BRUIT ONT DES LIMITATIONS. AINSI, LES METHODES DE MESURE DE BRUIT SOUS 50 OHMS POUR LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP NE SONT PAS UTILISEES DANS LE CAS DES COMPOSANTS BIPOLAIRES. PAR AILLEURS, LES METHODES EXISTANTES SONT DIFFICILEMENT APPLICABLES A LA MESURE DE DISPOSITIFS REFROIDIS SITUES DANS UN ENVIRONNEMENT CRYOGENIQUE. LA NOUVELLE APPROCHE PROPOSEE ET DEVELOPPEE DANS CETTE THESE EST UNE ALTERNATIVE AUX METHODES STANDARDS PUISQU'ELLE AUTORISE L'ETUDE DE TOUS TYPE DE COMPOSANT ET QUE LES PRINCIPES ET LE BANC SUR LESQUELS ELLE EST BASEE PERMETTENT DES MESURES DE BRUIT A BASSE TEMPERATURE. NOUS PRESENTONS DANS CE MEMOIRE (QUI SE VEUT ETRE AUSSI UN OUTIL DE TRAVAIL), LES PRINCIPES ET LE DEVELOPPEMENT DE CETTE NOUVELLE METHODE DE CARACTERISATION EN BRUIT DE COMPOSANTS ACTIFS. IL CONTIENT DONC LES BASES NECESSAIRES A LA COMPREHENSION DES MESURES DES 4 PARAMETRES DE BRUIT, EXPOSE LA METHODOLOGIE ASSOCIEE, DONNE LA PROCEDURE A SUIVRE POUR LA MISE EN PLACE D'UN BANC DE MESURE DE BRUIT ET SA VALIDATION A TRAVERS DES MESURES COMPARATIVES ET UNE MODELISATION DU BANC. ENFIN, CETTE NOUVELLE METHODE EST APPLIQUEE A UNE ETUDE EXTENSIVE DU BRUIT DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTIONS SUR INP DU CNET BAGNEUX.
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CE MEMOIRE EST CONSACRE A LA CARACTERISATION ET A LA MODELISATION HYPERFREQUENCE DU BRUIT DE FOND DANS LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP A HETEROJONCTION DE TYPE PSEUDOMORPHIQUE (PHEMT) SUR SUBSTRAT GAAS ET INP. SUR LES TRANSISTORS PHEMT (SUBSTRAT INP), NOUS ETUDIERONS L'EVOLUTION DU SCHEMA EQUIVALENT ET LES QUATRE PARAMETRES DE BRUIT EN FONCTION DE LA LARGEUR ET DE LA TOPOLOGIE DE GRILLE (GRILLE EN T, 4 ET 8 DOIGTS DE GRILLE). APRES UNE MESURE DES CARACTERISTIQUES I-V DES DISPOSITIFS, NOUS PRESENTONS DANS LE DEUXIEME CHAPITRE LA TECHNIQUE EXPERIMENTALE PERMETTANT D'OBTENIR LES QUATRE PARAMETRES DE BRUIT AINSI QUE LES RESULTATS OBTENUS. NOUS MONTRONS QUE LE TRANSISTOR PHEMT SUR INP PRESENTAIT UN FACTEUR DE BRUIT MINIMUM MOINS ELEVE ET UN COURANT DE DRAIN OPTIMUM PLUS GRAND QUE LE TRANSISTOR PHEMT SUR GAAS. L'ETUDE EN FONCTION DES PARAMETRES GEOMETRIQUES DE GRILLE A PERMIS DE DEFINIR LA STRUCTURE OPTIMALE EN CE QUI CONCERNE LE COMPORTEMENT EN BRUIT. UNE TELLE CARACTERISATION ETANT DELICATE A METTRE EN UVRE, NOUS AVONS CHERCHE A MODELISER LES QUATRE PARAMETRES DE BRUIT AFIN DE POUVOIR LES PREDIRE. LES METHODES CLASSIQUES NECESSITANT, EN PLUS DE LA CONNAISSANCE PRECISE DU SCHEMA EQUIVALENT ET AU MOINS D'UNE MESURE DE BRUIT, IL NOUS A SEMBLE INTERESSANT DE DEVELOPPER UN MODELE NE FAISANT APPEL QU'A LA CONNAISSANCE DU SCHEMA EQUIVALENT. LES RESULTATS OBTENUS PAR CE MODELE SONT EN PARFAIT ACCORD AVEC LES MESURES EFFECTUEES AUSSI BIEN EN FONCTION DE LA FREQUENCE QUE DE LA POLARISATION
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Dans ce travail, nous étudions les phénomènes physiques de bruit de diffusion dans les composants à hétérojonctions III.V de type TEGFETs. Cette étude est à la fois expérimentale et théorique. Nous commençons ce mémoire par la présentation d'une méthode de mesure de la puissance de bruit créée dans le canal de transistors à effet de champ. Le banc de mesure de la puissance de bruit conçu au départ pour fonctionner à l'ambiante, a été modifié pour permettre des mesures en basse température. Ainsi, il est possible de mesurer des puissances de bruit dans une gamme de fréquence 10 MHz-16 GHz, dans une gamme de température 77 K-293 