Dissertations / Theses: 'Transistors bipolaires à hétérojonctions – Détérioration'

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Martin, Jean-Christophe. "Étude des mécanismes de dégradation des transistors bipolaires à hétérojonction sur substrat InP destinés aux communications optiques." Bordeaux 1, 2004. http://www.theses.fr/2004BOR12853.

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Abstract:

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.

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Grandchamp, Brice. "Etude des mécanismes de dégradation dans les Transistors Bipolaires à Hétérojonction InP/GaAsSb/InP utilisés dans les circuits de commande des systèmes de communications optiques 40-80 Gbits/s." Bordeaux 1, 2007. http://www.theses.fr/2007BOR13535.

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Abstract:

"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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Jaoul, Mathieu. "Study of HBT operation beyond breakdown voltage : Definition of a Safe Operating Area in this operation regime including the aging laws." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0029.

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Abstract:

Le développement de nouvelles filières BiCMOS permettra, grâce aux améliorations technologiques apportées aux TBH (Transistor Bipolaire à Hétérojonction) SiGe:C, d’atteindre des performance dynamiques au-delà de 0.5 THz. Un aspect important doit être investigué : il s’agit de l’aire de sécurité de fonctionnement (SOA : Safe operating area) au-delà du classique BVCEO. En effet, de par la complexité des futures architectures de TBH(comme la B55X de chez STMicroelectronics) et de par leur taille nanométrique, il est attendu une augmentation des effets physiques présents dans ces transistors. Par ailleurs,en raison de la dépendance croissante de la conception de circuits vis-à-vis des outils logiciels, on s’attend à devoir développer des efforts supplémentaires pour concevoir des modèles compacts davantage prédictifs. Ainsi, le sous-projet SOA est conçu pour décrire l’aire de sécurité de fonctionnement des TBH SiGe :C de taille nanométrique en vue de son intégration dans le modèle compact en tenant compte des aspects critiques.Dans le premier chapitre, une description précise des régimes de fonctionnement au delà de la tension de claquage BVCEO est développée. Le modèle compact HICUM est amélioré pour prendre en compte les mécanismes se produisant dans cette région afin de modéliser précisément le phénomène d’avalanche et l’effet de focalisation du courant au centre de l’émetteur. Une validation de ce nouveau modèle est réalisée au travers de simulations TCAD mais aussi par des caractérisations électriques de différents TBH de tailles variées et pour de multiples températures.Dans le second chapitre, le comportement des transistors bipolaires proche des limites de fonctionnement a été étudié. Une étude de l’effet de focalisation du courant et du phénomène de “snapback” est réalisée pour en définir précisement les limites de fonctionnementà forts courants et tensions et une zone de stabilité est définie.Dans de troisième chapitre, le vieillissement accéléré de TBH est réalisé pour des régimes de fonctionnement aux frontières de la zone de sécurité de fonctionnement. Un modèle de vieillissement est alors développé pour prendre en compte les mécanismes d’usure se produisant dans ces régimes de fonctionnement.En conclusion, ce travail a permis de modéliser de manière précise les TBH SiGe àforts courant et tensions tout en prenant en compte les mécanismes d’usure se produisant dans ces régimes de polarisation The development of new BiCMOS technology will be possible, thanks to the SiGe:CHBTs technological improvements to reach dynamic performance beyond 0.5 THz. Animportant aspect to be investigated is the Safe Operating Area (SOA) beyond the traditionalBVCEO. In fact, due to the complexity of future architectures of HBTs (likethe B55X from STMicroelectronics) and their nanoscale size, an increase of the wear-outmechanisms occurring in these transistors is expected. In addition, because of the increasingdependence of circuit design on software tools, it is expected that additional effortswill be required to develop more predictive compact models. Thus, the SOA sub-projectis designed to describe the functional safety area of nanoscale SiGe:C HBTs allowing thecompact model to take into account critical aspects.After a short introduction, a precise description of the transistor operations beyondthe breakdown voltage is detailed in the second chapter. The compact model HICUM isimproved to account for the mechanisms occurring in this region to accurately model theavalanche regime and the pinch-in effect. This new model is validated on TCAD simulationsand through electrical measurements on different devices, architecture, geometriesand temperatures.In the third chapter, the investigation is deepen towards the device border’s operation.A study of the pinch-in effect and the snapback behavior is therefore realized to understandthe operation limitations at high currents and voltages and a stable operation regime isintroduced.In the fourth chapter, accelerated aging tests are carried out at the boundaries of thesafe operating area to submit the transistor to thermal and hot carriers stresses during itsoperation. An aging model is developed to account for the wear-out mechanism occurringin that regime.To conclude, this work allowed to increase the modeling of SiGe HBTs at high voltagesand currents accounting for the wear-out mechanisms occurring in that operation regime

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Kuchenbecker, Jessica. "Etudes expérimentales et théoriques des mécanismes de dégradation électrique dans les composants bipolaires et à effet de champ à base de silicium germanium." Toulouse 3, 2002. http://www.theses.fr/2002TOU30200.

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Frégonèse, Sébastien. "Contribution à la modélisation électrique sous l'aspect du dimensionnement des transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe." Bordeaux 1, 2005. http://www.theses.fr/2005BOR12999.

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Abstract:

Le regain d'intérêt récent pour les technologies bipolaires, induit par les transistors bipolaires à hétérojonction Silicium Germanium (TBH SiGe) a mis en lumière les problèmes liés à la modélisation compacte de ces composants. Pour répondre à ces contraintes de nouveaux modèles complexes sont apparus (MEXTRAM et HICUM L2). La complexité de ces modèles a limité leur exploitation à cause de la difficulté d'extraction et de leur vitesse de convergence. Pour contourner ces problèmes, une hiérarchie de modèle a été créée avec le modèle HICUM L0, qui améliore fortement la précision comparée au modèle Gummel-Poon et améliore le temps de convergence par rapport aux modèles plus complexes. Sur les bases de ce modèle, des équations dépendantes de la géométrie ont été dérivées. Puis, des méthodes d'extraction mono-géométries puis, multi-géométries spécifiques à ce nouveau modèle sont développées. L'apparition des TBH SiGe sur couche mince de SOI a fortement modifié la structure du transistor avec notamment la disparition de la couche enterrée. Ces modifications structurelles se sont reportées sur les caractéristiques électriques. Ainsi, un nouveau modèle prenant en compte les spécificités de ces composants a été développé sur les bases du modèle HICUM L0. Ce modèle a été validé sur deux dispositifs.

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Jouan, Sébastien. "Développement et caractérisation de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe pour les circuits radiofréquences." Université Joseph Fourier (Grenoble), 2001. http://www.theses.fr/2001GRE10011.

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Lassoued, Saïda. "Modélisation de transistors a homo et hétéro-jonctions, compatibles avec une filière submicronique : influence de phénomènes quantiques." Lyon, INSA, 1998. http://www.theses.fr/1998ISAL0089.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse concerne l'étude de transistors bipolaires submicroniques à émetteur polysilicium, compatibles avec une technologie silicium CMOS (BICMOS) du ÇNET de Meylan, et au premier chef le développement d'une modélisation afférente. Après un rappel d'une investigation sur des profils mesurés (SIMS) ayant amené à développer un modèle de (co)diffusions, nous présentons des mesures électriques en statique (cf. "Gummel") et en dynamique, capacitives essentiellement. Une discussion s'appuie sur ce travail, qui permet d'étudier l'influence de différentes variantes sur le process, particulièrement au ni veau du polysilicium et du collecteur, vis à vis, en particulier, du gain en courant et de la fréquence de transition. Les mesures électriques mettent aussi enexergue les défauts structurels du composant Nous avons alors développé un logiciel numérique bidimensionnel, résolvant les équations de Poisson et de continuité des courants, qui plus est couplées avec l'équation de Schroedinger. Cette dernière est en effet introduite pour décrire le transport tunnel à travers une fine couche d'oxyde (typiquement 15 A) sous le polysilicium (elle induit un accroissement du gain, en diminuant le courant de trous de la base). La dernière partie du travail concerne la modélisation du BICMOS à base SiGe, donc d'une structure à hétérojonctions, pouvant fonctionner à de très hautes fréquences (cf. Circuits RF) The aim of this work is the study of a submicronic bi polar transistor, compatible with a silicon technology (BICMOS), developed by CNET lndustry (Meylan-France). First of all, we discuss with the doping level profiles. We develop a (co)diffusion modeling into the polysilicon and the monocrystalline silicon underneath. Then, we present static electrical characteristics such Gummel's ones, and dynamic measurements such as capacitances. We consider the effects of process on device parameters such as current gain and cut-off frequency. These characterizations point out the technological drawbacks concerning the device behavior. The core of the subject lies in developing a bidimensional device simulator dealing with the so-called drift-diffusion model. Moreover, we have to model the electrical transport through a very thin oxide (15 A) located between polysilicon and monosilicon, which increases the gain current by decreasing the hale current. Then we add the resolution of the Schroedinger equation to make the simulations fully numerical. The method used for this former one is a transfer matrix algorithm. Finally, we study a hetero junction transistor structure: a bipolar transistor with a SiGe-doped base. This structure gives high cut-off frequency specified for RF applications

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Bakhtiar, Hazri. "Caractérisation de structures MOS submicroniques et analyse de défauts induits par irradiation gamma : extrapolation aux défauts induits dans les oxydes de champ des transistors bipolaires." Metz, 1999. http://docnum.univ-lorraine.fr/public/UPV-M/Theses/1999/Bakhtiar.Hazri.SMZ9934.pdf.

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Abstract:

Les innovations technologiques récentes ont permis le développement de transistor MOS de faibles dimensions, ayant des longueurs de canal et des largeurs de grille inférieures au micromètre. Cela permet de réaliser des circuits à forte densité d'intégration pour des applications à l'électronique. Cependant, la réduction des dimensions fait apparaître toute une gamme d'effets parasites et modifie ainsi les mécanismes de conduction avec l'apparition de nouveaux phénomènes ou des phénomènes qui n'étaient pas dominants dans des structures plus larges. Ceci entraîne un changement du fonctionnement du transistor ainsi que de leurs paramètres électriques. La réduction des dimensions, et en particulier de la longueur de grille des transistors MOS donne naissance à un problème de fiabilité qui était inconnu lors de l'utilisation de transistors à canal long. Les phénomènes de dégradation provenant des forts champs électriques deviennent importants avec la réduction des dimensions engendrant des défauts notamment aux interfaces oxyde-semiconducteur (SiO2-Si) ainsi que dans l'oxyde de grille, ce qui provoquent un vieillissement plus rapide de ces composants. Nous présentons dans ce contexte, une étude réalisée sur des transistors nLDD-MOSFETs submicroniques issus de technologie 0,6[masse volumique]m de MATRA-MHS-TEMIC, s'appuyant sur quatre objectifs principaux : détermination des paramètres de conduction, analyse des caractéristiques I-V sur la jonction drain-substrat, étude du comportement du transistor bipolaire dans les transistors MOS (source = collecteur, substrat = base, drain = émetteur) et étude du comportement des transistors MOS suite à une irradiation ionisante Co-60, afin d'évaluer leur dégradation

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Michaillat, Marc. "Paramètres matériau pour la simulation de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe et Si/SiGeC." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2010. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00461914.

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Abstract:

Dans cette thèse, un algorithme de simulation Monte Carlo est spécifiquement développé pour modéliser le transport homogène et stationnaire des porteurs de charge dans les alliages aléatoires ternaires massifs de type SiGeC. Le simulateur Monte Carlo intègre une description numérique Full-Band de la structure de bande, et il est adapté à la simulation du transport des électrons et des trous. Les mécanismes d'interaction modélisés incluent l'interaction porteur-phonon, l'ionisation parvchoc, la diffusion sur potentiel d'alliage, l'interaction porteur-impureté ionisée, et le principe d'exclusion de Pauli. Les modèles théoriques sont calibrés sur un ensemble complet de résultats expérimentaux, et un accord quantitatif est atteint entre la simulation et la mesure sur de nombreuses propriétés électriques, qui incluent la mobilité à faible champ, la vitesse de dérive, le coefficient d'ionisation et le ratio d'efficacité quantique. L'algorithme de simulation Monte Carlo final est capable de modéliser le transport des porteurs de charge majoritaires et minoritaires dans les alliages ternaires SiGeC dopés, relaxés ou biaxialement contraints sur substrat de silicium. Le modèle Monte Carlo développé peut être utilisé pour extraire les paramètres matériau requis dans les simulateurs hydrodynamiques de dispositifs, notamment dans le cadre de la simulation de transistors bipolaires à hétérojonction intégrant des bases de SiGeC fortement dopées et épitaxiées sur silicium. L'implémentation de paramètres électriques spécifiques aux alliages SiGeC nous ont permis de prendre en compte les profils de germanium, de carbone et de dopants dans les simulations hydrodynamiques de dispositifs TBH. Cette description rigoureuse des propriétés électroniques du matériau SiGeC au sein d'un dispositif TBH constitue l'état de l'art de la modélisation électrique des transistors bipolaires avancés.

