Academic literature on the topic 'Transistor à effet de champ (FET)'

A prototype circuit for potential optical integration was developed and evaluated for the generation of frequency-shift keyed (FSK) signals by simultaneously exploiting surface-acoustic wave (SAW) technology and the optical response of the GaAs field-effect transistor (FET).A SAW delay line to be utilized in the feedback path of an oscillator circuit was designed for operation at the fundamental frequency of 111 MHz and operated at its 12th harmonic (1.33 GHz). A low-noise FET was incorporated into the circuit in series with the SAW delay, and a low-power He:Ne laser was focussed through an optical modulator onto the FET structure. The gate bias, which controls the phase shift in the feedback loop of the oscillator, was applied via the open-circuit photovoltage induced at the Schottky-barrier junction of the FET.The optical modulator was driven by a pseudorandom bit generator to obtain FSK generation by the oscillator circuit. Results of the frequency spectrum of the oscillator signal as a function of bit rate and light intensity on the FET were obtained. The successful performance of the circuit indicated that integration of all these elements on GaAs would yield a useful device for FSK signal generation.Un prototype de circuit pour intégration optique potentielle a été développé et évalué pour la génération de signaux FSK (frequency-shift keyed), en exploitant simultanéement la technologie des ondes acoustiques de surface et la réponse optique du transistor GaAs à effet de champ.

Dans le cadre d’un projet d’études techniques, deux étudiants en 2ème du cycle ingénieur à l’ENSIL-ENSCI à Limoges ont réalisé un traceur automatique de caractéristiques de transistors (à effet de champ et bipolaire). Cet outil permet aujourd’hui aux étudiants en travaux pratiques d’électronique analogique de disposer des caractéristiques courant-tension et des paramètres dynamiques petit signal basse fréquence réalistes du composant utilisé en séance lors de la synthèse de leur circuit afin de répondre au cahier des charges spécifié. Ce papier présentera d’une part la construction de ce traceur de caractéristique (matériel utilisé, éléments de programmation …) et d’autre part l’utilisation de ces courbes lors de la synthèse d’un circuit amplificateur de tension à base d’un transistor bipolaire.

Le développement de la technologie CMOS a déclenché une révolution dans la production IC. Chaque nouvelle génération technologique, par la mise à l’échelle des dimensions, a entraîné une accélération de son fonctionnement et une réduction de sa consommation. Cependant, la miniaturisation sera contrainte par les limites physiques fondamentales régissant la commutation des dispositifs CMOS dès lors que la technologie atteint des dimensions inférieures à 10 nm. Les chercheurs veulent trouver d'autres moyens de dépasser ces limites physiques. La spintronique est l’un des concepts les plus prometteurs pour de nouvelles applications de circuits intégrés sans courant de charge. La STT-MRAM est l’une des technologies de mémoires fondée sur la spintronique qui entre avec succès en phase de production de masse. Les opérateurs logiques à base de spin, associés aux métiers, doivent être maintenant étudiés. Notre recherche porte sur le domaine des transistors à effet de champ de spin (spin-FET), l'un des dispositifs logiques fondamentaux à base de spin. Le mécanisme principal pour réaliser un spin-FET consiste à contrôler le spin des électrons, ce qui permet d'atteindre l'objectif de réduction de puissance. De plus, en tant que dispositifs à spin, les spin-FET peuvent facilement être combinés à des éléments de stockage magnétique, tels que la jonction tunnel magnétique (MTJ), pour développer une architecture à «logique non volatile» offrant des performances de hautes vitesses et de faible consommation. La thèse présentée ici consiste à développer un modèle compact de spin-FET et à explorer les possibilités de son application pour la conception logique et la simulation logique non volatile. Tout d'abord, nous avons proposé un modèle à géométrie non locale pour spin-FET afin de décrire les comportements des électrons, tels que l'injection et la détection de spin, le décalage de phase d'angle de spin induit par l'interaction spin-orbite. Nous avons programmé un modèle spin-FET non local à l'aide du langage Verilog-A et l'avons validé en comparant la simulation aux résultats expérimentaux. Afin de développer un modèle électrique pour la conception et la simulation de circuits, nous avons proposé un modèle de géométrie local pour