Fiabilité et bruit basse fréquence de transistors bipolaires à hétérojonction SiGe :C 250 GHz dédiés aux applications ondes millimétriques PDF Download
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Ce travail de thèse portait sur l’étude de la fiabilité et du bruit basse fréquence de TBHs SiGe :C de la filière BiCMOS9MW dédiés aux applications ondes millimétriques. Ainsi, les 3 modes de polarisation en inverse, en direct et en « mixed-mode » ont été bien caractérisés et la dégradation associée, investiguée en détails en utilisant une approche originale couplant bruit et fiabilité et des outils puissants tels que la simulation TCAD et la modélisation HICUM. Ensuite, l’extraction de facteurs d’accélération de la dégradation du courant de base en fonction des paramètres de la contrainte nous a permis de proposer des modèles empiriques de durées de vies, pour tous les modes de défaillance. Enfin, l’introduction de la fiabilité au niveau « design » a permis de simuler pour la première fois la dégradation du TBH de l’amplificateur en puissance à 77GHz.
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Ce travail de thèse portait sur l’étude de la fiabilité et du bruit basse fréquence de TBHs SiGe :C de la filière BiCMOS9MW dédiés aux applications ondes millimétriques. Ainsi, les 3 modes de polarisation en inverse, en direct et en « mixed-mode » ont été bien caractérisés et la dégradation associée, investiguée en détails en utilisant une approche originale couplant bruit et fiabilité et des outils puissants tels que la simulation TCAD et la modélisation HICUM. Ensuite, l’extraction de facteurs d’accélération de la dégradation du courant de base en fonction des paramètres de la contrainte nous a permis de proposer des modèles empiriques de durées de vies, pour tous les modes de défaillance. Enfin, l’introduction de la fiabilité au niveau « design » a permis de simuler pour la première fois la dégradation du TBH de l’amplificateur en puissance à 77GHz.
Author: Thomas Lacave Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 228
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Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHz.
Author: Cyril Chay Publisher: Editions Universitaires Europeennes ISBN: 9783838180113 Category : Languages : fr Pages : 140
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Resume: Ce travail a consiste a caracteriser des transistors bipolaires a heterojonction par des mesures de bruit basse frequence (BF). Cette etude a porte sur deux types de composants: des transistors Si/SiGe et Si/SiGeC issus de technologies BiCMOS avancees. Les mesures de bruit basse frequence sont effectuees en fonction de la polarisation sur des transistors presentant differents parametres technologiques (surface d'emetteur, profil du Germanium, ...) afin de pouvoir localiser et analyser les sources de bruit. Nous avons pu modeliser le bruit en 1/f associe au courant de base ce qui nous a permis d'extraire les parametres SPICE utilises dans les modeles de simulation electrique des circuits. Un facteur de merite reliant les performances frequentielles et les performances en bruit BF a ete propose. Une etude de l'influence du stress electrique sur des transistors Si/SiGe a ete effectuee pour localiser les defauts et les sources de bruit associees.
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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.
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De nos jours, l'industrie de la microélectronique développe des nouvelles technologies qui permettent l'obtention d'applications du quotidien alliant rapidité, basse consommation et hautes performances. Pour cela, le transistor, composant actif élémentaire et indispensable de l'électronique, voit ses dimensions miniaturisées à un rythme effréné suivant la loi de Moore de 1965. Cette réduction de dimensions permet l'implémentation de plusieurs milliards de transistors sur des surfaces de quelques millimètres carrés augmentant ainsi la densité d'intégration. Ceci conduit à une production à des coûts de fabrication constants et offre des possibilités d'achats de produits performants à un grand nombre de consommateurs. Le MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), transistor à effet de champ, aussi appelé MOS, représente le transistor le plus utilisé dans les différents circuits issus des industries de la microélectronique. Ce transistor possède des longueurs électriques de 14 nm pour les technologies industrialisables les plus avancées et permet une densité intégration maximale spécialement pour les circuits numériques tels que les microprocesseurs. Le transistor bipolaire, dédié aux applications analogiques, fut inventé avant le transistor MOS. Cependant, son développement correspond à des noeuds technologiques de génération inférieure par rapport à celle des transistors MOS. En effet, les dimensions caractéristiques des noeuds technologiques les plus avancés pour les technologies BiCMOS sont de 55 nm. Ce type de transistor permet la mise en oeuvre de circuits nécessitant de très hautes fréquences d'opération, principalement dans le secteur des télécommunications, tels que les radars anticollisions automobiles fonctionnant à 77 GHz. Chacun de ces types de transistors possède ses propres avantages et inconvénients. Les avantages du transistor MOS reposent principalement en deux points qui sont sa capacité d'intégration et sa faible consommation lorsqu'il est utilisé pour réaliser des circuits logiques. Sachant que ces deux types de transistors sont, de nos jours, comparables du point de vue miniaturisation, les avantages offerts par le transistor bipolaire diffèrent de ceux du transistor MOS. En effet, le transistor bipolaire supporte des niveaux de courants plus élevés que celui d'un transistor MOS ce qui lui confère une meilleure capacité d'amplification de puissance. De plus, le transistor bipolaire possède une meilleure tenue en tension et surtout possède des niveaux de bruit électronique beaucoup plus faibles que ceux des transistors MOS. Ces différences notables entre les deux types de transistors guideront le choix des concepteurs suivant les spécifications des clients. L'étude qui suit concerne la fiabilité de ces deux types de transistors ainsi que celle de circuits pour les applications radio fréquences (RF) et aux longueurs d'ondes millimétriques (mmW) pour lesquels ils sont destinés. Il existe dans la littérature de nombreuses études de la fiabilité des transistors MOS. Concernant les transistors bipolaires peu d'études ont été réalisées. De plus peu d'études ont été menées sur l'impact de la fiabilité des transistors sur les circuits. L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement de ces deux types de transistors mais aussi de les replacer dans le contexte de l'utilisateur en étudiant la fiabilité de quelques circuits parmi les plus usités dans les domaines hyperfréquence et millimétrique. Nous avons aussi essayé de montrer qu'il était possible de faire évoluer les règles de conception actuellement utilisées par les concepteurs tout en maintenant la fiabilité attendue par les clients.
