Modèle électrothermique distribué de transistor bipolaire à hétérojonction PDF Download
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Author: Marie Anne Pérez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
Book Description
CE TRAVAIL CONSTITUE UNE NOUVELLE APPROCHE SUR LA MODELISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION ET SON UTILISATION POUR LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT. UN RECAPITULATIF DE LA TECHNIQUE DE MODELISATION DE TBH DEVELOPPEE A L'IRCOM EST EXPOSE. LA NOUVELLE APPROCHE CONCERNE LA DISTRIBUTION THERMIQUE DU MODELE ET SA VALIDATION EN PETIT SIGNAL. CETTE DISTRIBUTION THERMIQUE NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE PHENOMENE DE CRUNCH PRESENT DANS LES TBH MULTIDOIGTS. NOUS AVONS PU SIMULER LES CONSEQUENCES DU CRUNCH EN COMPORTEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE. CE MODELE DE TBH NOUS A AUSSI PERMIS D'ABORDER UNE CONCEPTION D'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE OPTIMISE EN TEMPERATURE. UN AMPLIFICATEUR EN BANDE X A ETE CONCU ET REALISE. UNE ANALYSE DE STABILITE A ETE UTILISEE POUR PREDIRE LES PROBLEMES D'OSCILLATIONS. LES MESURES EN BOITIER DE CET AMPLIFICATEUR EN PETIT SIGNAL ET EN PUISSANCE NOUS PERMETTENT DE VALIDER LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION AINSI QUE LE MODELE ELECTROTHERMIQUE UTILISE.
Author: Marie Anne Pérez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 183
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CE TRAVAIL CONSTITUE UNE NOUVELLE APPROCHE SUR LA MODELISATION DE TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION ET SON UTILISATION POUR LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT. UN RECAPITULATIF DE LA TECHNIQUE DE MODELISATION DE TBH DEVELOPPEE A L'IRCOM EST EXPOSE. LA NOUVELLE APPROCHE CONCERNE LA DISTRIBUTION THERMIQUE DU MODELE ET SA VALIDATION EN PETIT SIGNAL. CETTE DISTRIBUTION THERMIQUE NOUS A PERMIS D'ETUDIER LE PHENOMENE DE CRUNCH PRESENT DANS LES TBH MULTIDOIGTS. NOUS AVONS PU SIMULER LES CONSEQUENCES DU CRUNCH EN COMPORTEMENT STATIQUE ET DYNAMIQUE. CE MODELE DE TBH NOUS A AUSSI PERMIS D'ABORDER UNE CONCEPTION D'AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE OPTIMISE EN TEMPERATURE. UN AMPLIFICATEUR EN BANDE X A ETE CONCU ET REALISE. UNE ANALYSE DE STABILITE A ETE UTILISEE POUR PREDIRE LES PROBLEMES D'OSCILLATIONS. LES MESURES EN BOITIER DE CET AMPLIFICATEUR EN PETIT SIGNAL ET EN PUISSANCE NOUS PERMETTENT DE VALIDER LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION AINSI QUE LE MODELE ELECTROTHERMIQUE UTILISE.
Author: David Lopez Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 206
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Le travail présenté dans ce mémoire concerne l'intégration d'un modèle thermique de TBH issu de simulations thermiques 3D dans un environnement de simulation circuit. Après avoir mis en évidence dans le premier chapitre les effets thermiques dans les composants micro-ondes, nous avons présenté dans le second chapitre le potentiel de prédiction des échauffements d'une analyse thermique 3D. Ensuite nous avons présenté la mise en place d'une méthode de réduction de modèle par la technique des vecteurs de Ritz à partir de ces simulations. Le troisième chapitre décrit la modélisation non-linéaire électrothermique de TBH développé à l'IRCOM afin de générer un modèle global de transistor distribué par doigt que l'on connectera au modèle thermique. Enfin, le dernier chapitre démontre l'intérêt d'un tel modèle dans le cadre de prédiction de stabilité (crunch) et du fonctionnement de puissance notamment en terme de dynamiques lentes en fonctionnement pulsé.