spin-FET basé sur le modèle non-local spin-FET. Le modèle de spin-FET local étudié peut être utilisé pour la conception logique et la simulation transitoire à l'aide d'outil de conception de circuit. Deuxièmement, nous avons proposé un modèle spin-FET à plusieurs grilles en améliorant le modèle susmentionné. Afin d'améliorer les performances du spin-FET, nous avons mis en cascade le canal en utilisant une structure d'injection / détection de spin partagée. En concevant différentes longueurs de canal, le spin-FET à plusieurs grilles peut agir comme différentes portes logiques. Les performances de ces portes logiques sont analysées par rapport à la logique CMOS conventionnelle. En utilisant les portes logiques multi-grille à spin-FET, nous avons conçu et simulé un certain nombre de blocs logiques booléens. La fonctionnalité des blocs logiques est démontrée par le résultat de simulations transitoires à l'aide du modèle spin-FET à plusieurs grilles. Enfin, en combinant le modèle spin-FET et le modèle multi-grille spin-FET avec le modèle d'élément de stockage MTJ, les portes à «logique non volatile» sont proposées. Comme le seul signal de pur spin peut atteindre le côté détection du spin-FET, la MTJ reçoit un courant de pur spin pour le transfert de spin. Dans ce cas, la commutation de la MTJ peut être plus efficace par rapport à la structure conventionnelle MTJ / CMOS. La comparaison des performances entre la structure hybride MTJ / spin-FET et la structure hybride MTJ / CMOS est démontrée par un calcul de retard et de courant critique qui est dérivé de l'équation de Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG). La simulation transitoire valide le fonctionnement de la logique non volatile basée sur MTJ / spin-FET
The development of Complementary Metal Oxide Semiconductor (CMOS) technology drives the revolution of the integrate circuits (IC) production. Each new CMOS technology generation is aimed at the fast and low-power operation which mostly benefits from the scaling with its dimensions. However, the scaling will be influenced by some fundamental physical limits of device switching since the CMOS technology steps into sub-10 nm generation. Researchers want to find other ways for addressing the physical limitation problem. Spintronics is one of the most promising fields for the concept of non-charge-based new IC applications. The spin-transfer torque magnetic random access memory (STT-MRAM) is one of the successful spintronics-based memory devices which is coming into the volume production stage. The related spin-based logic devices still need to be investigated. Our research is on the field of the spin field effect transistors (spin-FET), one of the fundamental spin-based logic devices. The main mechanism for realizing a spin-FET is controlling the spin of the electrons which can achieve the objective of power reduction. Moreover, as spin-based devices, the spin-FET can easily combine with spin-based storage elements such as magnetic tunnel junction (MTJ) to construct the “non-volatile logic” architecture with high-speed and low-power performance. Our focus in this thesis is to develop the compact model for spin-FET and to explore its application on logic design and non-volatile logic simulation. Firstly, we proposed the non-local geometry model for spin-FET to describe the behaviors of the electrons such as spin injection and detection, the spin angle phase shift induced by spin-orbit interaction. We programmed the non-local spin-FET model using Verilog-A language and validated it by comparing the simulation with the experimental result. In order to develop an electrical model for circuit design and simulation, we proposed the local geometry model for spin-FET based on the non-local spin-FET model. The investigated local spin-FET model can be used for logic design and transient simulation on the circuit design tool. Secondly, we proposed the multi-gate spin-FET model by improving the aforementioned model. In order to enhance the performance of the spin-FET, we cascaded the channel using a shared spin injection/detection structure. By designing different channel length, the multi-gate spin-FET can act as different logic gates. The performance of these logic gates is analyzed comparing with the conventional CMOS logic. Using the multi-gate spin-FET-based logic gates, we designed and simulated a number of the Boolean logic block. The logic block is demonstrated by the transient simulation result using the multi-gate spin-FET model. Finally, combing the spin-FET model and multi-gate spin-FET model with the storage element MTJ model, the “non-volatile logic” gates are proposed. Since the only pure spin signal can reach to the detection side of the spin-FET, the MTJ receives pure spin current for the spin transfer. In this case, the switching of the MTJ can be more effective compared with the conventional MTJ/CMOS structure. The performance comparison between hybrid MTJ/spin-FET structure and hybrid MTJ/CMOS structure are demonstrated by delay and critical current calculation which are derived from Landau-Lifshitz-Gilbert (LLG) equation. The transient simulation verifies the function of the MTJ/spin-FET based non-volatile logic

