Fabrication, caractérisation et modélisation des transistors bipolaires a double hétérojonction InP pour circuits de communications optiques à très hauts débits (40 Gbit/s PDF Download
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Author: Joseph Mba Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 219
Book Description
L'objectif est de mettre en place une technologie TBH InP avec des transistors ayant des fréquences de coupure supérieures à 80 GHz. Ces transistors permettront de fabriquer des circuits de communication optique fonctionnant à 40 Gbit/s. L'obtention de ces hautes performances passe par la définition d'une structure de couches adéquate, par une technologie de fabrication adaptée, par une analyse des phénomènes de transport et par des mesures hyperfréquences adaptées. A la lumière de l'analyse des phénomènes de transport et de la modélisation, nous avons proposé des évolutions de la structure permettant d'obtenir simultanément: des fréquences de coupure élevées, une faible consommation, une tension de claquage élevée (B V CE) et de faibles courants de fuite. Un point essentiel abordé dans cette partie est 1' apport d'une base à composition graduelle permettant de minimiser le temps de transit à travers la base et de trouver un meilleur compromis entre un gain élevé et une faible résistance de base. Une optimisation de la technologie de fabrication du TBH a été mise en place, de manière à réduire sensiblement (60%) les parasites, dans le cadre des règles de dessin imposées par l'outil technologique disponible au laboratoire. Cette optimisation concerne principalement la réduction de la surface base-collecteur, dont dépend directement la capacité base-collecteur, la fréquence de transition et surtout la fréquence maximale d'oscillation. Cette technologie associée à la structure de couches évoluée a conduit à la réalisation de transistors ayant les performances suivantes : Ft = 105 GHz, Fmax = 70 GHz, β = 48, BVCE > à 7,5 V. Ces transistors ont conduit à la réalisation de circuits fonctionnant à 44 Gbit/s pour le multiplexeur 2:1, 40 Gbit/s pour le démultiplexeur 2: l, 25 Gbit/s pour le driver et plus de 25 Gbit/s pour une bascule D. L'ensemble de ces circuits permet de valider les approches utilisées au cours de ce travail.
Author: Joseph Mba Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 219
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L'objectif est de mettre en place une technologie TBH InP avec des transistors ayant des fréquences de coupure supérieures à 80 GHz. Ces transistors permettront de fabriquer des circuits de communication optique fonctionnant à 40 Gbit/s. L'obtention de ces hautes performances passe par la définition d'une structure de couches adéquate, par une technologie de fabrication adaptée, par une analyse des phénomènes de transport et par des mesures hyperfréquences adaptées. A la lumière de l'analyse des phénomènes de transport et de la modélisation, nous avons proposé des évolutions de la structure permettant d'obtenir simultanément: des fréquences de coupure élevées, une faible consommation, une tension de claquage élevée (B V CE) et de faibles courants de fuite. Un point essentiel abordé dans cette partie est 1' apport d'une base à composition graduelle permettant de minimiser le temps de transit à travers la base et de trouver un meilleur compromis entre un gain élevé et une faible résistance de base. Une optimisation de la technologie de fabrication du TBH a été mise en place, de manière à réduire sensiblement (60%) les parasites, dans le cadre des règles de dessin imposées par l'outil technologique disponible au laboratoire. Cette optimisation concerne principalement la réduction de la surface base-collecteur, dont dépend directement la capacité base-collecteur, la fréquence de transition et surtout la fréquence maximale d'oscillation. Cette technologie associée à la structure de couches évoluée a conduit à la réalisation de transistors ayant les performances suivantes : Ft = 105 GHz, Fmax = 70 GHz, β = 48, BVCE > à 7,5 V. Ces transistors ont conduit à la réalisation de circuits fonctionnant à 44 Gbit/s pour le multiplexeur 2:1, 40 Gbit/s pour le démultiplexeur 2: l, 25 Gbit/s pour le driver et plus de 25 Gbit/s pour une bascule D. L'ensemble de ces circuits permet de valider les approches utilisées au cours 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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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.