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Avenier, Grégory. "Développement et étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe verticaux sur substrats SOI minces." Bordeaux 1, 2006. http://www.theses.fr/2006BOR13228.

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Abstract:

Les applications radio-fréquences nécessitent le développement de technologies BiCMOS sur SOI. Cette étude a pour objectif l'intégration d'un transistoir bipolaire dans une technolgie 0. 13um sur substrat SOI. Le choix de l'architecture s'est porté sur une structure émetteur-base auto-alignée et un collecteur implanté. Les transistoirs fabriqués ont montré un comportement particulier résultant de la faible épaisseur du collecteur, localisé dans la couche supérieure du SOI. Ce fonctionnement atypique a pu être expliqué grâce à une étude de l'avalanche du collecteur. Une série d'optimisation a ainsi été proposée, grâce à la compréhension des mécanismes de désertion dans le collecteur, et un modèle compact a été développé à partir du modèle HiCUM, en adaptant la topologie du collecteur. Finalement, cette étude a donné lieu au développement d'une technologie BiCMOS complète intégrant des transistors MOS complémentaires et les transistors bipolaires issus de cette étude.

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Waldhoff, Nicolas. "Caractérisations et modélisations des technologies CMOS et BiCMOS de dernières générations jusque 220 GHz." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10132/document.

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Abstract:

Le contexte de ce travail de thèse s’inscrit dans les récents progrès des performances en gamme millimétrique des composants silicium tels que les MOSFET et les HBT SiGe. La situation actuelle en termes de circuits à base de silicium est limitée en fréquence autour de 60 GHz, seuls quelques résultats au-delà de 100 GHz ont d’ores et déjà été publiés. Dans ce contexte, il est maintenant nécessaire de savoir si les nouvelles et futures générations de transistors silicium peuvent adresser des fréquences encore plus élevées (jusque 220 GHz). Ces applications pourraient être des blocs d’émission réception à faible portée et très haut débit. Les aspects inconnus sont : 1) la validité des techniques de mesures sur silicium jusque 220 GHz ; 2) le comportement fréquentiel des transistors silicium jusque 220 GHz ; 3) la modélisation des transistors dans ces gammes de fréquences nécessaire à la conception de fonctions millimétriques. Des études à partir de simulations électromagnétiques ont été menées afin d’optimiser les structures de test (accès et topologie optimale des transistors). Ce travail est accentué sur les techniques de calibrage et d’épluchage sous pointes jusque 220 GHz. De plus, les études ont été orientées, d’une part, sur l’amélioration des modèles électriques des transistors jusque 220 GHz et d’autre part, la validité des modèles de bruit jusqu’en bande W (75-110 GHz). Pour cet aspect, le travail a été orienté sur l’élaboration de deux méthodes de mesure permettant de valider les modèles de bruit par des méthodes de mesures transférables en milieu industriel. A partir de ces modèles établis et validés, des démonstrateurs ont été réalisés fonctionnant en bande G The motivation of this work inherits from the recent progress in terms of cut-off frequencies of silicon transistors such as MOSFET (bulk and SOI) and SiGe HBT. In 2006, the state-of-the-art cut-off frequencies achieved more than 300 GHz. Nowadays, silicon circuits are limited around 60 GHz, only few with the exception of few circuits which operate at frequencies higher than 100 GHz (VCO at 130 GHz with SiGe HBT). In this context, it is highly required to check the ability of new and future generations of silicon transistors to provide higher cut-off frequencies especially in G band (140-220 GHz). These applications could be transmitter-receiver systems with high data rates and short distances. The unknown aspects are: 1) the validation of silicon transistors measurement up to 220 GHz; 2) the frequency behaviour of silicon transistors up to 220 GHz; 3) the modelling of these transistors. Electromagnetic simulations have been employed to optimize the test structures (the layout of the transistor). This work is particularly interested in calibration and de-embedding techniques for on-wafer measurements up to 220 GHz. Studies have been carried out on the small signal equivalent circuit improvement as well as the validation of the noise models in W band (75-110 GHz). From these validated models, pre-adapted transistors have been realised in G band. The development of measurement techniques adequate for the industry is the purpose of this work

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Chaudier, Frédérique. "Etude physique des transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe intégrés dans une technologie BiCMOS 0,35 µm." Lyon, INSA, 2001. http://www.theses.fr/2001ISAL0056.

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Abstract:

Le travail présenté dans ce manuscrit concerne l'étude physique des transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe intégrés dans une technologie BiCMOS 0,35µm. Cette thèse étudie l'impact sur les performances du transistor du déplacement de la jonction émetteur-base (EB) et de la jonction base-collecteur (BC) par rapport au profil de Ge de la base SiGe. Nous avons réalisé à ce sujet plusieurs études numériques qui nous ont permis de montrer que l'impact de l'exodiffusion du bore à la jonction BC peut être dépendant de la position de jonction EB. Une étude expérimentale réalisée sur des transistors bipolaires fabriqués par GRESSI (CNET-CEA-ST Microelectronics) a permis de mettre en évidence le déplacement des jonctions EB et BC sous l'effet des phénomènes de diffusion accélérée du bore. Ces phénomènes sont en partie liés à l'implantation ionique locale du collecteur (SIC). Cette étude expérimentale nous a également permis d'étudier le fonctionnement des transistors de petites et de grandes dimensions. Il apparaît d'après cette étude que le courant collecteur des transistors de petites dimensions peut être amélioré sous certaines conditions This work reports on a physical study of SiGe heterojunction bipolar transistors. We study how device performance is affected by the position of the emitter-base (EB) and base-collector (BC) junctions. From numerical simulations, we demonstrated that the performance degradation due to boron outdiffusion at the BC junction could depend on the position of EB junction in the SiGe gradual base. An experimental study of EB and BC junction positions in real bipolar transistors was carried out. From the experimental results, we established that selective ion implantation of collector (SIC) is responsible for transient enhanced diffusion effect. These effects induce junction displacements and performance variations. Our experimental study was also very useful to analyse small geometry effects. One of our conclusions was that small transistor collector current can be improved under certain conditions

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Duvernay, Julien. "Développement et étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGeC de type pnp sur substrats SOI minces." Toulouse, INSA, 2008. http://eprint.insa-toulouse.fr/archive/00000204/.

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Abstract:

Récemment, les transistors bipolaires de type pnp sur silicium ont connu un regain d’intérêt avec le développement des technologies BiCMOS complémentaires. De plus, en utilisant un substrat SOI mince au lieu d’un substrat massif, les caractéristiques des transistors MOS et des composants passifs s’en trouvent améliorées. Le travail effectué durant cette thèse a pour objet la mise au point et l’étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGeC de type pnp sur SOI mince performants, en vue de leur intégration dans une technologie BiCMOS SiGe complémentaire sur SOI mince Recently, Si pnp bipolar transistors have known an increasingly interest with the development of complementary BiCMOS technologies. Furthermore, by using a thin-SOI substrate instead of a bulk substrate, MOS transistor and passive devices performances are improved. The work performed during this thesis aims at developing and studying pnp Si/SiGeC heterojunction bipolar transistors on thin-SOI to integrate them into a thin-SOI complementary SiGe BiCMOS technology

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Assous, Myriam. "Caractérisation de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe intégrés : corrélation à la technologie et éléments de modélisation." Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0018.

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Abstract:

Ce travail de thèse concerne la caractérisation de transistors 1 bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe (TBH SiGe). Mon rôle a été d'étudier certaines spécificités du comportement électrique du TBH SiGe liées à la présence d'une base épitaxiée, et de mettre ainsi en évidence ce qui apparaissait comme atypique dans le fonctionnement de ce dispositif par rapport au transistor bipolaire silicium actuel. Dans ce contexte, nous avons porté une attention particulière à l'étude du courant de fuite de la jonction base-collecteur et à l'étude de la recombinaison en base neutre. Nous nous sommes attachés à corréler nos mesures électriques à la technologie. Nous avons ainsi contribué a l'amélioration du nettoyage avant l'épitaxie et de la qualité cristalline du matériau SiGe. Nos analyses électriques de la recombinaison en base neutre nous : ont permis de mettre au point une méthode d'extraction de la durée de vie apparente des électrons dans la base neutre. Cette méthode apporte les 1 éléments de base pour formuler une modélisation du courant de recombinaison en base neutre qui peut être intégrée dans un modèle compact de TBH (utilisable pour la simulation de circuits). Enfin, nous avons fourni les grandeurs électriques de TBH SiGe pour évaluer par la simulation de circuits le gain en performances apporté par ce dispositif pour des applications radiofréquences My thesis is concerned with is Si/ SiGe hetero-junction bipolar transistors (SiGe HBT) behavior, related to the SiGe base epitaxy. These specific phenomena leading to non standard operation compared to Si BJTs are underscored. We focused on the study of base-collector junction leakage current and of neutral base recombination. Correlation of electrical results to the fabrication process contributed to the improvement of pre-epitaxial surface preparation and of strained SiGe layer quality. From the electrical characterization of neutral base recombination, we deduced a method for extracting the apparent electron lifetime in the base. The basic equations needed to include neutral base recombination in compact models of the SiGe HBT (suitable for circuit simulation) were established. •finally, based on our measurements it was demonstrated that improved performance could be obtained at circuit level although the HBTs used in this study had their performance limited by integration constraints

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Geynet, Boris. "Développement et étude de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/Si/Ge : C pour les technologies BiCMOS millimétriques." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10150/document.

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Abstract:

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 Si/SiGe:C heterojunction bipolar transistors integrated in BiCMOS technologies now reach cut-off frequencies fT and fmax larger than 200GHz. This allows them to address millimeter-wave applications up to 100GHz such as anti-collision automobile radars and optical and wireless communications. The purpose of this thesis is the development and the study of Si/SiGe:C HBTs for millimeter-wave BiCMOS technologies. After a reminder of the bipolar transistor theory, we show the methods of fabrication, characterization and modeling of high-speed devices. The architectures chosen by the main manufacturers of the semiconductor market are detailed and the obtained performances are compared. Then, we present the investigations driven for the development of the BiCMOS9MW technology from STMicroelectronics. A low-cost version of the high-speed HBT and a high-voltage device fully compatible with the technology are presented and the state-of-the-art results are shown. We also study the impact of the variations of the technological parameters and the design mIes on the main characteristics of devices. The last part of this work is dedicated to the development of new technological solutions in order to further improve the transition frequency fT of Si/SiGe:C HBTs. An optimization of the vertical profile has been realized thanks to the development of a new collector module using a selective epitaxy and to the reduction of the thermal budget during the devices fabrication. This last study leads to an improvement of the transition frequency fT above 400GHz at room temperature, this is the best performance obtained to date for a transistor in silicon technology

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Berranger-Marinet, Elisabeth de. "Etude et fabrication de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe (TBH) intégrés dans une filière BiCMOS industrielle 0. 5µ." Lyon, INSA, 1998. http://www.theses.fr/1998ISAL0026.

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Abstract:

Ce travail concerne les Transistors Bipolaires à Hétérojonctions (TBH) Si/SiGe. Nous présentons comment des TBH ont été intégrés dans une filière Bi CM OS du Centre Commun CNET -SGS Thomson. Au préalable, afin de définir l'architecture la mieux adaptée au contexte et de tirer le meilleur parti possible de l'utilisation de SiGe, les différents paramètres (profil de germanium, position du bore par rapport à la zone SiGe. . . ) influençant le fonctionnement des TBH ont été étudiés, en particulier grâce à la mise en place d'un environnement de simulation adapté aux hétéro structures. Les contraintes technologiques et leurs conséquences sur les dispositifs ont été prises en compte. Les premiers résultats ont permis de mettre en évidence un certain nombre de problèmes technologiques que nous avons résolus. La caractérisation électrique a montré une nette amélioration des performances et a précisé les atouts réels de SiGe dans un contexte BiCMOS pourtant initialement jugé peu favorable. Nous avons aussi vérifié que les transistors MOS n'étaient pas perturbés. Ce travail démontre donc la faisabilité de l'intégration des TBH dans une filière BiCMOS et offre des perspectives pour l'évolution des structures This work deals with Si/SiGe Hetero junction Bipolar Transistors (SiGe HBTs). We present our method for integrating HBTs into a Bi CM OS process from the CNET -SGS Thomson Joint Center. Firstly, the main parameters (Ge profile, Boron position with respect to SiGe layer) acting on HBT operation were identified in order to adapt device architecture to the technological context and take benefit from the SiGe base (this especially implied the set up of a simulation environment adapted to hetero structures). Technological constraints and their consequences were taken into account. The first results highlighted a few technological problems which were solved in the following batches. Electrical characterisation showed a clear improvement of the performance and pointed out the decisive advantages of SiGe in a BiCMOS technology. We also verified that MOS transistors were not perturbed. This work proves the feasibility of HBT integration into a BiCMOS process and presents future prospects for the evolution of the structure

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Mba, Joseph. "Fabrication, caractérisation et modélisation des transistors bipolaires a double hétérojonction InP pour circuits de communications optiques à très hauts débits (40 Gbit/s." Lyon, INSA, 1999. http://www.theses.fr/1999ISAL0013.