Ce manuscrit porte sur la conception d’un transistor à effet de champ destiné à l’observation de la photoluminescence de l’exciton et des complexes excitoniques chargés du ZnO sous l’influence d’un champ électrique. Pour cela, des simulations ont permis de définir un cahier des charges de la structure du transistor afin de bloquer la conductivité dans le canal de ZnO et d’appliquer un champ électrique intense. La seconde partie concerne le choix du matériau de grille et de l’électrode transparente de surface pour l’observation de la photoluminescence dans le canal. L’oxyde de gallium (-Ga2O3) a été choisi car il présente un grand gap, des propriétés d’isolant et de semi-conducteur avec dopage. Cependant les films de Ga2O3 dopés avec Ti, Sn, Zn et Mg élaborés par MOCVD n’ont pas révélé de conductivité. Les films d’alliages (Ga,Sn)2O3 n’ont pas non plus montré de conductivité et leur structure est étudiée intensivement. Des traitements plasma radiofréquence sous flux d’argon, d’oxygène ou d’hydrogène ont permis de montrer que l’implantation de l’hydrogène donne lieu à un niveau donneur avec une énergie d’activation de 7 meV. La conductivité est toutefois modulée par le dopage en Sn et les traitements s’accompagnent d’un changement de la sous-stœchiométrie en oxygène qui diminue la transparence à cause de la formation de niveau profond de lacune d’oxygène. La structure finale de la grille transparente dans l’ultraviolet pour l’observation de la photoluminescence du ZnO peut donc être élaborée par une grille diélectrique de -Ga2O3 puis une électrode conductrice transparente de (Ga,Sn)2O3 traitée superficiellement par un plasma d’hydrogène
This manuscript covers the design of a field transistor for the observation of photoluminescence of the exciton and the charged excitonic complex of ZnO under the influence of an electric field. For this, simulations have helped to define the specifications of the transistor structure to block the conductivity in the ZnO channel and applying a strong electric field. The second part concerns the choice of gate material and the surface transparent electrode for the observation of photoluminescence in the channel. The gallium oxide (-Ga2O3) was chosen because it has a large gap, insulating properties and semiconductor properties with doping. However, Ga2O3 films doped with Ti, Sn, Zn and Mg MOCVD did not show conductivity. Films of alloys (Ga,Sn)2O3 have not shown either conductivity and their structure is studied intensively. Radio frequency plasma treatment under a flux of argon, oxygen or hydrogen have shown that implantation of hydrogen gives rise to a donor level with 7 meV activation energy. However, the conductivity is modulated by doping Sn and treatments are accompanied by a change of sub-stoichiometry in oxygen, which reduces the transparency due to the formation of deep level of oxygen vacancy. The final structure of the transparent gate in the ultraviolet for the observation of photoluminescence of ZnO can be prepared by a dielectric gate -Ga2O3 and a transparent conductive electrode of (Ga,Sn)2O3 surface treated by a plasma of hydrogen

Dans ce projet de thèse, deux voies visant l'élaboration de transistors à effet de champ en diamant ont été explorées : le delta-doping et la structure métal oxyde semi-conducteur (MOS). Plusieurs couches nanométriques delta-dopées au bore ont été épitaxiées et caractérisées par effet Hall. Un mécanisme de conduction par saut a été détecté dans les couches isolantes. Une mobilité de 3±1 cm2/Vs a été mesurée dans toutes les couches delta-dopées présentant une conduction métallique, quelque soit leur épaisseur (de 2 nm à 40 nm). Des structures MOS ont été fabriquées en utilisant de l'oxyde d'aluminium déposé par ALD (Atomic Layer Deposition) sur une surface oxygénée de diamant. Les mesures capacité tension ont montré que les régimes d'accumulation, de déplétion et de déplétion profonde pouvaient être contrôlés par la tension de grille, ouvrant ainsi la voie pour la fabrication de MOSFET en diamant.