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L'ESSOR DES TELECOMMUNICATIONS A L'ECHELLE MONDIALE QU'A CONNU LA FIN DU XXEME SIECLE A ETE RENDU POSSIBLE PAR L'EXISTENCE DE RESEAUX A BASE DE FIBRES OPTIQUES, CAPABLES DE TRANSMETTRE DES FLUX DE DONNEES IMPORTANTS SUR DE LONGUES DISTANCES. LA GESTION DE CES IMPORTANTS FLUX D'INFORMATION EN AMONT ET EN AVAL DE LA FIBRE REQUIERT DES CIRCUITS ELECTRONIQUES NUMERIQUES ET ANALOGIQUES TRAITANT DES DEBITS DE DONNEES SUPERIEURS A 40GB/S, CE QUI IMPLIQUE L'UTILISATION DE COMPOSANTS TRES RAPIDES, AVEC DES FREQUENCES DE TRANSITION AU-DELA DE 150GHZ.GRACE AUX REMARQUABLES PROPRIETES DE LA FAMILLE DE MATERIAUX III-V EN TERMES DE TRANSPORT ELECTRIQUE, LE TRANSISTOR BIPOLAIRE A HETEROJONCTION GAINAS/INP SE CLASSE COMME L'UN DES TRANSISTORS LES PLUS RAPIDES ACTUELLEMENT, ET PERMET LA REALISATION DE TELS CIRCUITS OPERATIONNELS A TRES HAUTE FREQUENCE.LA MISE EN PLACE D'UNE FILIERE COMPLETE DE FABRICATION DE CIRCUITS A BASE DE TBH NECESSITE QUE SOIT MAITRISE UN GRAND NOMBRE D'ETAPES. UN CERTAIN NOMBRE D'ENTRE ELLES TOUCHE DIRECTEMENT AU COMPOSANT: CONCEPTION, EPITAXIE, FABRICATION TECHNOLOGIQUE, CARACTERISATION A CES ETAPES DOIT ETRE AJOUTEE UNE CERTAINE COMPREHENSION DES PHENOMENES PHYSIQUES INTERVENANT DANS LE DISPOSITIF.DANS CE TRAVAIL DE THESE, LES PROBLEMATIQUES LIEES A L'OPTIMISATION DU TBH GAINAS/INP, AINSI QUE CERTAINES QUESTIONS RELATIVES AUX MECANISMES PHYSIQUES MIS EN JEU SONT PRESENTEES.
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AVEC L'AVENEMENT DU MULTIMEDIA ET DES NOUVEAUX MOYENS DE COMMUNICATIONS COMME L'INTERNET, S'AFFIRME DE PLUS EN PLUS LA NECESSITE DE DISPOSER DE SYSTEMES DE TRANSMISSION A TRES HAUT DEBIT POUR VEHICULER L'ENSEMBLE DE L'INFORMATION QUE REQUIERT CE TYPE DE SERVICES. LES SYSTEMES DE COMMUNICATIONS SUR FIBRES OPTIQUES APPARAISSENT LES MIEUX ADAPTES POUR REPONDRE A CETTE DEMANDE, AVEC DES SYSTEMES DE TYPE ETDM A 10 GB/S DEJA COMMERCIALISES ET EVOLUANT DESORMAIS VERS DES DEBITS DE 40 GB/S, VERITABLE ENJEU DES RECHERCHES ACTUELLES EN MONTEE EN DEBIT. DES CIRCUITS INTEGRES TRES RAPIDES DOIVENT ETRE DEVELOPPES EN CONSEQUENCE, QUI NECESSITENT LA MISE EN UVRE D'UNE METHODOLOGIE DE CONCEPTION DE TYPE GLOBALE, AVEC UNE OPTIMISATION DE TOUS LES PARAMETRES DE CONCEPTION A TOUS LES NIVEAUX, TRANSISTOR, CIRCUIT ET SYSTEME. DANS CETTE THESE, NOUS AVONS CHERCHE A DONNER AU CONCEPTEUR LES MOYENS D'OPTIMISER FINEMENT LES PERFORMANCES DE SES CIRCUITS. NOUS AVONS TOUT D'ABORD CHERCHE A MIEUX UTILISER LA TECHNOLOGIE BIPOLAIRE A DOUBLE HETEROJONCTION (TBDH) INP/GALNAS DEVELOPPEE AU CNET EN LAISSANT AU CONCEPTEUR LA POSSIBILITE D'OPTIMISER, VIA L'ETABLISSEMENT D'UN MODELE CAO, LES PARAMETRES LES PLUS IMPORTANTS DE CHAQUE TRANSISTOR : LEUR GEOMETRIE MAIS AUSSI L'EPAISSEUR DES COUCHES. NOUS AVONS EGALEMENT CHERCHE A MIEUX PRENDRE EN COMPTE L'INFLUENCE DE LA PHASE D'IMPLANTATION PAR UNE EXTRACTION AUTOMATIQUE DES INTERCONNEXIONS EN MODELES DE LIGNES DE TRANSMISSION DE TYPE RLC. CES ASPECTS METHODOLOGIQUES ONT ETE VALIDES PAR LA REALISATION D'UN MODULE MUX-DRIVER A 44 GB/S DELIVRANT PLUS DE 2 VPP, CE QUI CONSTITUE UN RECORD POUR UNE TECHNOLOGIE TBH INP. LE CIRCUIT A ETE TESTE EN CONDITIONS REELLES D'UTILISATION, C'EST A DIRE EN PILOTANT UN MODULATEUR ELECTRO-ABSORBANT (MEA). UNE MODULATION DU SIGNAL OPTIQUE JUSQU'A 40 GB/S AVEC DES TAUX D'EXTINCTION DE 9 DB A AINSI ETE OBTENUE.