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Abstract:

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 The objective of this work is to fabricate InP Heterojunction Bipolar Transistor (HBT) with cutoff frequencies greater than 80 GHz. Those transistors will be used to fabricate optical communication circuits operating at 40 Gbit/s. To obtain those high performances, we have defined an adequate epitaxial structure, optirnized the fabrication technology, studied the transport phenomenon and made a suited microwave characterization. In the light of the analysis of the transport phenomenon (simulation) and an electrical modeling, we have designed epitaxial structures which simultaneously permit to obtain: high cutoff frequencies, small electric consumption (saturation voltage < 0. 8 V), a high breakdown voltage and a very small leakage current. An essential point of this part is the beneficial contribution of the compositionally graded base to minimize the base electron transit time and to find a better trade off between a high static gain and base sheet resistance. An optirnization of the fabrication technology have been done in order to reduce the parasitic. This optirnization consist of the reduction of the base-collector area on which the base-collector capacitance, the transition frequency and especially the maximal oscillation frequency depend. New technological processes have been studied and validated for high area reduction (60%) within the limits of the design rules and the technology tools available in the laboratory. HBT structures benefiting simultaneously from the two previous optimizations have been fabricated and characterized. These transistors lead to high performances: Ft= 105 GHz, Fmax = 70 Hz, β= 48, a BVCE > 7. 5 V (at 4. 5 kA/cm2). These transistors permits to realize circuits operating at 44 Gbit/s for the 2: 1 multiplexer, 40 Gbit/s for demultiplexer, 25 Gbitls for driver and 25 Gbit/s for the D-FF. All these circuits validate the different approaches used in this work

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Liévin, Jean-Louis. "Épitaxie par jets moléculaires d'hétérostructures GaAl As-GaAs pour transistors et circuits intégrés bipolaires." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112010.

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Abstract:

Ce travail présente l’élaboration en épitaxie par jets moléculaires d’hétérostructures GaAlAs-GaAs pour transistors et circuits intégrés bipolaires. La caractérisation du matériau et des hétérointerfaces est réalisée notamment par cathodoluminescence, mesures de durées de vie, et photoluminescence de puits quantiques. De très forts dopages de type p dans GaAs avec du béryllium ont été réalisés (p=2x1020cm-3). L’incorporation du dopant est discutée. Différentes structures pour le composant et l’intégration ont été épitaxiées : structures pour phototransistor à forts gains en courant (β ≥ 3000) ; structures à double hétérojonction et faible tension d’offset (∆VCE = 30 mV) ; structures à hétérojonction Ga0,72Al0,28As/Ga0,99Be0,01As et résistance de base ultra-faible (RB = 140 Ω/□).

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Devulder, Marie. "Étude et faisabilité d'un système ultra large bande (ULB) en gamme millimétrique en technologie silicium avancée." Thesis, Lille 1, 2008. http://www.theses.fr/2008LIL10149/document.

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Abstract:

Durant ces dernières années, les systèmes de télécommunications sans fil grand public ont intégré des circuits en technologie silicium (BiCMOS, CMOS), grâce à la montée en fréquence des composants actifs de ces technologies (MOSFETS, Bipolaires à Hétérojonctions) qui remplacent peu à peu les circuits des filières III-V. Récemment, les techniques Ultra Large Bande utilisées dans les radars militaires haute puissance ont été étendues à des applications grand public et ont été normalisées aux Etats-Unis pour des bandes de fréquences comprises entre 3 et 10GHz. Dans cette bande de fréquence les architectures d'émetteur et de récepteur sont complexes. La transposition des signaux en gamme millimétrique, plus exactement dans la bande [59-62] GHz, présente de nombreux avantages notamment en terme de simplicité d'architecture système et d'encombrement. Les transistors de la technologie silicium BiCMOS SiGe 0,13 µm atteignent des fréquences de coupure et des fréquences maximales d'oscillation de l'ordre de 160 GHz. Nous avons ainsi conçu puis caractérisé les différents éléments millimétriques de la chaîne d'émission et de réception tels que oscillateur, commutateur, générateur d'impulsions, amplificateur moyenne puissance et faible bruit, détecteur. Les performances obtenues sur ces fonctions étant en accord avec les spécifications système que nous nous étions fixées, un circuit émetteur et un circuit récepteur entièrement intégrés en technologies silicium BiCMOS ont été conçus et réalisés. Ces travaux ont permis de démontrer la possibilité d'utiliser ces technologies silicium pour la réalisation de nouveaux systèmes de communication dans le domaine des fréquences millimétriques Over the past few years, consumer wireless communication systems have been implemented using silicon technology (BiCMOS, CMOS). Thanks to the higher operating frequency range of its active components (MOSFET, Heterojunction Bipolar Transistors), silicon technologies have replaced Ill-V technology in wireless communication circuits. Ultra Wideband technologies, used for high power military radars, were recently extended to consumer applications and normalized over the frequency range from 3 to 10 GHz in the United States of America. Within this range, receiver and transmitter architectures are complex. Transposition of a baseband UWB signal at 60 GHz, more precisely the 59-62 GHz band, offers many advantages, such as a simpler system architecture and a reduced die area. SiGe BiCMOS 0.13 µm silicon transistors exhibit a cut-off frequency and a maximum oscillation frequency of 160 GHz. We have designed and measured all the different millimeter circuits of the transceiver such as the oscillator, switch, pulse generator, medium power amplifier, low noise amplifier and detector. The results obtained on these blocks are in agreement with the system specifications we had established. A fully integrated transmitter and a fully integrated receiver circuits were designed and realized. The results demonstrate the capability of silicon technologies for the implementation of new communication systems in the millimeter wave range

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Barros, Oscar de. "Caractérisation électrique des défauts induits lors de l'intégration de la base d'un transistor bipolaire a hétérojonction SIGe en technologie BICMOS." Lyon, INSA, 1997. http://www.theses.fr/1997ISAL0106.

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Abstract:

Les progrès des techniques d'épitaxie ont permis la fabrication de couches de SiGe contraint sur substrat silicium et leur mise en application dans des transistors bipolaires à hétérojonction, permettant à la technologie silicium d'atteindre des performances dynamiques intéressantes pour les applications haute fréquence. Toutefois l'intégration de l'alliage SiGe dans: une filière doit répondre au double impératif de qualité finale de l'alliage et de perturbation minimum à apporter à la filière technologique. C'est dans cet objectif et dans le cadre de l'intégration du TBH SiGe dans une filière BiCMOS développée au CENT Meylan que s'inscrit ce sujet de thèse. Au cours de ce travail, nous avons étudié la qualité du système émetteur-base des transistors bipolaires à hétérojonction à base SiGe à l'aide• de techniques de caractérisation électrique, mesure de courant statique et spectroscopie de transitoire. Les résultats expérimentaux obtenus sur des transistors simple-polysilicium auto-alignés ont mis en évidence la présence de défauts dans la zone active du composant, localisés à la périphérie de la jonction émetteur-base le long des espaceurs Si02. L'énergie d'activation apparente de ces pièges est de 0,6 eV, ce qui en fait des centres de recombinaison très efficaces. Ces défauts ayant pu être corrélés à l'étape de gravure lors de la définition du système émetteur-base, la qualité cristalline des couches épitaxiées n'est donc pas dégradée par le process post-épitaxie. Ce résultat est une contribution au choix d'une nouvelle architecture pour les filières développées plus récemment, dans laquelle la zone active est éloignée des zones gravées. Les études initiées sur les transistors simple-polysilicium quasi auto- alignés de cette filière montrent la présence de plusieurs niveaux profonds dans la base du composant, ce qui est un point critique pour le bon fonctionnement de ces composants Epitaxial growth improvements have allowed the elaboration of high quality SiGe strained layers on Si substrate and their application in heterojunction bipolar transistors, leading silicon based devices to high frequency performances. Nevertheless, the integration of the. SiGe alloy in an industrial process requires minimum process modification as well as a high final quality of epitaxial layers. This is the context of the SiGe HBTs integration into a BiCMOS process developed at the CNET Meylan. In this thesis work, we present a study of the quality of the emitter-base system of SiGe HBTs, by means of electrical measurements such as deep level transient spectroscopy and static currents. Experimental results on single polysilicon self-aligned transistors point out the presence of defects in the active zone of the devices, located at the emitter-base junction periphery along Si02 spacers. The apparent activation energy is 0. 6 eV, making these deep levels very active recombination centers. These defects have been shown to originate from the reactive ion etching of the polysilicon emitter, leading to the conclusion that the epitaxial layers do not suffer relaxation during the process. This result is a contribution to the choice of a quasi-self-aligned structure for further development, where the active zone is far from etch-induced damages. First results concerning the quasi self-aligned transistors have evidenced the presence of many deep levels in the SiGe base bandgap, corresponding to defects at the Si/SiGe interface and in the SiGe base, which dramatically degrade the device performances

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Ghosh, Sudip. "Electronical model evaluation and development of compact model including aging for InP heterojunction bipolar transistors (HBTs)." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14451/document.

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Abstract:

Les technologies de transistors bipolaires à hétérojonctions (HBT) ont montré leur efficacité pour permettre aux circuits de traiter les grands signaux au delà de 100Gbit/s pour les réseaux optiques Ethernet. Pour assurer ce résultat, une bonne fiabilité doit être garantie. Des tests de vieillissements accélérés sous contraintes thermiques et électrothermiques sont réalisés et analysés avec les outils de simulation physique Sentaurus TCAD afin d’obtenir les lois de vieillissement physiques. Le modèle compact HICUM niveau 2, basé sur la physique, est utilisé pour modéliser précisément le composant avant vieillissement, puis pour ajuster les caractéristiques intermédiaires pendant le vieillissement. L’évolution des paramètres du modèle est décrit avec des équations appropriées pour obtenir un modèle électrique compact du vieillissement basé sur la physique. Les lois de vieillissement et les équations d’évolutions des paramètres avec le temps de contrainte sont implantées dans le modèle électrique de vieillissement en langage Verilog-A, ce qui permet de simuler l’impact des mécanismes de défaillances sur le circuit en conditions opérationnelles Modern InP Heterojunction Bipolar Transistors (HBT) technology has shown its efficiency for making large signal ICs working above 100 Gbits/s for Ethernet optical transport network. To full-fill this expectation, a good reliability has to be assured. Accelerated aging tests under thermal and electro-thermal stress conditions are performed and analyzed with Sentaurus TCAD device simulation tools to achieve the physical aging laws. The physics based advanced bipolar compact model HICUM Level 2 is used for precise modeling of the devices before aging. The HICUM parameters are extracted to fit the intermediate characterizations during aging. The evolution of the model parameters is described with suitable equations to achieve a physics based compact electrical aging model. The aging laws and the parameter evolution equations with stress time are implemented in compact electrical aging model in Verilog-A languages which allows us to simulate the impact of device failure mechanisms on the circuit in operating conditions

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Baratte, Hervé. "Technologie bipolaire hétérojonction AlGaAs/GaAs pour circuits intégrés." Paris 11, 1985. http://www.theses.fr/1985PA112012.

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Abstract:

Un modèle analytique proche de la réalité permet de réaliser une structure optimale et de corréler les performances et les paramètres. La séquence de croissance épitaxique est compliquée par la présence des deux hétérojonctions différentes algaas/gaas et gaas/algaas et de deux types de dopants, le silicium pour le type n et le béryllium pour le type p. Un recuit rapide assure un bon rendement d'activation tout en limitant la diffusion des dopants. La double hétérostructure à jonctions progressives obtenue par implantation d'ions convient aux circuits intègres. On prévoit une grande rapidité et une grande densité d'intégration pour les montages j**(2),l (à injection intégrée) et ecl (à émetteur commun). Le transistor bipolaire a hétérojonction convient également dans des applications linéaires The good injection properties of the heterojunction bipolar transistor allow predicting very high frequency performance of the device. An ion-implanted double hétérostructure with graded junctions is well adapted for integrated circuits application. An analytic model, close to reality, helps calibrate an optimized structure. It is also a convenient tool to correlate observed performance to the device internal structure. The epitaxial growth sequence is rather complicated because of the presence of two different heterojunctions (AlGaAs/GaAs and GaAs/AlGaAs) and of two types of dopants (Silicium for n-type and Beryllium for p-type). Thanks to a GaAs none intentionally doped interfacial layer, recombination effects in the junctions are greatly reduced. Then, a rapid thermal annealing treatment of the implanted devices proves to be a suitable method to achieve good activation efficiency while limiting dopants diffusion inside the structure. Further integration of such a device is then analyzed. Very high speed and high density of integration are predicted for future I²L or ELC bipolar heterostructures. The HBT (Heterojunction Bipolar Transistor) is also well adapted for linear application

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Mans, Pierre-Marie. "Optimisation de transistors bipolaires à hétérojonctions Si/SiGe∶C en technologie BiCMOS 0.25 μm pour les applications d’amplification de puissance". Thesis, Bordeaux 1, 2008. http://www.theses.fr/2008BOR13661/document.