Cette thèse présente un ensemble d'approches pour la simulation, la modélisation et la caractérisation de circuits mettant en ouvre des transistors fets picosecondes. La validation de l'étude est basée sur une comparaison constante entre mesures et simulations de la réponse temporelle grand signal d'un mesfet picoseconde. L'objectif principal est la prévision précise du temps de montée et des formes d'ondes des circuits ultra-rapides en régime de commutation
This thesis presents original approaches for simulation, modeling and characterization of circuits exploiting picosecond FETs. The study is validated through a constant comparison between measurements and simulations of the large signal time domain response of a picosecond FET. The main goal is the accurate prediction of the rise time and wave shapes in ultra fast switching circuits. The study includes:1- Design of a novel time simulator MACPRO (MACromodular simulation with PROpagation) which exploits the method of characteristics and macromodeling for the treatment of propagation effects along single or coupled transmission lines (chapter I). 2- The developement of a novel large signal modeling: -a/ A FET electric model whose non linear elements are described directly with numerical 2D look-up tables as a function of the internai bias voltages of the transistor. This description is independent of analytical and mathematical expressions. B/ A novel extraction method which gives an accurate determination of the FET parameters from electric and microwave small signal characterizations. The potential of the HP8510 automatic network anlyser and of an optimization program are exploited for this method (chapter ll). Chapters III and IV present respectively the experimental strong signal step response of a picosecond FET and the generation of a large and fast signal positive step as well as the corresponding results of simulation

Ce mémoire présente l'étude et la réalisation de transistors à effet de champ à jonction sur GainAs/InP pour applications micro optoélectroniques : Des transistors ont été réalisés sur des couches épitaxiées par jets moléculaires. La jonction de grille est obtenue par diffusion thermique de Zn à travers un masque de nitrure de silicium. La technologie a été choisie afin de minimiser le courant inverse de grille et les éléments parasites du FET. Les dispositifs ont été caractérisés et leur comportement simulé en statique suivant une procédure automatisée sur microcalculateur. Des transistors montés en boitiers ont été mesurés en dynamique et leur schéma électrique équivalent identifié. Un photorécepteur PINFET a été conçu à la suite de cette modélisation, optimisant le seuil de détection.