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CE TRAVAIL, PROPOSE PAR LE C.N.E.S., RENTRE DANS LE CONTEXTE D'UNE ACTION R&D DESTINEE A DEMONTRER LES POTENTIALITES OFFERTES PAR LE TBH. DANS LE BUT DE CONCEVOIR DES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN TECHNOLOGIE M.M.I.C., UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DU TBH A ETE DEVELOPPE. LA DETERMINATION DE CE MODELE REPOSE SUR UNE CARACTERISATION IMPULSIONNELLE DU TRANSISTOR PERMETTANT D'OBTENIR LES EVOLUTIONS NON LINEAIRES DE SES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DE JONCTION. UN MODELE NON LINEAIRE ELECTROTHERMIQUE DE TBH TENANT COMPTE DES EFFETS NON QUASI STATIQUES DU TRANSISTOR A ETE DETERMINE. APRES UNE VALIDATION DU MODELE SUR DIFFERENTS ECHANTILLONS ET SUR LA CONCEPTION D'UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT DE TYPE CLASSE F EN BANDE S, NOUS AVONS ETUDIE LE PHENOMENE D'INSTABILITE THERMIQUE (EFFET CRUNCH) APPARAISSANT DANS LES TRANSISTORS MULTIDOIGTS. FINALEMENT, LA CONCEPTION NON LINEAIRE D'AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A HAUT RENDEMENT EN BANDE X EST ETUDIEE. CETTE ETUDE A ETE INTEGRALEMENT CONDUITE A PARTIR DE L'UTILISATION CONJOINTE DU MODELE NON LINEAIRE ET DES LOGICIELS DE C.A.O. LA QUALITE DES RESULTATS OBTENUS DES LA PREMIERE FABRICATION, VALIDE LE MODELE DEVELOPPE ET TEMOIGNE DE L'EFFICACITE DE LA METHODOLOGIE DE CONCEPTION EMPLOYEE.
Author: François Dhondt Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 400
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De part leur forte densité de puissance potentielle (10 w/mm contre 1 à 2w/mm pour les HEMT), les transistors bipolaires a hétérojonction (TBH) sont des composants de choix pour les applications monolithiques de forte puissance et à haut rendement. Cependant leur loi d'injection spécifique et la mauvaise conductivité thermique de l'AsGa les prédispose à des phénomènes d'emballement thermiques nuisibles pour leur fiabilité et leur niveau de performances. Les solutions mises en oeuvre pour stabiliser thermiquement les TBH (drain thermique, résistance de ballast) induisent des éléments parasites néfastes au comportement hyperfréquence du transistor. Notre travail a donc consisté dans le développement d'un modèle global de TBH multidoigts permettant une approche autocohérente des phénomènes électriques et thermiques. Pour cela, partant de modèle physiques non-stationnaires 1d et 2d de TBH nous extrayons les modèles électriques intrinsèques de transistor monodoigt paramètres en température pour chaque point de fonctionnement. Les éléments extrinsèques et les liaisons électriques entre les différents doigts sont caractérisés par des simulations électromagnétiques 3d. Enfin, une solution numérique non-linéaire de l'équation de la chaleur (3d régime établi, 2d en régime transitoire) couplée de façon autocoherente aux modèles électriques par une procédure d'équilibrage thermique permet une détermination réaliste des performances hyperfréquences de TBH multidoigts avec prise en compte des effets thermiques doigt a doigt.
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AU COURS DE CE TRAVAIL NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE NON LINEAIRE DU TBH POUR LA CONCEPTION DES CIRCUITS MICRO-ONDES, AINSI QUE DES PROCEDURES DE CARACTERISATION ASSOCIEES A CE MODELE. LE MODELE TIEN COMPTE DES PROPRIETES PHYSIQUES PROPRES AU TBH ET DE L'AUTO ECHAUFFEMENT DU TRANSISTOR. LA PRISE EN COMPTE DE L'AUTO ECHAUFFEMENT DU TRANSISTOR CONSTITUE UNE ORIGINALITE DE CE TRAVAIL. LE TRANSISTOR EST DECRIT PAR UN MODELE ELECTROTHERMIQUE, CONSTITUE D'UN MODELE ELECTRIQUE ET D'UN MODELE THERMIQUE AVEC INTERACTION ENTRE LES DEUX MODELES. LA TEMPERATURE QUI N'EST PLUS CONSTANTE DURANT LA SIMULATION COMME C'EST LE CAS DES MODELES IMPLANTES DANS LES SIMULATEURS STANDARDS, CONSTITUE UNE ELECTRODE DE COMMANDE DU TRANSISTOR AU MEME TITRE QUE LES ELECTRODES DE BASE, DE COLLECTEUR ET D'EMETTEUR. UNE METHODOLOGIE DE CARACTERISATION NON LINEAIRE PERMETTANT DE DETERMINER L'ENSEMBLE DES PARAMETRES STATIQUES DU MODELE ELECTRIQUE A ETE DEVELOPPEE. D'AUTRE PART NOUS AVONS PROPOSE UNE NOUVELLE METHODE D'EXTRACTION QUI PERMET D'OBTENIR DIRECTEMENT L'ENSEMBLE DES PARAMETRES ELECTRIQUES DU CIRCUIT LINEAIRE EQUIVALENT DU TBH SANS AUCUNE OPTIMISATION. DE PLUS ELLE NE NECESSITE AUCUNE INFORMATION GEOMETRIQUE NI TECHNOLOGIQUE CONCERNANT LE TRANSISTOR. CETTE METHODE EST BASEE SUR DES EQUATIONS PUREMENT ANALYTIQUES QUI EXPRIMENT LES PARAMETRES Z DU TRANSISTOR EN FONCTION DES PARAMETRES ELECTRIQUES DU CIRCUIT LINEAIRE EQUIVALENT UTILISE. LA VALIDATION DE LA METHODE EST EFFECTUEE SUR DEUX TRANSISTORS GAINP/GAAS DE FREQUENCE DE COUPURES DIFFERENTES 20 GHZ ET 80 GHZ. LE MODELE NON LINEAIRE EST VALIDE EN REGIME STATIQUE ET EN REGIME DYNAMIQUE PETITS SIGNAUX ET FORTS SIGNAUX, UN EXCELLENT ACCORD EST OBTENU ENTRE LA MESURE ET LA SIMULATION.