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Abstract:

Le travail réalisé au cours de cette thèse porte sur l’optimisation du transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe:C pour les applications d’amplification de puissance pour les communications sans fils. Nous présentons tout d’abord la structure d’étude. Il s’agit du transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe:C intégré en technologie BiCMOS 0.25µm sur plaques 200mm. La cellule dédiée à l’amplification de puissance est présentée. Une attention particulière est apportée aux phénomènes thermiques inhérents à ce type de cellules ainsi qu’aux solutions mises en œuvre pour les atténuer. Les diverses optimisations réalisées sur l’architecture du TBH sont détaillées. Ces optimisations touchent à la fois à la modification du procédé technologique et au dessin du transistor. Notre étude porte sur l’amélioration des performances petit et grand signal via l’optimisation des paramètres technologiques définissant la structure épitaxiale intrinsèque de base et de collecteur ainsi que des règles de dessin du transistor. Enfin, deux types d’architectures de TBH développées sont présentées. L’une de type simple polysilicium quasi auto-alignée qui s’intègre dans une technologie dédiée à l’amplification de puissance, l’autre présentant une structure double polysilicium également auto-alignée The present work deals with Si/SiGe:C heterojonction bipolar transistor optimization for power amplifier applications dedicated to wireless communications. We first present the investigated structure, a Si/SiGe:C heterojonction bipolar transistor integrated in a 0.25µm BiCMOS technology on 200 mm wafers. We discuss the cell dedicated to power amplification. We have paid attention to thermal phenomenon linked to this kind of cell and to possible dedicated solutions. Various optimizations realized on HBT architecture are detailed. These optimizations concern technological process modifications and transistor design. The main objective of this work is to improve both large and small signal characteristics. This is obtained by transistor design rule variations, collector and base intrinsic parameters optimization. Finally, two kind of developed HBT architectures are presented. One, simple polysilicium quasi self aligned, integrated in a technology dedicated to power amplification, the other one fully self aligned with double polysilicium structure

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Bazzi, Jad. "Caractérisation des transistors bipolaires à hétérojonction SiGe à très hautes fréquences." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14296/document.

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Abstract:

Les TBH SiGe sont parmi les composants les plus rapides et sont utilisés pour les applications millimétriques. Des systèmes fonctionnent à 820GHz avec ces composants ont été déjà mis en œuvre. Afin de concevoir des circuits fonctionnant à ces fréquences très élevées, une analyse détaillée du comportement intrinsèque doit être effectuée. L’objectif principal de cette thèse est la caractérisation de la partie intrinsèque de ces composants. Une bonne précision de mesure dans la gamme de fréquences ondes millimétriques représente un vrai challenge, puisque les grandeurs intrinsèques du dispositifs ont beaucoup plus faibles que les données brutes de mesure auxquelles est associée la partie extrinsèque du composant. Afin de corriger la partie extrinsèque, des techniques de de-embedding spécifiques sont mises au point pour obtenir ces caractéristiques intrinsèques réelles. De plus, une technique de calibration directement sur la puce, sans utiliser de calkit, a été élaborée. Ceci permet de s’affranchir des effets de couplage entre la surface du standard de calibrage et les pointes de test hyperfréquences. L’ensemble a été validé par des simulations de type électromagnétique SiGe HBTs have proven their capability to support large bandwidth and high data ratesfor high-speed communication systems. Systems operating at 820GHz with these componentshave already been implemented. To design circuits operating at high frequencies, adetailed analysis of the intrinsic behavior should be performed. The main objective of thisthesis is the characterization of the intrinsic part of these components. Good accuracy inthe millimeter wave frequency range represents a real challenge, since the intrinsic deviceparameters are much lower than the raw data measurement that is associated with theextrinsic part of the component. However, existing on-wafer de-embedding techniquesare known to be inadequate to remove completely the parasitic effects and to get thereal intrinsic characteristics. In addition, an on-wafer calibration technique has beendeveloped. This overcomes the effects of coupling between the surface of the standard calibrationand RF probe tips. The set has been validated by an electromagnetic simulation

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Wang, Haila. "Photorécepteur monolithique intégrant un phototransistor et des transistors bipolaires à hétérojonction GaAlAs/GaAs pour transmission par fibre optique." Paris 11, 1986. http://www.theses.fr/1986PA112375.

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Abstract:

Ce travail présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un photorécepteur monolithique intégrant un phototransistor et des transistors bipolaires à hétérojonction GaAlAs/GaAs pour transmissions par fibre optique. Ce premier photorécepteur monolithique au monde intégrant des composants bipolaires à hétérojonction comprend un phototransistor, deux transistors à hétérojonction GaAlAs/GaAs et quatre résistances. La puissance minimum détectable de ce photorécepteur a été déduite des mesures du rapport signal sur bruit et de la bande passante: -30 dBm à 140 Mbit/s pour un taux d'erreur de 10-9. Ce résultat qui peut encore être amélioré est déjà parmi les meilleurs obtenus pour un circuit monolithique de photoréception applicable aux réseaux locaux de vidéocommunications par fibre optique multimode à 0,85um. Les transistors et phototransistors bipolaires à hétérojonction ont été caractérisés: Le gain en courant maximum dépasse 1000, les fréquences de transition fT des phototransistors et des transistors sont respectivement 2 GHz et 8 GHz. Les modèles de transistor et phototransistor bipolaire à hétérojonction obtenus par extraction des paramètres à partir des paramètres S permettent une conception plus rigoureuse des circuits bipolaires à hétérojonction. Des simulations utilisant ces modèles montrent que le photorécepteur a une sensibilité potentielle de -40 dBm à 140 Mbit/s pour un taux d'erreur de 10-9 Ce travail présente la conception, la réalisation et la caractérisation d'un photorécepteur monolithique intégrant un phototransistor et des transistors bipolaires à hétérojonction GaAlAs/GaAs pour transmissions par fibre optique. Ce premier photorécepteur monolithique au monde intégrant des composants bipolaires à hétérojonction comprend un phototransistor, deux transistors à hétérojonction GaAlAs/GaAs et quatre résistances. La puissance minimum détectable de ce photorécepteur a été déduite des mesures du rapport signal sur bruit et de la bande passante: -30 dBm à 140 Mbit/s pour un taux d'erreur de 10-9. Ce résultat qui peut encore être amélioré est déjà parmi les meilleurs obtenus pour un circuit monolithique de photoréception applicable aux réseaux locaux de vidéocommunications par fibre optique multimode à 0,85um. Les transistors et phototransistors bipolaires à hétérojonction ont été caractérisés: Le gain en courant maximum dépasse 1000, les fréquences de transition fT des phototransistors et des transistors sont respectivement 2 GHz et 8 GHz. Les modèles de transistor et phototransistor bipolaire à hétérojonction obtenus par extraction des paramètres à partir des paramètres S permettent une conception plus rigoureuse des circuits bipolaires à hétérojonction. Des simulations utilisant ces modèles montrent que le photorécepteur a une sensibilité potentielle de -40 dBm à 140 Mbit/s pour un taux d'erreur de 10-9

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Bouzourene, Arezky. "Contribution à l'étude du vieillissement des transistors de puissance bipolaires à grille isolée (IGBT) et au diagnostic des convertisseurs statiques." Lyon 1, 2000. http://www.theses.fr/2000LYO10039.

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Abstract:

Le vieillissement des interrupteurs electroniques conduit, a terme, a la degradation de leur fonctionnement entrainant des repercussions graves et souvent destructives sur leur environnement (systeme). Il est donc important, aussi bien pour le concepteur que pour l'utilisateur, de connaitre l'avolution de ce phenomene dans le temps afin de parer aux defaillances qu'il genere. En partant de la structure physique du transistor de puissance igbt, nous avons mis au point trois bancs d'essais qui accelerent le vieillissement de ce transistor particulier a technologie d'integration hybride. Apres etude, nous avons mis en evidence, dans une premiere etape, la possibilite de suivre l'etat de vieillissement du composant a travers l'evolution de ses parametres electriques ; puis, dans une seconde etape, nous avons analyse l'influence d'un igbt vieilli sur un convertisseur unicellulaire ou la presence de decalage des instants de commutation a ete detectee. Ce resultat peut servir de critere a partir duquel un risque de defaillance peut surgir dans les systemes multicellulaires de type onduleur. Quant a la troisieme etape, elle est consacree a la modelisation de l'evolution des principaux indicateurs de vieillissement en fonction des conditions et du temps d'utilisation des transistors. Un premier modele mathematique, base a la fois sur la theorie et les resultats experimentaux, donnant la croissance de la tension de seuil en fonction de l'etat de vieillissement des igbt est presente et une discussion sur le diagnostic et la surveillance de ce phenomene pour ce type de transistor particulier est rapportee dans ce memoire.

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Thiam, Ndèye Arame. "Etude et développement de transistors bipolaires à hétérojonctions InP/GaAsSb reportés sur Si en vue de l’amélioration de la dissipation thermique." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10168/document.

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Abstract:

Les transistors bipolaires à hétérojonctions (TBH) de la filière InP offrent aujourd’hui des fréquences de coupure supérieures à 400GHz pour le système InP/GaAsSb. Grâce à ces fréquences, les transistors bipolaires sont utilisés pour la réalisation de circuits performants dans des applications millimétriques telle que les communications optiques. Ainsi, pour atteindre ces performances remarquables, les dimensions verticales et latérales des TBH ont été considérablement réduites, entraînant l’auto-échauffement dans les TBHs aux densités de courant élevées. Cette thèse a donc pour objet l’étude et le développement de TBH InP/GaAsSb reportés sur un substrat hôte de silicium en vue de l’amélioration de la dissipation thermique. Une technique de transfert des couches épitaxiales a d’abord été présentée. Nous étudions ensuite les problématiques liées à la technique choisie et les paramètres de report par thermo-compression à basse température ont été optimisés. Le développement de la technologie InP/GaAsSb sur silicium a ensuite été effectué en partant d’une technologie classique de TBH non reportés. La réalisation du contact de collecteur, notamment, a fait l’objet d’une attention particulière. La réduction de l’épaisseur des couches actives ainsi que la technologie employée ont permis d’atteindre une fréquence de transition Ft supérieure à 400GHz. L’étude du comportement thermique des TBH a enfin été présentée grâce à l’extraction de la résistance thermique. Des valeurs très faibles ont été obtenues sur la technologie reportée de 800 à 1300W/K.m selon les dimensions des transistors ; ces valeurs sont très proches de celles simulées pour la même technologie. Elles constituent les premières mesures effectuées sur des TBH InP/GaAsSb transférés sur un substrat de silicium à haute conductivité thermique. Le report des TBHs sur silicium a ainsi permis une amélioration de la résistance thermique de 70% par rapport à une technologie standard de TBH non reportés. Ces résultats permettent de conclure quant à l’efficacité du report pour la réduction drastique de l’auto-échauffement dans les transistors bipolaires The InP heterojonctions bipolar transistors (HBT) offer today cut-off frequencies larger than 400GHz for the InP / GaAsSb system. Thanks to these performances, these transistors are used for the realization of successful circuits in millimeter-wave applications such as the optical communications. So, to reach these remarkable performances, the HBT are subject to a notorious self-heating phenomenon due to high current density of collector. This thesis thus has for object the study and the development of InP / GaAsSb HBT transferred on a host substrate of silicon with the aim of the improvement of the thermal behavior. We report first of all the principles of the bipolar transistor as well as the state of the art of the various materials used for fast transistors. A transfer technique of epitaxial layers was then presented. We study bounding problems resulting from the chosen technique and transfer parameters for valid thermo-compression at low temperature were optimized. The development of InP / GaAsSb transferred technology on silicon was then made. In particular, the collector contact realization has needed particular attention. Active layers thickness reduction as well as device fabrication process technology allowed reaching transition frequency Ft higher than 400GHz. The study of HBT thermal behavior was finally presented with thermal resistance extraction. Very low values were obtained on the transferred technology, from 800 to1300 W/K.m according to transistors size; these values are very close to those obtained by TCAD simulation for such a technology. It is the first measurement on InP / GaAsSb transferred-HBT on high thermal conductivity silicon substrate. This transfer technology has so allowed thermal resistance improvement of 70 % compared with that of standard HBT technology. This work leads to the influence of transferred-substrate for the severe reduction of self-heating in bipolar transistors technology

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Ramirez-Garcia, Eloy. "Analyse expérimentale et modélisation du bruit haute fréquence des transistors bipolaires à hétérojonctions SiGe et InGaAs/InP pour les applications très hautes fréquences." Phd thesis, Université Paris Sud - Paris XI, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00604071.