La mesure du pH par des dispositifs microélectroniques intégrés a été développée avec l'apparition des dispositifs de type ISFET (Ion Sensitive Field Effect Transistor). Ces dispositifs sont limités par la loi de Nernst à des sensibilités de 60mV/pH. Le développement des micro-technologies a permis depuis, la réalisation de capteurs de type SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistor). Ces structures réalisées par micro-usinage de surface et procédés MOS classique permettent d'atteindre des sensibilités bien plus élevées. Après un rappel des différentes méthodes de mesure du pH et leurs principes de base, le document décrit les procédés de fabrication microélectronique des capteurs SGFET. Puis ce travail présente la conception et la mise en oeuvre d'un système automatique de mesure du pH. Ce système est basé sur des capteurs SGFET disposés sous forme de matrice. Le document expose tout d'abord les différentes options de polarisation des capteurs puis dans une seconde partie développe l'architecture du système de mesure ainsi que des premiers résultats matriciels. Le protocole de mesure présentant le plus d'avantages s'avère ici être l'echantillonnage durant quelques secondes du courant de drain à tensions de grille et de drain constantes. Cette méthode a ainsi permis d'atteindre une reproductibilité dans la sensibilité au pH et une fiabilité dans le temps qui a pu aboutir à la réalisation de mesures sur un temps très long, de l'ordre de 150 heures. La conception d'un système d'adressage et de mesure automatisé a quant à lui permis de profiter de l'apsect matriciel des capteurs pour opérer un traitement statistique des mesures et ainsi proposer un système pleinement opérationnel
PH measurement by integrated microelectronic devices has been developed with the advent of devices like ISFET ( Ion Sensitive Field Effect Transistor). These devices are limited by Nernst law at 60mV/pH of sensitivity. With the development of micro-technology, the production of sensors like SGFET (Suspended Gate Field Effect Transistor) became possible. These structures, realized by surface micromachining and conventional MOS processes, can achieve much higher sensitivity. After a review of different methods of measuring pH and their basic principles, the document describes the manufacturing processes of microelectronics sensors SGFET. Then this work deals with the design and implementation of an automated measurement of pH system. This system is based on sensors SGFET arranged in a matrix. This manuscript presents firstly the various options of sensors bias and in a second part, it develops the system architecture. Finally, first results on matrix are presented. Thus the best measurement protocol to ensure reliability and good sensitivity here is a few seconds duration sampling of the drain current with constant gate voltage and drain voltage. This method has achieved reproducibility in the pH sensitivity and reliability over time that could even lead to measures during a long time on the order of 150 hours. The design of an addressing and automated measurement systeme allowed to take advantage of this matrix aspect by making statistical treatment of measurements leading then to a fully operational system

Neuf ans sont passés depuis la découverte du graphène, tous très dense de travaux de recherche et publications que, petit à petit, ont mieux illuminé les propriétés de ce matériau extraordinaire. Avec une meilleure compréhension de ses meilleures qualités, une idée plus précise des applications que mieux pourront profiter de son use a été défini. Dispositifs à haute fréquence, comme mélangeurs et amplificateurs de puissance, et l'électronique Flexible et Transparent sont les domaines les plus prometteurs. Dans ces domaines une grande attention est dévouée à deux sujets : la réduction des dimensions des transistors à base de graphène, pour réduire le temps de propagation des porteurs de charge et atteindre des pourcentages de transport balistique toujours plus élevés ; et l'optimisation des parasites de contact. Tout les deux sont très bénéfiques pou la maximisation des figures de mérite du dispositif. En cette thèse, deux modèles ont été développés pour aborder ces sujets : le premier est dédié aux transistors quasi-balistiques de graphène de grande surface comme aussi aux transistors graphène nano-ruban. Ceci démontre la corrélation entre le transport balistique et diffusive et la longueur du dispositif, et extrait les courants DC grand signal et les transconductances. Le second reproduit la conduction à haute fréquence à travers le graphène et son impédance parasite de contact. Le dernier modèle a aussi motivé la conception et fabrication d'un test bed RF sur une technologie dédié sur plastique, fait qui permet la caractérisation RF de l'impédance de contact et de l'impédance spécifique d'interface avec du graphène monocouche accru par CVD