Author: David Caffin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 291
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Ce travail présente l'assemblage d'une technologie de fabrication de transistors bipolaires à simple ou double hétérojonction InP/GaInAs. Les applications visées sont des circuits logiques, analogiques et optoélectroniques. La structure multicouches, épitaxie en épitaxie par jet chimique, est constituée d'une jonction émetteur-base abrupte, modélisée dans ce travail. Le choix du couple dopage/épaisseur de base est restreint par l'importance des recombinaisons Auger dans le GaInAs fortement dopée. Une étude comparative de différentes structures de l'hetérojonction base-collecteur démontre que le meilleur compromis entre collection du courant, tension de claquage et vitesse du dispositif est d'insérer entre la base et le collecteur en InP dope n- plusieurs fines couches de GaInAsP de gap variable. Les étapes technologiques sont mises au point pour induire un minimum de déviation du comportement idéal du dispositif. Un procédé de gravure mixte chimique/usinage ionique permet la définition des mésas émetteur et base. Une étude approfondie des dégradations morphologiques induites par la métallisation de base dans la partie extrinsèque de la jonction base-collecteur est effectuée. Un contact non allié du type Ti/Pt/Au, recuit a 300°C, permet d'obtenir un bon contact ohmique sans créer de fuites de la jonction. Pour la passivation du dispositif, plusieurs diélectriques ont été examinés (SiN, silice, polyimide). Le polyimide induit le minimum de dégradation des performances statiques du transistor. L’assemblage de tous ces éléments a permis de mettre en place une technologie à haut rendement, homogène et reproductible. les transistors présentent de bonnes performances statiques et dynamiques (FT = 65 GHZ, Fmax = 50 GHz) et divers circuits ont été réalisés (circuits de commande de modulateur électro-absorbant fonctionnant a 20 Gbit/s, selecteur a 32 Gbit/s, circuit de décision à 19 Gbit/s, démultiplexeur 1:2 à 25 Gbit/s). Parallèlement, une technologie permettant de réduire la capacité base-collecteur à été développée pour préparer la voie aux débits de 40 Gbit/s.
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.
Author: Jean-Christophe Martin Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 219
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Ces travaux de recherche portent sur l'évaluation de la fiabilité des transistors bipolaires à hétérojonction sur substrat InP au moyen de la mise en place de techniques spécifiques adaptées. Avant tout, les procédés de fabrication de ces composants sont décrits et les caractéristiques électriques statiques sont calculées au moyen de la simulation physique. Ensuite, la caractérisation électrique statique et la modélisation associée permet l'extraction des paramètres du modèle avant les vieillissements accélérés puis leur étude statistique. Puis deux mécanismes électriques spécifiques qualifiés de parasites en relation directe avec la fiabilité de ces composants sont analysés en détail : le claquage de la jonction base-collecteur et le bruit basse-fréquence. Finalement, l'étude des mécanismes de dégradation effectuée à l'issue des vieillissements accélérés sous les différentes contraintes retenues en tension et en température met en évidence une stabilité de la technologie de ces composants.
Author: Joseph Mba
Author: Joseph Mba
Author: Joseph Mba
Author: Miloud Abboun
Author: Brice Grandchamp
Author: Sylvain Blayac
Author: Mathias Kahn
Author: NICOLAS.. KAUFFMANN
Author: David Caffin
Author: Boris Geynet
Author: Jean-Christophe Martin