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Abstract:

Le développement des technologies de communication et de l'information nécessite des composants semi-conducteurs ultrarapides et à faible niveau de bruit. Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) sont des dispositifs qui visent des applications à hautes fréquences et qui peuvent satisfaire ces conditions. L'objet de cette thèse est l'étude expérimentale et la modélisation du bruit haute fréquence des TBH Si/SiGe:C (technologie STMicroelectronics) et InP/InGaAs (III-V Lab Alcatel-Thales).Accompagné d'un état de l'art des performances dynamiques des différentes technologies de TBH, le chapitre I rappelle brièvement le fonctionnement et la caractérisation des TBH en régime statique et dynamique. La première partie du chapitre II donne la description des deux types de TBH, avec l'analyse des performances dynamiques et statiques en fonction des variations technologiques de ceux-ci (composition de la base du TBH SiGe:C, réduction des dimensions latérales du TBH InGaAs). Avec l'aide d'une modélisation hydrodynamique, la seconde partie montre l'avantage d'une composition en germanium de 15-25% dans la base du TBH SiGe pour atteindre les meilleurs performances dynamiques. Le chapitre III synthétise des analyses statiques et dynamiques réalisées à basse température permettant de déterminer le poids relatif des temps de transit et des temps de charge dans la limitation des performances des TBH. L'analyse expérimentale et la modélisation analytique du bruit haute fréquence des deux types de TBH sont présentées en chapitre IV. La modélisation permet de mettre en évidence l'influence de la défocalisation du courant, de l'auto-échauffement, de la nature de l'hétérojonction base-émetteur sur le bruit haute fréquence. Une estimation des performances en bruit à basse température des deux types de TBH est obtenues avec les modèles électriques.

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Ramirez-garcia, Eloy. "Analyse expérimentale et modélisation du bruit haute fréquence des transistors bipolaires à hétérojonctions SiGe et InGaAs/InP pour les applications très hautes fréquences." Thesis, Paris 11, 2011. http://www.theses.fr/2011PA112082/document.

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Abstract:

Le développement des technologies de communication et de l’information nécessite des composants semi-conducteurs ultrarapides et à faible niveau de bruit. Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) sont des dispositifs qui visent des applications à hautes fréquences et qui peuvent satisfaire ces conditions. L’objet de cette thèse est l’étude expérimentale et la modélisation du bruit haute fréquence des TBH Si/SiGe:C (technologie STMicroelectronics) et InP/InGaAs (III-V Lab Alcatel-Thales).Accompagné d’un état de l’art des performances dynamiques des différentes technologies de TBH, le chapitre I rappelle brièvement le fonctionnement et la caractérisation des TBH en régime statique et dynamique. La première partie du chapitre II donne la description des deux types de TBH, avec l’analyse des performances dynamiques et statiques en fonction des variations technologiques de ceux-ci (composition de la base du TBH SiGe:C, réduction des dimensions latérales du TBH InGaAs). Avec l’aide d’une modélisation hydrodynamique, la seconde partie montre l’avantage d’une composition en germanium de 15-25% dans la base du TBH SiGe pour atteindre les meilleurs performances dynamiques. Le chapitre III synthétise des analyses statiques et dynamiques réalisées à basse température permettant de déterminer le poids relatif des temps de transit et des temps de charge dans la limitation des performances des TBH. L’analyse expérimentale et la modélisation analytique du bruit haute fréquence des deux types de TBH sont présentées en chapitre IV. La modélisation permet de mettre en évidence l’influence de la défocalisation du courant, de l’auto-échauffement, de la nature de l’hétérojonction base-émetteur sur le bruit haute fréquence. Une estimation des performances en bruit à basse température des deux types de TBH est obtenues avec les modèles électriques In order to fulfil the roadmap for the development of telecommunication and information technologies (TIC), low noise level and very fast semiconductor devices are required. Heterojunction bipolar transistor has demonstrated excellent high frequency performances and becomes a candidate to address TIC roadmap. This work deals with experimental analysis and high frequency noise modelling of Si/SiGe:C HBT (STMicroelectronics tech.) and InP/InGaAs HBT (III-V Lab Alcatel-Thales).Chapter I introduces the basic concepts of HBTs operation and the characterization at high-frequency. This chapter summarizes the high frequency performances of many state-of-the-art HBT technologies. The first part of chapter II describes the two HBT sets, with paying attention on the impact of the base composition (SiGe:C) or the lateral reduction of the device (InGaAs) on static and dynamic performances. Based on TCAD modelling, the second part shows that a 15-25% germanium composition profile in the base is able to reach highest dynamic performances. Chapter III summarizes the static and dynamic results at low temperature, giving a separation of the intrinsic transit times and charging times involved into the performance limitation. Chapter IV presents noise measurements and the derivation of high frequency noise analytical models. These models highlight the impact of the current crowding and the self-heating effects, and the influence of the base-emitter heterojunction on the high frequency noise. According to these models the high frequency noise performances are estimated at low temperature for both HBT technologies

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Jacquet, Thomas. "Reliability of SiGe, C HBTs operating at 500 GHz : characterization and modeling." Thesis, Bordeaux, 2016. http://www.theses.fr/2016BORD0354/document.

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Abstract:

Le sujet de cette thèse est l’analyse de la fiabilité des transistors bipolaires à hétérojonction SiGe:C et descircuits intégrés associés. Dans ce but, un modèle compact prenant en compte l’évolution des caractéristiquesdes transistors SiGe:C a été développé. Ce modèle intègre les lois de vieillissement des mécanismes dedéfaillance des transistors identifiés lors des tests de vieillissement. Grâce aux simulations physiques TCADcomplétées par une analyse du bruit basses fréquences, deux mécanismes de dégradations ont été localisés. Eneffet, selon les conditions de polarisation, des porteurs chauds se retrouvent injectés aux interfaces dutransistor. Ces porteurs chauds ont suffisamment d’énergie pour dégrader l’interface en augmentantprogressivement leurs densités de pièges. L’une des deux interfaces dégradées se situe au niveau del’’’espaceur’’ émetteur-base dont l’augmentation de la densité de piège dépend des porteurs chauds créés parionisation par impact. L’autre interface dégradée se situe entre le silicium et le STI dont l’augmentation dedensité de pièges dépend des porteurs chauds générés par ionisation par impact et/ou par génération Auger.En se basant sur ces résultats, une loi de vieillissement a été incorporée dans le modèle compact HICUM. Enutilisant ce modèle, l’étude de l’impact des mécanismes de défaillance sur un circuit amplificateur faible bruit aété menée. Cette étude a montré que le modèle compact intégrant les lois de vieillissement offre la possibilitéd’étudier la fiabilité d’un circuit complexe en utilisant les outils de conception standard permettant ainsi dediminuer le temps de conception global The SiGe:C HBT reliability is an important issue in present and future practical applications. To reduce the designtime and increase the robustness of circuit applications, a compact model taking into account aging mechanismactivation has been developed in this thesis. After an aging test campaign and physical TCAD simulations, onemain damage mechanism has been identified. Depending on the bias conditions, hot carriers can be generatedby impact ionization in the base-collector junction and injected into the interfaces of the device where trapdensity can be created, leading to device degradation. This degradation mechanism impacting the EB/spacerinterface has been implemented in the HICUM compact model. This compact model has been used to performreliability studies of a LNA circuit. The CPU simulation time is not impacted by the activation of the degradationcompact model with an increase in computation time lower than 1%. This compact model allows performing areliability analysis with conventional circuit simulators and can be used to assist the design of more robustcircuits, which could help in reducing the design time cycle L’affidabilità dei transistori a eterogiunzione SiGe:C è un aspetto molto importante nella progettazione circuitale,sia per le tecnologie attuali che per quelle in fase di sviluppo. In questo lavoro di tesi è stato sviluppato un modellocompatto in grado di descrivere i principali meccanismi di degrado, in modo da contribuire alla progettazione dicircuiti relativamente più robusti rispetto a tali fenomeni, ciò che potrebbe favorire una riduzione dei tempi diprogetto. A seguito di una campagna sperimentale e di un’analisi con tecniche TCAD, è stato identificato unmeccanismo principale di degrado. In particolari condizioni di polarizzazione, i portatori ad elevata energiagenerati per ionizzazione a impatto nella regione di carica spaziale, possono raggiungere alcune interfacce deldispositivo e ivi provocare la formazione di trappole. Solo la generazione di trappole relativa allo spaceremettitore-base è stata considerata nella formulazione del modello, essendo il fenomeno più rilevante. Ilmodello è stato utilizzato per effettuare alcuni studi di affidabilità di un amplificatore a basso rumore. Il tempocomputazionale non è significativamente influenzato dall’attivazione del modello di degrado, aumentando solodell’1%. Il modello sviluppato è compatibile con i comuni programmi di simulazione circuitale, e può essereimpiegato nella progettazione di circuiti con una migliore immunità rispetto ai fenomeni di degrado,contribuendo così a un riduzione dei tempi di progetto

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Canderle, Élodie. "Études et développement de transistors bipolaires Si/SiGe : C rapides dans un nœud BiCMOS 55 nm." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10193/document.

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Abstract:

Le travail de cette thèse s’inscrit dans le contexte du développement de la technologie BiCMOS055 en plateforme 300 mm, première technologie BiCMOS en nœud 55 nm au monde, avec des fréquences caractéristiques fT / fMAX = 320 / 370 GHz. Une première partie présente l’étude de différentes solutions visant à réduire la résistance de base extrinsèque de l’architecture DPSA-SEG afin d’améliorer la fréquence maximale d’oscillation fMAX. Nous montrons alors que changer la nature des matériaux n’apporte pas d’amélioration, mais que l’ajout de différents recuits après réalisation de la base intrinsèque permet d’augmenter significativement les performances du transistor tout en restant compatible avec les transistors MOS. La seconde partie de ce travail s’est attachée à démontrer les potentialités d’un transistor avec un module collecteur totalement implanté, où couche enterrée et tranchées d’isolation profondes ont été retirées. Les résultats obtenus montrent qu’il est possible, en optimisant le dessin des structures, d’obtenir des fT et fMAX atteignant respectivement 96% et 91% des paramètres de la technologie de référence. Enfin la dernière partie présente l’étude de l’impact des interconnexions métalliques sur les paramètres électriques du transistor sous-jacent. Il en ressort que la contrainte mécanique a un impact significatif, mais que les interconnexions influencent peu le comportement thermique du composant This work was carried out during BiCMOS055 technology development in 300 mm platform, the first one worldwide in node 55 nm, with frequencies as high as fT = 320 GHz and fMAX = 370 GHz. First we present the study of different solutions to reduce the extrinsic base resistance in DPSA-SEG architecture to improve the maximum oscillation frequency fMAX. We show then that changing material properties does not provide any improvement, but the insertion of dedicated anneals after the intrinsic base formation significantly increases the transistor performance while being compatible with MOS devices. In a second part, we demonstrate the potentialities of a low-cost transistor with a fully implanted collector, removing the buried layer and deep trench isolations. It has been shown it is possible to reach 96% fT and 91% fMAX with adequate structures layout, compared to the reference technology parameters. In the last part we analyze the impact of back-end-of-line connections on the bipolar device right below: the main effect is created by residual stress in the metal lines transferred into the device itself; the thermal study showed little influence of the back-end-of-line stack

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Crosson, Antonin. "Analyse de la fiabilité à long terme de transistors bipolaires soumis à de faibles contraintes." Toulouse 3, 2009. http://www.theses.fr/2009TOU30042.

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Abstract:

Aujourd’hui l’industrie microélectronique est en perpétuelle évolution. Les performances exigées font que la durée de vie commerciale des composants est de plus en plus courte. Dans ce contexte économique particulier, il existe cependant des industries rencontrant des difficultés face à ce phénomène. En effet, les secteurs d’activité de l’énergie et du spatial, notamment, sont demandeurs d’une fiabilité de leur parc électronique de l’ordre de 20 à 30 années. EDF R&D fait partie de ceux-là et rencontre des problèmes liés à son parc de composants électroniques. Ayant remarqué des dérives sur certains de leurs composants et ne sachant pas d’où celles-ci provenaient, une étude a été lancé sur l’aspect fiabilité à long terme en utilisation de la filière bipolaire. Il s’agit de transistors bipolaires ayant servi de nombreuses années. Grâce à une méthodologie de test, en statique, dynamique et bruit basse fréquence, nous avons réussi à identifier les composants présentant des dérives. Des modélisations ont été effectuées permettant d’identifier les causes possibles de ces dégradations. Par ailleurs, cela nous a permis d’estimer la durée de vie résiduelle de ces transistors bipolaires. Enfin, nous avons comparé les durées de vie de la filière bipolaire et MOS nanométrique Today, the microelectronics industry is constantly evolving. The performance requirements are that the commercial life of the components is growing short. In this particular economic context, there are industries experiencing difficulties with this phenomenon. Indeed, the energy and space industries, in particular, are seeking their reliability of microelectronic components about 20 to 30 years. EDF R & D is part of them and having problems related to its microelectronic components. Having noticed drifts on some of their components and not knowing where they came from, a study was launched on the issue of the long-term reliability in use of bipolar technology. These are bipolar transistors used for many years. Using a methodology of testing, in static, dynamic and low frequency noise, we were able to identify components with drifts. Models were made to identify the possible causes of the deterioration. Moreover, it allowed us to estimate the remaining life of these bipolar transistors. Finally, we compared the lifespan of the bipolar and nanometric MOS technology

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Ighilahriz, Salim. "Caractérisation et modélisation de la fiabilité des transistors et circuits millimétriques conçus en technologies BiCMOS et CMOS." Phd thesis, Université de Grenoble, 2014. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01060162.