Nine years have passed since the discovery of graphene, all of them dense of research works and publications that, piece by piece, shed more light on the properties of this extraordinary material. With more understanding of its best qualities, a more precise prospect of the applications that would better profit from its use has been defined. High Frequency devices, like mixers and power amplifiers, and Flexible and Transparent electronics are the most promising fields. In those fields great attention is devoted to two subjects: the downscaling of the dimensions of the graphene transistor, in order to reduce the carriers travel time and attain increasingly larger fractions of ballistic electronic transport; and the optimization of the contact parasitics. Both are highly beneficial to the maximization of the device's RF Figures Of Merit. In this thesis, Two models have been developed to address such topics: the first served both the quasi-ballistic large-area graphene and graphene nanoribbon transistors. It demonstrated the correlation between ballistic and diffusive electron transport and de-vice length, and extracted the large signal DC currents and transconductances. The second reproduced the high-frequency conduction through graphene and its contact parasitics. The latter also motivated the development and fabrication of a RF test bed on a dedicated plastic technology, enabling the RF characterization of the contact impedance and of the specific interfacial impedance of monolayer CVD graphene

Ce manuscrit présente une étude expérimentale autour de la synthèse des nanotubes de carbone et de leurs possibles intégrations dans des dispositifs. Les remarquables propriétés électroniques et optiques des nanotubes en font un matériau de choix pour entre autres, la nanoélectronique. Néanmoins, l’intégration des nanotubes dans des dispositifs performants est encore aujourd’hui un défi. Cela repose principalement sur la difficulté d’obtenir de grandes quantités de nanotubes mono-paroi avec des propriétés uniformes, propriétés qui sont définies par la structure du nanotube (i.e. leur angle chiral et leur diamètre). Ainsi, réaliser des synthèses de nanotube de carbone avec un contrôle de leur structure représente un point clé pour le progrès dans ce domaine.Nous avons donc mis en place une nouvelle méthode de synthèse de nanotubes de carbone basée sur la chimie de coordination et le dépôt chimique en phase vapeur activé par filament chaud. Cette synthèse permet la conception de nombreux nouveaux catalyseurs bimétalliques pour la croissance des nanotubes de carbone. Comme le procédé mis en place est très générique, des études paramétriques peuvent être réalisées de manière à mieux comprendre l’influence des différents paramètres de la croissance sur la structure des nanotubes obtenue. Nous discuterons ici du rôle de la température et de la composition chimique du catalyseur. Les nanotubes obtenus sont principalement caractérisés par spectroscopie Raman et par microscopies électroniques.Afin de valider les observations obtenues par spectroscopie Raman, les nanotubes synthétisés ont aussi été intégrés dans des dispositifs de type transistor à effet de champ. Une analyse des performances des transistors en fonction des différents nanotubes utilisés dans le canal est présentée.Enfin, les nanotubes intégrés dans ces transistors ont été fonctionnalisés avec un chromophore de ruthénium. Nous avons montré que cette fonctionnalisation nous permet de moduler, grâce à une impulsion lumineuse, la conductivité du dispositif sur trois ordres de grandeur
This manuscript presents an experimental study around the single wall carbon nanotubes (SWCNT) synthesis and their possible integration in nanodevices. The unique electronic and optical properties of carbon nanotubes make them a choice material for various applications, particularly in nano-electronics.Nevertheless, their integration in effective devices is still a challenge. This is mainly due to the difficulty to obtain large quantity of SWCNT with uniform properties, defined by their structure (i.e. chiral angle and diameter). Therefore, structure controlled growth of SWCNTs is a key point for progress in this field.Here, we established a new synthesis approach based on coordination chemistry and hot-filament chemical vapor deposition. This approach allows the design of various bimetallic catalyst nanoparticles for the SWCNT growth. As the synthesis process is generic, parametric study can be performed in order to better understand the influence of the various parameters on the structure of the as-grown SWCNTs. In particular, we will discuss the role of the growth temperature and the chemical composition of the catalyst on the final SWCNTs structure. The obtained SWCNTs are mainly characterized by Raman spectroscopy and electronic microscopy.In order to validate the observations performed by Raman measurement, the synthesized SWCNTs have been also integrated in field effect transistors (FET) devices. An analysis of the performance of the FET-device as a function of the SWCNTs used in its channel will be presented.Finally, SWCNTs integrated in these transistors have been functionalized with an inorganic chromophore of ruthenium.We demonstrate that the functionalization of the SWCNTs leads to a three order of magnitude reversible switch of the device conductivity triggered by visible light