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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%.
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Ce mémoire est consacré à la modélisation non-linéaire du TBH, appliquée à la réalisation d'un oscillateur en bande X à faible bruit de phase dans le cadre du projet PHARAO. Ce travail permet de dégager les paramètres influant sur le bruit de phase et établit une méthode de conception permettant d'obtenir le minimum de bruit de phase dans les oscillateurs. Le premier chapitre donne un descriptif du fonctionnement du transistor bipolaire et identifie les avantages et inconvénients des différentes familles de TBH par rapport aux transistors à effet de champ afin de confirmer les potentialités du TBH pour les applications microondes. Le second chapitre est alors consacré à la présentation d'un modèle non-linéaire, non-quasi-statique et électro-thermique du TBH. Les différentes étapes permettant de l'obtenir, ainsi que sa validation à travers plusieurs mesures sont présentées. Dans le troisième chapitre, nous présentons la méthodologie de conception d'un oscillateur TBH à faible bruit de phase. La réalisation d'une maquette d'oscillateur sur table, fonctionnant à 9.2 GHz et s'inscrivant dans le cadre du projet PHARAO financé par le CNES constitue l'aboutissement de ce travail.
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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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NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE ELECTROTHERMIQUE UNIDIMENSIONNEL DU TRANSISTOR BIPOLAIRE DE PUISSANCE DANS LE SIMULATEUR DE CIRCUITS SABER. AU NIVEAU ELECTRIQUE, LA DYNAMIQUE DE LA CHARGE STOCKEE DANS LE COLLECTEUR, PREPONDERANTE POUR CE TYPE DE COMPOSANT, EST PRISE EN COMPTE DE FACON NON QUASI-STATIQUE COMME UNE VARIABLE D'ETAT DU MODELE POUR DEVELOPPER LES SOLUTIONS CORRESPONDANT AU MODE STATIQUE ET AUX DIFFERENTS TRANSITOIRES D'OUVERTURE ET DE FERMETURE DU TRANSISTOR. LE MODELE THERMIQUE PREND EN COMPTE LES ECHANGES DE CHALEUR ENTRE LA PUCE DE SILICIUM ET SON ENVIRONNEMENT. DEUX VERSIONS DU MODELE THERMIQUE ONT ETE DEVELOPPEES: LA PREMIERE EST UNIDIMENSIONNELLE ET UTILISE L'ANALOGIE THERMIQUE-ELECTRIQUE ET LES NOTIONS DE RESISTANCE THERMIQUE ET DE CAPACITE THERMIQUE. LA DEUXIEME EST DEDIEE AUX STRUCTURES BIPOLAIRES ET UTILISE UN CALCUL A DEUX DIMENSIONS DE LA TEMPERATURE DANS LE SILICIUM POUR METTRE EN EVIDENCE L'APPARITION D'UN GRADIENT DE TEMPERATURE LONGITUDINAL EN SURFACE DE PUCE POUR LES FORTES PUISSANCES DISSIPEES. LE MODELE COMPLET DU TRANSISTOR PREND EN COMPTE LE COUPLAGE ELECTROTHERMIQUE TEMPERATURE-PUISSANCE DISSIPEE PAR L'INTERMEDIAIRE DE LOIS DE DEPENDANCE EN TEMPERATURE AFFECTEES AUX PARAMETRES PHYSIQUES DU SILICIUM. LE MODELE EST VALIDE PAR LA CARACTERISATION DE PLUSIEURS TRANSISTORS BIPOLAIRES DE PUISSANCE DU COMMERCE, TANT AU NIVEAU DE SON FONCTIONNEMENT PUREMENT ELECTRIQUE EN MODE STATIQUE ET TRANSITOIRE (SANS AUTOECHAUFFEMENT) QUE DE SON COMPORTEMENT LORSQUE LE TRANSISTOR EST SOUMIS A DE FORTS AUTOECHAUFFEMENTS
Author: Marie Anne Pérez
Author: Marie Anne Pérez
Author: David Lopez
Author: Thierry Peyretaillade
Author: François Dhondt
Author: AHMED.. BIRAFANE
Author: Jean-Philippe Fraysse
Author: Fabrice Arlot
Author: Miloud Abboun
Author: Raphaël Sommet
Author: THIERRY.. MAUREL