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Abstract:

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.

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Abdel, Hadi Khaled. "Simulation physique du bruit basse fréquence stationnaire, dans les composants semi-conducteurs." Limoges, 2012. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/6c504636-9efd-4524-bb1b-018bb7c22703/blobholder:0/2012LIMO4025.pdf.

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Abstract:

Ce mémoire est consacré à la conception des deux méthodologies générales et robustes de simulation du bruit de génération-recombinaison assisté par piège dans des composants semi-conducteurs « réels ». Ce mémoire commence par des rappels sur les origines de bruit BF. Une présentation globale des méthodes de simulation du bruit GR macroscopique dans les composants semi-conducteurs est ensuite présentée. Une description des deux simulateurs les plus connus du domaine public, ATLAS de la société SILVACO et SENTAURUS de la société SYNOPSYS a été présentée. La limitation des simulateurs commerciaux lors du calcul du bruit GR assisté par piège d’une part, l’insuffisance des méthodes analytiques à résoudre correctement ce problème dans des composants « réels » soumis à des niveaux de polarisation opérationnels d’autre part, nous a amené à trouver une autre solution plus générale et robuste qui aboutit à l’écriture d’un programme de calcul développé sur Scilab qui permet de simuler le bruit GR assisté par piège dans un composant semi-conducteur de façon rigoureuse, tout en bénéficiant de l’ensemble de simulations déterministes proposées par SENTAURUS. L’application de cette méthode à l’hétérojonction émetteur-base d’un transistor TBH en InGaP/GaAs montre une excellente précision. Dans le même esprit, une autre méthode orientée « circuit » a été proposée. Cette méthode s’appuie sur la représentation électrique déterministe des équations de transport dans les semi-conducteurs, dans laquelle on introduit des sources de bruit de Langevin localisées tout au long de la ligne de transmission. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont le fruit d’une collaboration avec Thales III-V lab et UMS et réalisés dans le cadre du programme ANR blanc CYCLOMOD soutenue par l’Agence Nationale de la recherche This dissertation is dedicated to the development of two general and robust methodologies of simulation of trap assisted generation-recombination noise in "real" semiconductor devices. This dissertation is started by remembering the origins of LF noise. A comprehensive overview of simulation methods of the macroscopic GR noise in semiconductor devices has been subsequently, presented. A description of the two best known simulators in the public domain, ATLAS from SILVACO society and SENTAURUS from SYNOPSYS society, was presented. On the one hand, the limitation of the commercial simulators when calculating the trap assisted GR noise and on the other hand, the lack in analytical methods to solve this problem into "real" components under operational polarization levels, led us to find another solution more general and robust, results in writing a computer program developed in Scilab which allows to simulate rigorously the trap-assisted GR noise in a semiconductor device, while benefiting from the set of deterministic simulations proposed by SENTAURUS. The application of this method on the emitter-base hetero-junction of the InGaP/GaAs HBT transistor shows an excellent accuracy. For the same purpose, another method oriented "circuit" has been proposed. This method relies on the deterministic electrical representation of the transport equations in semiconductors, wherein introduced Langevin local noise sources throughout the transmission line. The work presented in this dissertation is the fruit of collaboration with Thales III-V lab and UMS, realized within the framework of the French research “Programme Blanc CYCLOMOD” supported by the French National Agency of Research

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Kétata, Kaouther. "Transistor bipolaire à hétérojonction GaAlAs-GaAs en structure autoalignée pour application en hyperfréquences." Paris 11, 1987. http://www.theses.fr/1987PA112171.

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Abstract:

Cette thèse constitue une contribution à l'optimisation d'étapes technologiques élémentaires permettant la réalisation de transistors bi polaires à hétérojonction GaAs/GaAlAs en structure autoalignée pour applications à très large bande. L'étude de l'implantation ionique de type p pour contacter la base a abouti à l'intégration de cette étape dans les procédés de fabrication des transistors, en remplacement de la diffusion. De très forts niveaux de dopages ont été atteints par recuit rapide du Mg implanté dans les hétérostructures (p = 4. 1019 cm-3). Des contacts ohmiques d'émetteur à base de métaux réfractaires, nécessaires pour l'autoalignement, ont été mis au point. Ces contacts ont une faible résistivité (10-6 Q. Cm2), constituent un bon masque d'implantation et présentent une bonne stabilité thermique ce qui leur permet de résister aux températures de recuit d'implantation. D'autre part, la gravure ionique réactive de ces contacts réfractaires a été étudiée. L'influence du masque de gravure ainsi que la relation entre les paramètres de gravure et l'anisotropie des profils obtenus ont été étudiées. L'intérêt particulier des masques en Platine et de la structure en «T» a été prouvé. Des transistors bipolaires utilisant cette technologie autoalignée ont été fabriqués. Les résultats obtenus en régime statique (gain environ 25) prouvent la faisabilité d'une telle technologie In this thesis, an optimization of the elementary technolagical steps allowing the realization of self aligned GaAs/GaA1As heterojonction bipolar transistors (HBT's) for high frequency operation is presented. A study of p-type implantation to contact the GaAs base layer has been conducted and led to the integration of this technological step in the fabrication process of HBT's. High doping level using rapid thermal annealing of Mg implanted heterostructures has been obtained (p=4. 1019cm3). Emitter ohmic contact based on refractory metals as required for selfaligned technology has been investigated. This contact exhibits a low resistivity (10-6 Q. Cm2); it behaves also as a suitable implantation mask and presents a high temperature stability. Etching of the contact has also been investigated using reactive ion etching. Metallic films and particularly Platinum are found to be more convenient etching mask than photoresists. Both vertical edge and T-shape structures have been realized using this mask. Transistors processed with this new technology exhibit DC current gain of 25 showing the feasability of the process

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Maïga, Cheick Oumar. "Etude du vieillissement de différentes structures de Transistors Bipolaires à Grille Isolée (IGBT) : application à la sûreté de fonctionnement d’un onduleur MLI." Caen, 2006. http://www.theses.fr/2006CAEN2014.

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Abstract:

Le travail présenté dans cette thèse porte sur l’étude du vieillissement de différentes technologies de Transistors Bipolaires à Grille Isolée (IGBT). Il s’agit de trouver une (des) signature(s) électrique(s) de l’effet du vieillissement des principaux types d’IGBT présents sur le marché des composants de puissance. Nous avons analysé les effets des stress thermoélectriques par polarisation inverse sous haute température (HTRB) et par polarisation de grille sous haute température (HTGB) sur des IGBT issus les deux principales technologies qui sont la technologie à grille enterrée (Trench-IGBT) et la technologie planar, ou à grille de surface, avec ses deux structures : la structure de type épitaxiée (Punch-Trough IGBT) et la structure de type homogène (Non-Punch-Through IGBT). L’étude du vieillissement de ces IGBT a mis en évidence une évolution plus ou moins significative de certains de leurs paramètres électriques qui pourraient être utilisés comme indicateurs de vieillissement. L’aspect système a été abordé sous l’angle de l’analyse des conséquences de l’évolution des temps de commutation des IGBT sur la sûreté de fonctionnement d’un onduleur de tension fonctionnant en modulation de largeur d’impulsion Dans certaines conditions de fonctionnement, ces vieillissement conduiraient à une modification des spectres harmoniques du courant et de la tension de sortie dans le cas des IGBT de technologie planar et à des courts-circuits de bras dans le cas des IGBT de technologie à grille isolée The work presented is concerned with the ageing study of various technologies of Insulated Gate Bipolar Transistors (IGBT). We have analysed the effects of a High Temperature Gate Bias and a High Temperature Reverse Bias stresses on the two major technologies of IGBT which are the planar gate technology (Punch-Trough IGBT and Non-Punch-Through IGBT) and the trench gate technology (Trench-IGBT). The study highlighted a more or less significant evolution of different electric parameters which could be used as ageing indicators. The consequences of the evolution of the switching times on a PWM inverter operation were analysed. It was shown that the ageing of the IGBTs would lead to a modification of the harmonic spectrum of the output voltage and the output current in the case of planar technology and to a short circuit in of the DC link in the case of the trench technology

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Deng, Marina. "Contribution à la caractérisation et la modélisation jusque 325 GHz de transistors HBT des technologies BiCMOS." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10141/document.

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Abstract:

L’émergence des applications grand public en gamme millimétrique et térahertz, telles que la communication très haut débit, le radar automobile et l’imagerie, est aujourd’hui rendue possible grâce aux progrès continus sur les performances des transistors. La technologie BiCMOS SiGe compte parmi les technologies clés génériques capables d’adresser ces applications. Les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) de dernière génération montrent en effet des fréquences de coupure supérieures à 300 GHz. Néanmoins, la conception de circuits RF dans les fréquences sub-térahertz nécessite des modèles de transistor précis et fiables, qui sont extraits et validés par des mesures hyperfréquences. L’objectif de ce travail a donc été de caractériser et modéliser les transistors HBT des technologies BiCMOS en régime petit signal et en bruit RF au-delà de 110 GHz. Après la mise au point d’une technique d’épluchage des accès du transistor à partir de mesures en bande G (140 – 220 GHz), la modélisation petit signal des transistors HBT des technologies B9MW, B5T et B55 de STMicroelectronics a pu être réalisée jusqu’à 220 et 325 GHz, tout en montrant les limitations dues à la montée en fréquence. De plus, l’extraction des quatre paramètres de bruit du transistor HBT SiGe a été réalisée pour la première fois dans l’intégralité de la bande 130 – 170 GHz, démontrant l’efficacité de la méthode multi-impédance associé à l’algorithme de Lane à ces hautes fréquences. Dans la perspective d’intégrer le système de mesure de bruit en vue de caractériser en bruit le transistor HBT, un amplificateur et un tuner d’impédance ont été conçus, en technologie B55, pour un fonctionnement de 130 à 170 GHz The emergence of millimeter-wave and terahertz applications for the general public, such as very high speed communication, automotive radar and imaging, is now possible thanks to the continuous progress on transistors performances. The SiGe BiCMOS technology ranks among the key enabling technologies able to address these applications. In fact, the heterojonction bipolar transistor of last generations feature cut-off frequencies higher than 300 GHz. Nevertheless, RF circuit design at sub-terahertz frequencies strongly rely on accurate and reliable transistor models, which are extracted and validated by RF measurements. This work aimed to characterize and model the BiCMOS HBTs in small-signal regime and RF noise beyond 110 GHz. Thanks to the development of a transistor access de-embedding technique from measurements in G-band (140 – 220 GHz), the small-signal modelling of HBTs from B9MW, B5T and B55 technologies of STMicroelectronics could be achieved up to 220 and 325 GHz. Furthermore, the four noise parameters extraction of the SiGe HBT was completed for the first time in the entire 130 – 170 GHz frequency range, thus demonstrating the efficiency of source-pull technique associated to Lane algorithm at such high frequencies. In order to integrate the noise measurement system for the HBT noise characterization, an amplifier and impedance tuner were designed, in B55 process, for a 130 – 170 GHz operating frequency range

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El, Rafei Abdelkader. "Analyse des effets dispersifs dans les transistors radiofréquences par mesures électriques." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/381740cc-fba9-4386-9b9d-0e0dd1113527/blobholder:0/2011LIMO4037.pdf.

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Les amplificateurs de puissance (PA) sont des éléments clés des terminaux de télécommunications et de radar aux radios fréquences. Le potentiel des PA est limité par des phénomènes de dispersion. Dans ce contexte, nous intéressons à la caractérisation des phénomènes thermiques dans les transistors TBH de différentes technologies (AsGa, SiGe et InP) et la caractérisation des effets thermiques et pièges dans les transistors HEMT à base GaN (AlGaN et AlInN) en basses fréquences. Un banc de mesure des paramètres S basse fréquences [10 Hz, 40 GHz] siège des phénomènes parasites non linéaires qu’il faut prendre en compte pour pouvoir réaliser des simulations fiables, est mis en place. Une méthode précise et simple pour la mesure de l’impédance thermique de TBH réalisés avec différentes technologies a été proposée. Cette méthode s’appuie sur des mesures électriques basses fréquences. Une étude approfondie de la caractérisation des phénomènes de dispersion basse fréquences (BF) dans les transistors HEMT à base GaN a été menée. Les effets de pièges sont étudiés pour les deux technologies (AlGaN/GaN et AlInN/GaN) avec la méthode de la spectroscopie d’admittance afin de quantifier les pièges de niveaux profonds Power amplifiers (PAs) are key elements of telecommunications and radar front ends at radio frequencies. The potential of the PA is limited by the phenomena of dispersion. In this context, we are interested in the characterization of thermal phenomena in the HBT transistors of different technology (GaAs, InP and SiGe) and characterization of thermal and traps effects in HEMT transistors based on GaN (AlGaN and AlInN) at low frequencies. A bench for low frequency S-parameters measurement [10 Hz, 40 GHz] is set up to enable us to study the behavior of the new components in the frequency range seat of nonlinear parasitic phenomena. A simple, yet accurate, method to experimentally characterize the thermal impedance of Hetero junction Bipolar Transistors (HBT) with different technologies proposed. This method relies on low frequency S-parameters measurements. A detailed study has been initiated to characterize the phenomena of low frequency dispersion in the HEMT transistors based on GaN. The thermal and traps effects are studied for both technologies (AlGaN/GaN and AlInN/GaN) with the method of admittance spectroscopy to quantify the levels of deep traps

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Nodjiadjim, Virginie. "Transistor bipolaire à double hétérojonction submicronique InP/InGaAs pour circuits numériques ou mixtes ultra-rapides." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10028/document.