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.
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L'OBJECTIF DE CE TRAVAIL EST DE METTRE EN UVRE UNE TECHNIQUE DE MODELISATION PETIT SIGNAL ET EN BRUIT DU TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION (TBH). DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS ABORDONS LES PERFORMANCES DYNAMIQUES DU TBH PAR L'ETUDE DU TRANSPORT DES PORTEURS DE CHARGES DANS LES DIFFERENTES ZONES DU COMPOSANT. NOUS EVOQUONS ENSUITE L'ETAT DE L'ART DE LA MODELISATION PETIT SIGNAL DES TBHS. POUR COMPLETER LA MODELISATION, LES DIFFERENTES REPRESENTATIONS DU BRUIT DANS LE TBH INTRINSEQUE A PARTIR DU MODELE LOCALISE DES SOURCES DE BRUIT SONT EXPOSEES. LE SECOND CHAPITRE DE CE MEMOIRE EST UNE PRESENTATION DU BANC DE MESURE DE BRUIT AUX FREQUENCES MICRO-ONDES. UNE ETUDE EST REALISEE AFIN D'OBTENIR UNE CONFIGURATION OPTIMALE DU BANC. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS DEVELOPPONS UN PROCEDE SIMPLE D'EXTENSION DES POSSIBILITES DE MESURES AUX BASSES FREQUENCES MICRO-ONDES (1-4 GHZ). LA GAMME DE FREQUENCE DE CARACTERISATION EXPERIMENTALE EN BRUIT EST AINSI PORTEE DE 1 A 22 GHZ. ENFIN, NOUS TERMINONS CE CHAPITRE PAR UNE CARACTERISATION DE DIFFERENTES FILIERES TECHNOLOGIQUES DE TRANSISTORS HYPERFREQUENCES. LE TROISIEME VOLET DE NOTRE MEMOIRE PORTE SUR LA TECHNIQUE D'EXTRACTION DU SCHEMA PETIT SIGNAL QUE NOUS AVONS MIS EN UVRE. D'EXCELLENTS RESULTATS SONT OBTENUS ET VALIDES PAR UNE ETUDE DE LA VARIATION DES PARAMETRES INTRINSEQUES DU TBH AVEC LA POLARISATION. DES SOURCES DE BRUIT SONT ENSUITE ASSOCIEES AUX DIFFERENTES JONCTIONS ET RESISTANCES PARASITES. LES RESULTATS OBTENUS PAR NOTRE MODELE COINCIDENT PARFAITEMENT AVEC LES MESURES EXPERIMENTALES. LE QUATRIEME CHAPITRE EST CONSACRE A L'ETUDE DE LA FILIERE GAINP/GAAS. LE MODELE PETIT SIGNAL EST UTILISE POUR METTRE EN EVIDENCE DES SINGULARITES LIEES A L'ORIENTATION DE GRAVURE DE L'EMETTEUR. UNE ETUDE DE LA FIABILITE EST ENSUITE REALISEE POUR JUSTIFIER DE LA MATURITE TECHNOLOGIQUE DES COMPOSANTS, CETTE PHASE ETANT NECESSAIRE POUR QUALIFIER LES TBHS EN VUE D'APPLICATIONS DANS DES CIRCUITS ELECTRONIQUES HYPERFREQUENCES.
Author: Malick Diop
Author: Malick Diop
Author: Thomas Lacave
Author: Bart Van Haaren
Author: Cyril Chay
Author: Cyril Chay
Author: Jérémy Raoult![Influence de paramètres technologiques sur le bruit basse fréquence des transistors bipolaires à hétérojonction Si[slash]SiGe[deux points]C PDF](https://books.google.com/books/content/images/frontcover/KpAEzgEACAAJ?fife=w80-h100)
Author: Patrice Benoit
Author: Salim Ighilahriz
Author: Boris Geynet
Author: Jean-Guy Tartarin