K. Dans la partie théorique de ce travail, nous avons mis au point un modèle basé sur les équations de relaxation qui nous permet d'aboutir non seulement au calcul de la caractéristique statique ou des paramètres en haute fréquence petit-signal, mais aussi au calcul du bruit de diffusion dans les transistors étudiés. Nous avons montré, entre autres, comment il était possible d'améliorer la caractéristique statique en tenant compte de la variation du pseudo-niveau de Fermi avec l'énergie dans le canal du composant. Pour chaque étape (continu, dynamique, bruit), nous avons systématiquement validé notre modèle par une comparaison théorie/expérience. A en juger les résultats obtenus, nous montrons que ce modèle basé sur les équations de relaxation allie de manière assez rigoureuse et efficace rapidité, précision, et fiabilité
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CET APPAREILLAGE PERMET DE MESURER LE BRUIT DE TRANSISTORS MOS DE PUISSANCE EN REGIME OHMIQUE (I#D MAX; 3 A; V#D#S MAX:15 V) OU EN REGIME DE SATURATION (V#D#S MAX:350 V, I#D MAX:3 MA). LA POLARISATION DU TRANSISTOR EST REALISEE PAR UN ENSEMBLE D'ALIMENTATIONS FAIBLE BRUIT CONCUES A PARTIR DE LA MISE EN CASCADE DE 3 MODULES DE REGULATION. LES ASSERVISSEMENTS MIS EN JEU PERMETTENT DE GARANTIR UN POINT DE FONCTIONNEMENT STABLE SANS DEGRADER LES CARACTERISTIQUES DE BRUIT. LES ALIMENTATIONS V#D#S FORT COURANT ET HAUTE TENSION PRESENTENT RESPECTIVEMENT DES TENSIONS DE BRUIT PROPRE DE 1,4 ET 1,8 NV EFFICACE PAR RACINE CARREE DE HZ A 31,6 HZ. LE BRUIT DU TRANSISTOR EST TRAITE PAR UNE CHAINE DE MESURE DE BRUIT COMPOSEE D'UN AMPLIFICATEUR LARGE BANDE, DE REJECTEURS, DE FIBRES ENTRE 31,6 HZ ET 3,16 KHZ D'UN MULTIPLEXEUR ET D'UN CONVERTISSEUR ANALOGIQUE-NUMERIQUE. L'AUTOMATISATION DU MESUREUR EST REALISEE PAR 2 MICROPROCESSEURS, L'UN GERANT LES PROTOCOLES DE POLARISATION, L'AUTRE DEDIE A LA MESURE DE BRUIT. POUR RENDRE CONVIVIAL LES RELATIONS HOMME-MACHINE, LE MESUREUR EST PILOTE PAR UN MICRO-ORDINATEUR
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CE MEMOIRE PRESENTE LA MODELISATION DISTRIBUEE DES SOURCES DE BRUIT BASSE FREQUENCE DANS LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP : APPLICATION A LA CONCEPTION D'OSCILLATIONS A FAIBLE BRUIT DE PHASE. L'EXPOSE DES TRAVAUX SE DECOMPOSE EN QUATRE PARTIES. AU COURS DE LA PREMIERE PARTIE, UNE NOUVELLE METHODOLOGIE DE CONCEPTION D'OSCILLATEUR S A BRUIT DE PHASE MINIMUM EST PRESENTEE. CETTE APPROCHE EST ILLUSTREE PAR LA REALISATION D'UN OSCILLATEUR A TRANSISTOR PHEMT, EN BANDE X, PRESENTANT UN BRUIT DE PHASE MESURE DE -80 DBC/HZ A 100 HZ DE LA PORTEUSE, CONSTITUANT UN ETAT DE L'ART. LES MODELES DE BRUIT BASSE FREQUENCE ACTUELLEMENT DISPONIBLES SONT TRES SOUVENT INSUFFISANTS. EN EFFET, ILS CONDUISENT A UNE ESTIMATION ERRONEE DES PERFORMANCES EN TERME DE BRUIT DES CIRCUITS ELECTRONIQUES. AINSI, LA SECONDE PARTIE EXPOSE UNE MODELISATION DE TYPE DISTRIBUEE DES SOURCES DE BRUIT DANS LES TRANSISTORS A EFFET DE CHAMP, ET CECI A PARTIR DES MESURES DE BRUIT SUR LE TRANSISTOR. DIFFERENTS MODELES SONT PROPOSES. L'INTEGRATION DE CES NOUVEAUX MODELES DANS LES LOGICIELS DE CAO COMMERCIAUX ETANT ENCORE DIFFICILE, NOUS EXPOSERONS EN TROISIEME PARTIR UN OUTIL D'ANALYSE PARAMETRIQUE PERMETTANT LA CARACTERISATION EN BRUIT DE CIRCUITS NON LINEAIRES. SA MISE EN UVRE A ETE EFFECTUEE DANS LE LOGICIEL MDS OU UNE PREMIERE SIMULATION D'UN CIRCUIT MMIC A ETE MENEE. ENFIN, LA QUATRIEME PARTIE DECRIT LE BANC DE CARACTERISATION DES SOURCES DE BRUIT BF, NECESSAIRES A L'ELABORATION DES MODELES PRESENTES LORS DE LA DEUXIEME PARTIE. DES MESURES REALISEES SUR UN TRANSISTORS DE TYPE PHEMT ILLUSTRENT LES POSSIBILITES DU BANC.