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Cette thèse présente l'optimisation des performances du transistor bipolaire à double hétérojonction (TBDH) InP/InGaAs aux dimensions submicroniques. Tout d'abord nous présenterons le développement d'un modèle analytique tenant compte des spécificités du dessin et de la technologie de ce composant. Ce modèle, qui sera confronté aux résultats de mesures de paramètre S, servira à déterminer les dimensions optimales permettant d'atteindre des fréquences de coupure élevées et de mettre en évidence les principaux axes d'optimisation des performances. Puis nous étudierons plusieurs structures de couche pour la transition base collecteur visant à améliorer les propriétés de transport du TBH et repousser la densité de courant au seuil d'effet Kirk en vue d'augmenter les performances fréquentielles maximales du composant. Enfin, étant donné que les TBH fonctionnent à des densités de courant pouvant dépasser 800 kA/cm², ceux-ci sont sujets à un auto-échauffement qui contribue à la dégradation de leurs performances fréquentielles et à un vieillissement prématuré. Nous nous intéresserons donc à l'influence de la température sur les performances et présenterons les solutions apportées pour réduire l'auto-échauffement et améliorer la fiabilité des TBH. Ce travail a permis de valider une filière de TBH possédant des fréquences de coupure fT et fmax comprises dans la gamme 250-300 GHz ainsi qu'une tension de claquage de l'ordre de 5 V. Ainsi, ces composants ont pu être utilisés pour la réalisation de circuits destinés aux transmissions à 100 Gbit/s This thesis is about the performance optimization of InP/InGaAs Double Heterojunction Bipolar Transistors (DHBT) with sub-micrometer dimensions. The development of an analytical model taking into account the specific features of the device in terms of geometry and process is first reported. This model, backed by results from S parameters measurements, is used to define a device geometry leading to high cut-off frequencies; it also helps identifying the main directions for further performance improvement. Several epi-layer structures for the base-collector junction are then investigated, aiming at improving the HBT transport properties and at pushing toward higher current densities the onset of Kirk effect. Since HBTs are operating at current densities as high as 800 kA/cm2 and beyond, they are sensitive to self-heating; this feature results in reduced frequency performance and faster characteristics degradation. This is why the impact of temperature on transistor performance is analyzed and ways to limit HBTs self-heating phenomena and to improve their reliability are indicated. This work allowed the validation of an HBT process characterized by cut-off frequencies in the 250-300 GHz range for both fT and fmax, together with a breakdown voltage of about 5 V. Such HBTs have been used in the fabrication of ICs for 100 Gbit/s transmission applications

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Al-S'adi, Mahmoud. "TCAD based SiGe HBT advanced architecture exploration." Thesis, Bordeaux 1, 2011. http://www.theses.fr/2011BOR14239/document.

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Abstract:

Dans le but d’améliorer les transistors bipolaires TBH SiGe, nous proposons d’étudier l’impact de la contrainte mécanique sur leurs performances. En effet, cette contrainte permet de libérer un degré de liberté supplémentaire pour améliorer les propriétés du transport grâce à un changement de la structure de bande d’énergie du semiconducteur. Ainsi, nous avons proposé de nouvelles architectures de composants basées sur l’ingénierie de la contrainte mécanique dans les semiconducteurs. Deux approches ont été utilisées dans cette étude pour générer la tension mécanique adéquate à l'intérieur du dispositif. La première approche consiste à appliquer une contrainte mécanique sur la base du transistor en utilisant une couche de SiGe extrinsèque. La seconde approche vise à appliquer une contrainte dans la région du collecteur en utilisant une couche contrainte. Les résultats obtenus montrent que cette méthode peut être une approche prometteuse pour améliorer les performances des TBH The Impact of strain engineering technology applied on Si BJT/SiGe HBT devices on the electrical properties and frequency response has been investigated. Strain technology can be used as an additional degree of freedom to enhance the carriers transport properties due to band structure changes and mobility enhancement. New concepts and novel device architectures that are based on strain engineering technology have been explored using TCAD modeling. Two approaches have been used in this study to generate the proper mechanical strain inside the device. The first approach was through introducing strain at the device’s base region using SiGe extrinsic stress layer. The second approach was through introducing strain at the device’s collector region using strain layers. The obtained results obviously show that strain engineering technology principle applied to BJT/HBT device can be a promising approach for further devices performance improvements

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Tounsi, Mohamed. "Cyclage actif en mode MLI des modules de puissance IGBT application des SVM pour le diagnostic des défauts de vieillissement thermique." Caen, 2011. http://www.theses.fr/2011CAEN2082.

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Abstract:

Ce travail porte sur la mise en œuvre d’un classifieur SVM (Séparateur à Vaste Marge) pour le diagnostic automatique de défauts de vieillissement thermique de composants de puissance IGBT à base de mesures électrothermiques. Cela a nécessité le développement d’un banc d’essai de cyclage actif de modules IGBT pour la caractérisation de leur fatigue thermique, l’analyse des dégradations engendrées dans leur assemblage ainsi qu’à la classification de leur mode de fonctionnement, en mode « sain » et en mode « dégradé». La stratégie de cyclage thermique adoptée, vise à reproduite les contraintes imposées aux composants durant un fonctionnement réel. Nous avons suivi d’une part, les paramètres statiques et dynamiques des modules pour détecter d’éventuelles dérives, et d’autre part des paramètres électrothermiques indicateurs de dégradations thermomécaniques dans leur assemblage. Le stress thermique a causé principalement une avance dans les commutations à la fermeture et à l’ouverture ainsi qu’une apparition d’une trainée de courant à l’ouverture. Une analyse de défaillance a permis de révéler un décollement de fils de bonding, une dégradation de la brasure puce/substrat et une reconstruction des surfaces des métallisations d’émetteur et de grille. Le classifieur SVM construit, permet de discerner un mode de fonctionnement dégradé d’un mode de bon fonctionnement des composants, en vue de la mise en œuvre d’une maintenance préventive dans des installations électriques où la continuité de service et la sécurité revêtent une importance capitale The work concerns the implementation of an SVM classifier (Support Vector Machine) for an automatic diagnosis of power IGBT module thermal ageing defects, based on thermoelectric measurements. This has required the development of an active cycling test bench for the characterization of the thermal tiredness of IGBT modules, the analysis of the degradations generated in their assembly, and the classification of their operating mode : in " healthy " mode and " degraded " mode. The strategy adopted for the thermal cycling, aims to reproduce the constraints imposed on the components during their real operation. We followed the module static and dynamic parameters in order to detect possible drifts, and thermoelectric parameters used as criteria of thermo-mechanical degradations in their assembly. The thermal stress caused mainly, earlier switching-on and switching-off modes and appearance of a tile-current. A failure analysis has revealed, in the component assembly, bond-wire lift-off, solder layer degradation, and surface dislocation of the gate and emitter metallizations. The implemented SVM classifier, allows to distinguish between an IGBT degraded operating mode and a healthy operating mode, for a preventive maintenance in electric installations where the continuity of service and safety are very important

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Seif, Marcelino. "Caractérisation et modélisation des sources de bruit BF dans les transistors bipolaires développés en technologie BiCMOS (sub 0,13µm) pour applications RF et THz." Thesis, Montpellier, 2015. http://www.theses.fr/2015MONTS127/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse, présentés dans ce manuscrit, portent sur la caractérisation et la modélisation des sources de bruit basse fréquence dans les transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGe:C issus des filières BiCMOS 130 et 55 nm utilisées pour la réalisation de circuits intégrés dédiés aux futures applications dans le domaine du THz. A partir des mesures réalisées en fonction de la polarisation, de paramètres géométriques (surface et périmètre d'émetteur principalement) et de la température, la composante de bruit en 1/f, associée aux fluctuations du courant de base, a été entièrement caractérisée et les sources de bruit associées localisées. Les paramètres du modèle compact SPICE ont été extraits et comparés avec ceux de la littérature. Pour la technologie BiCMOS 130 nm, la valeur obtenue pour la figure de mérite KB égale 6,8 10-11 µm² ce qui représente le meilleur résultat publié à ce jour, toutes filières de transistors bipolaires confondues. Réalisée sur une plaque entière, l'étude statistique de la dispersion du niveau de bruit en 1/f a permis d'étendre la modélisation compacte de type SPICE. Mesuré sur une large gamme de température, le niveau de bruit en 1/f n'a pas présenté de variation significative. Pour la première fois, une étude complète de la composante de bruit en 1/f associée aux fluctuations du courant de collecteur est présentée et les paramètres du modèle SPICE extraits. Concernant la caractérisation des composantes de génération-recombinaison (présence non systématique), une étude statistique a montré que les transistors de plus petites dimensions étaient les plus impactés. La comparaison entre les différentes technologies montre que ces composantes sont beaucoup plus présentes dans les technologies les moins matures. Quand ces composantes ont été associées à du bruit RTS, une méthode de caractérisation temporelle et fréquentielle a été mise en œuvre. Enfin, dans certains cas, une étude en basses températures a permis d'extraire les énergies d'activation des pièges responsables de ces composantes de génération-recombinaison The presented thesis work, in this manuscript, focuses on the characterization and modeling of the low frequency noise sources in heterojunction bipolar transistors Si/SiGe :C derived from 130 to 55 nm BiCMOS technology used in the production of integrated circuits dedicated for THz domain applications. From measurements versus bias, geometrical parameters (emitter area and perimeter) and temperature, the 1/f noise component, associated to the base current fluctuations, has been fully characterized and the associated sources have been localized. The SPICE compact model parameters have been extracted and compared with those of the literature. For the BiCMOS 130 nm technology, the obtained figure of merit value of 6,8 10-11 µm2 represents the best published result so far in all bipolar transistors. The dispersion study of the 1/f noise component, performed over a complete wafer, allowed us to extend the SPICE type compact modeling. Measured over a large temperature range, the 1/f noise did not show any variations. For the first time, a complete characterization of the 1/f component at the output of the transistors is presented as well as the extraction of SPICE parameters. Regarding the characterization of generation-recombination components (unsystematic presence), a statistical study has showed that transistors with small emitter areas (Ae < 1 µm2) are affected more than the transistors with large emitter areas by the presence of g-r components. Comparison between different technologies shows that these components are much more present in the less mature technologies. When these components have been associated to RTS, time and frequency domain method is implemented. Finally, in some cases, a study at low temperatures was used to extract the activation energy of the traps responsible for the generation-recombination components

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Gauthier, Alexis. "Etude et développement d’une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si / SiGe compatible avec la technologie CMOS FD-SOI." Thesis, Lille 1, 2019. http://www.theses.fr/2019LIL1I081.

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Abstract:

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur le développement et l’optimisation de transistors bipolaires pour les futures générations de technologies BiCMOS. La technologie de référence est le BiCMOS055 présentant des fT et fMAX de respectivement 320 et 370 GHz. Dans un premier temps, il est montré que l’optimisation du profil vertical comprenant le budget thermique, le profil de la base et du collecteur notamment permet d’atteindre une fT de 400 GHz tout en restant compatible avec les transistors CMOS. Dans un second temps, le développement d’un collecteur implanté est présenté. La co-implantation du carbone avec le phosphore permet d’obtenir des substrats sans défaut, un contrôle de la diffusion précis ainsi que des performances électriques prometteuses. Une fréquence de transition fT record de 450 GHz est notamment atteinte grâce à des règles de dessins optimisées. Un module STI peu profond (SSTI) est développé afin de compenser l’augmentation de la capacité base / collecteur liée à ce type de technologie. Dans un troisième temps, l’intégration sur silicium d’une nouvelle architecture de transistor bipolaire ayant pour but de surmonter les limitations de la DPSA-SEG utilisée en BiCMOS055 est détaillée et les premiers résultats sont discutés. Cette partie démontre toutes les difficultés d’une intégration d’un transistor bipolaire de nouvelle génération dans une plateforme CMOS. La fonctionnalité de l’architecture émetteur / base est démontrée à travers des mesures dc. Pour terminer, la possibilité d’une intégration en 28 nm est évaluée à travers des travaux spécifiques, notamment au niveau des implantations à travers le SOI, et une ouverture sur les éventuelles intégrations 3D est réalisée The studies presented in this thesis deal with the development and the optimization of bipolar transistors for next BiCMOS technologies generations. The BiCMOS055 technology is used as the reference with 320 GHz fT and 370 GHz fMAX performances. Firstly, it is showed that the vertical profile optimization, including thermal budget, base and collector profiles allows to reach 400 GHz fT HBT while keeping CMOS compatibility. In a second time, a fully implanted collector is presented. Phosphorous-carbon co-implantation leads to defect-free substrate, precise dopants profile control and promising electrical performances. A new 450 GHz fT record is set thanks to optimized design rules. A low-depth STI module (SSTI) is developed to limit the base / collector capacitance increase linked to this type of technology. In a third time, the silicon integration of a new bipolar transistor architecture is detailed with the aim of overcoming DPSA-SEG architecture limitations used in BiCMOS055 and first electrical results are discussed. This part shows the challenges of the integration of new-generation bipolar transistors in a CMOS platform. The functionality of the emitter / base architecture is demonstrated through dc measurements. Eventually, the feasibility of 28-nm integration is evaluated with specific experiments, especially about implantations through the SOI, and an overview of potential 3D-integrations is presented

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Couret, Marine. "Failure mechanisms implementation into SiGe HBT compact model operating close to safe operating area edges." Thesis, Bordeaux, 2020. http://www.theses.fr/2020BORD0265.