Author: Marc Schortgen Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 236
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Étude des propriétés de bruit des transistors à effet de champ à grille submicronique pour des fréquences de fonctionnement en gamme centimétrique et millimétrique. Dans le premier chapitre, rappel des divers problèmes posés par la modélisation d'un transistor à effet de champ à grille submicronique et présentation du modèle numérique utilisé pour décrire le fonctionnement du composant en petit signal. Dans le second chapitre, modélisation du bruit hyperfréquence dans le TEC ; emploi de la méthode du champ d'impédance permettant le calcul du facteur de bruit et du quadripole de bruit équivalent du composant intrinsèque et extrinsèque. Exploitation de ce modèle développée dans le troisième chapitre. Étude des influences des différents paramètres technologiques et des éléments parasites sur le facteur de bruit permettant de dégager les critères d'une amélioration des performances hyperfréquences des TEC dans la gamme 20-60 GHz. Dans la dernière partie, caractérisation des TEC. Une méthode originale de détermination des éléments parasites d'accès et du schéma équivalent intrinsèque est proposée. Une méthode de mesure de facteur de bruit et de détermination des éléments du quadripole équivalent de bruit est également présentée.
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L'accroissement du nombre d'applications dans le domaine des ondes millimetriques, necessite l'etablissement d'outils de simulation precis et fiables. Par consequent, le principal objectif de ce travail est l'etablissement de modeles lineaires incluant le bruit hyperfrequence des h.e.m.t. De longueur de grille largement sub-micronique valides jusqu'aux ondes millimetriques. Ceci a necessite le developpement de bancs de mesures de parametres s et de facteur de bruit sous pointes. La premiere partie traite de la mesure de bruit de la gamme d'ondes centimetriques jusqu'aux millimetriques. Les principaux aspects de cette partie, concernent la mesure de bruit en gamme d'ondes millimetriques ainsi qu'une nouvelle methode de caracterisation en bruit des transistors a effet de champs. Le deuxieme chapitre traite de la representation petit signal des hemt. Les principales conclusions de ce travail montrent qu'il est possible d'obtenir les parametres s et de bruit avec une precision acceptable en gamme d'ondes millimetriques a partir de modeles simples etablis a partir de caracterisations a de plus basses frequences. Cette partie s'attache aussi a la comparaison des deux approches en gamme d'ondes millimetriques. La troisieme partie considere les modeles de bruit pour la conception de circuits faible bruit en gamme d'ondes millimetriques. Nous montrerons donc un nouveau modele de bruit pour les hemt et un modele complet pour la realisation de circuits a base de hemts. Ce travail montre qu'on peut realiser une modelisation precise en gamme d'ondes millimetriques des parametres de bruit et des parametres s a partir de mesures effectuees en gamme d'ondes centimetriques.
Author: ALI.. BOUDIAF
Author: ALI.. BOUDIAF
Author: Ahmed Lyoubi
Author: Joël Lacoste
Author: VALERIE.. DANELON
Author: Frédéric Barberousse
Author: Joe͏̈l Gest
Author: Laurent Boggiano
Author: Emmanuelle Vaury
Author: Marc Schortgen
Author: Jean-Maxence Belquin