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Abstract:

Afin de répondre au marché florissant des applications térahertz, les filières BiCMOS atteignent désormais des fréquences de coupure supérieures à 0,5 THz. Ces performances dynamiques sont obtenues grâce aux améliorations technologiques apportées aux transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) SiGe. Toutefois, cette montée en fréquence à entraîner un décalage du point de polarisation des transistors au plus proche, voir au-delà, de l’aire de sécurité de fonctionnement (SOA). En conséquence, de nombreux effets physiques « parasites » sont présents tel que l’ionisation par impact ou bien l’auto-échauffement pouvant potentiellement activer des mécanismes de défaillance et ainsi limiter la fiabilité à long terme du transistor. Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche pour la description et la modélisation de la dégradation par porteurs chauds au sein des TBH SiGe fonctionnant aux frontières de la SOA. L’étude est basée sur une caractérisation approfondie en conditions statiques et dynamiques des transistors. Du fait de ses résultats de mesures, une modélisation de l’ionisation par impact et de l’auto-échauffement a été proposé permettant d’étendre, avec précision, le domaine de validité des modèles compact commerciaux (HiCuM). Au-vu du fonctionnement aux limites de la SOA, une campagne de vieillissement a été mise en place afin de mieux cerner l’origine physique de ce mécanisme de défaillance. De ce fait, il a été démontré que la dégradation par porteurs chauds entraîne la création de densités de pièges au niveau de l’interface Si/SiO2del’espaceur émetteur-base induisant un courant de recombinaison supplémentaire dans la base. Un modèle compact intégrant des lois de vieillissement (HiCuM-AL) a été développé prédisant l’évolution des paramètres électriques d’un transistor ou d’un circuit au travers d’un facteur de vieillissement accéléré. Afin de faciliter son utilisation dans des outils de conception assistée par ordinateur (CAO), les lois de vieillissement ont été adaptées en fonction de la géométrie et de l’architecture de l’espaceur émetteur-base. Le modèle a démontré sa robustesse et sa précision pour plusieurs technologies de TBH SiGe et, ce, pour différentes conditions de vieillissement. De plus, une étude de la fiabilité de plusieurs architectures de circuits intégrés a été réalisé menant à une localisation précise des régions les plus sensibles au mécanisme de dégradation par porteurs chauds. Le modèle HiCuM-AL ouvre ainsi la voie à des simulations optimisées pour la conception de circuits millimétriques en termes de performances, mais aussi de fiabilité à long terme In an ever-growing terahertz market, BiCMOS technologies have reached cut-off frequencies beyond 0.5 THz. These dynamic performances are achieved thanks to the current technological improvements in SiGe heterojunction bipolar transistors (HBTs). However, these increased performances lead to a shift of the transistors bias point closer to, or even beyond, the conventional safe-operating-area (SOA). As a consequence, several "parasitic" physical effects are encountered such as impact-ionization or self-heating which can potentially activate failure mechanisms, hence limiting the long-term reliability of the electric device. In the framework of this thesis, we develop an approach for the description and the modeling of hot-carrier degradation occurring in SiGe HBTs when operating near the SOA edges. The study aims to provide an in-depth characterization of transistors operating under static and dynamic operating conditions. Based on these measurements results, a compact model for the impact-ionization and the self-heating has been proposed, ultimately allowing to extend the validity domain of a commercially available compact model (HiCuM). Considering the operation as close as possible to the SOA, an aging campaign was conducted to figure out the physical origin behind such failure mechanism. As a result, it has been demonstrated that hot-carrier degradation leads to the creation of trap densities at the Si/SiO2interface of the emitter-base spacer which induces an additional recombination current in the base. A compact model integrating aging laws (HiCuM-AL) was developed to predict the evolution of the transistor/circuit electrical parameters through an accelerated aging factor. For ease of use in computer-aided design (CAD) tools, the aging laws have been scaled according to the geometry and architecture of the emitter-base spacer. The model has demonstrated its robustness and its accuracy for different SiGe HBT technologies under various aging conditions. In addition, a study on the reliability of several integrated circuits has been performed leading to a precise location of the most sensitive regions to the hot-carrier degradation mechanism. Thus, the HiCuM-AL model paves the way to perform circuit simulations optimizing the mm-wave circuit design not only in term of sheer performances but also in term of long-term reliability

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Al, Hajjar Ahmad. "Caractérisation basse fréquence et simulation physique de transistors bipolaires hétérojonction en vue de l'analyse du bruit GR assisté par pièges." Thesis, Limoges, 2016. http://www.theses.fr/2016LIMO0045/document.

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Abstract:

Ce travail présente le développement d’un banc de mesure thermique, pour la mesure : de réseaux I (V), d’impédance basse fréquence et de bruit basse fréquence des composants semi-conducteurs. Le banc de mesure de bruit BF est composé d’un amplificateur de tension faible bruit, d’un amplificateur transimpédance, d’un analyseur FFT et d’un support thermique. Ce banc a permis d’extraire les sources de bruit en courants équivalentes aux accès du transistor pour différentes densités de courant et à différentes températures. Dans le but de calculer l’énergie d’activation et la section de capture des pièges grâce à la localisation des fréquences de coupures de bruit GR dans la technologie du TBH InGaP/GaAs. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le bruit basse fréquence dans le transistor InGaP/GaAs et les jonctions base émetteur, base collecteur et la résistance TLM par le moyen de simulation physique et de mesure de densité spectrale de puissance de bruit basse fréquence. Grâce à ces mesures, nous avons pu extraire les sources de bruit internes locales commandées et non commandées. Cette extraction nous a permis de calculer les énergies d’activations, les sections de capture et de valider la simulation physique This work presents the development of a thermal test bench for I(V) characteristics, for low frequency impedance and for low frequency noise of semiconductor components. This thermal bench for low frequency noise measurement is composed of a low-noise voltage amplifier, a low-noise transimpedance amplifier, an FFT vector signal analyzer and a thermal chuck. This measurement bench has allowed to extract the current noise sources equivalent to the access transistor at different current densities and at different temperatures. In order to calculate the activation energy and the capture cross section of traps thanks to the localization of the cutoff frequency of GR noise in HBT InGaP / GaAs technology. Secondly, we studied the low frequency noise in the transistor InGaP / GaAs and the differents junctions: emitter base, collector base and the base represented by the TLM resistance using physical simulations and measurements of low-frequency noise power spectrum density. Using this measurements, we extract the controlled and not controlled local internal noise sources. The extraction has allowed us to calculate the activation energy, the capture cross sections and validate the physical simulation

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Lacave, Thomas. "Transistor bipolaire Si/SiGe C en nœud CMOS avancé pour applications (sub)-millimétriques." Thesis, Lille 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LIL10150/document.

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Abstract:

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 SiGe heterojonction bipolar transistors (HBT) available in production qualified BiCMOS technologies today reach maximum oscillation frequencies fMAX close to 300 GHz. These technologies address millimeter-wave applicationsuntil 100 GHz, as collision avoidance radar for automotive (77 GHz), 60 GHz high date rate wireless communications and 100 Gb/s optical communications.. Objective of the work presented in this manuscript was to increase the transit frequenciess, and more especially fMAX, of SiGe HBTs in order to prepare the next BiCMOS generation. First, the theory of the bipolar transistor and the architecture of the device used for our studies are presented. Then, the different parameters defining the vertical doping profile are investigated and their influences on frequency performances, in particular on the trade-off between the current gain transit frequency fT and fMAX are detailed. The reduction of the lateral dimensions of the transistor, performed to reduce parasitic resistances and capacitances, exhibited the benefits but also the limitations of the scaling toincrease fMAX. Those studies enabled to demonstrate the feasability to integrate a 300-GHz fT and 400-GHz fMAX HBT in a 55-nm CMOS node. Finally, the different generations of devices fabricated during this work, exhibiting fT values between 250 GHz and 320 GHz and fMAX values between 330 GHz et 420 GHz, are compared between them and with BiCMOS9MW, a production qualified technology featuring 220 GHz fT and 280 GHz fMAX. This comparison deals with both the noise and the power (large signal) performances at millimeter-wave frequencies. The benefit of the work carried out in this PhD thesis is also demonstrated through the results of circuits designed by partners from different universities. One of those circuits in particular had been used to demonstrate a prototype of an active imaging system at 160 GHz

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Ghanem, Haitham. "Development of low noise setup "on" and "off" wafer up to 325 GHz for the performance evaluation of silicon technology." Thesis, Lille 1, 2020. http://www.theses.fr/2020LIL1I060.

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Abstract:

La technologie des appareils s’améliore rapidement, ce qui permet de fabriquer des composants électroniques avec des fréquences de coupure élevées où des applications entièrement nouvelles dans la bande des ondes millimétriques et Térahertz deviennent réalisables. Ce développement rapide soulève un ensemble de défis à relever pour pouvoir utiliser avec succès cette partie du spectre. En particulier, les avantages de l’intégration de composants deviennent de plus en plus importants. Afin de surmonter ces défis, une compréhension approfondie des systèmes RF est nécessaire. Pour ce faire, la caractérisation des systèmes électroniques est effectuée par des mesures de paramètres S, des mesures de puissance et des mesures de bruit RF, ce qui reste un défi aux fréquences supérieures à 200 GHz. Cette thèse porte sur le développement de différentes techniques expérimentales permettant des mesures de bruit «off» et «on» wafer pour évaluer les performances de bruit des dispositifs actifs. Un récepteur de bruit est tout d’abord assemblé et caractérisé; ce dernier a permis des mesures de bruit jusqu’à 325 GHz. Par ailleurs, une source de bruit à base de silicium développée dans le cadre de ce projet a été caractérisée et le modèle électrique a été validé jusqu’à 325 GHz. De plus, une source optique a également été étudiée et utilisée pour effectuer des mesures de bruit et de puissance dans la même gamme de fréquences. Enfin, un LNA a été conçu et caractérisé pour être utilisé dans la configuration du banc développée Device technology is rapidly improving, making it possible to fabricate electronic components with high cut-off frequencies where entirely new applications in the millimetre-wave and Terahertz band become feasible . This rapid development raise a set of challenges to deal with in order to use this portion of the spectrum successfully. In particular, the advantages of component integration become increasingly important. In order to overcome these challenges a deep understanding of the RF systems is required. To accomplish this, characterization of electronic systems is performed through S-parameter measurements, power measurements and RF noise measurements, which remains a challenge at frequencies above 200 GHz. This thesis addresses the development of a noise set-up to perform noise measurements "off" and "on" wafer to evaluate the noise performance of active devices. A noise receiver is assembled and characterized which enabled noise measurements up to 325 GHz. Moreover, a silicon based noise source developed in the frame work of this project was characterized and the electrical model was developed up to 325 GHz. Furthermore, an optical based source was also studied and used to perform noise and power measurement in the same frequency range. Finally, a LNA was designed and characterized to be used in the developed bench set-up

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Pottrain, Alexandre. "Caractérisation non linéaire des composants silicium jusque 220 GHz." Thesis, Lille 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LIL10186.

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Abstract:

De nombreuses applications ont émergées ses dernières années pour les gammes de fréquences millimétriques (le radar, l’imagerie, les communications inter-satellitaire ou à faible distance/haut débits,…). Pour ce type d’applications, le silicium est longtemps resté en retrait, du fait de ses performances limitées par rapport aux composants III-V. Dans le contexte du projet Européen DotFive, plusieurs entreprises et laboratoires (STMicroelectronics, Infineon, IMEC, IHP, Dresden University,….) ont pour ambition la production de composants en technologie silicium proposant des fréquences maximales supérieures à 0.5 THz d’ici à 2013. Dans ce contexte STMicroelectronics a récemment publié des résultats sur des composants montrant une fréquence FMAX> 400 GHz, l’état de l’art se situant aujourd’hui à 0.5 THz (toujours dans le contexte du projet DotFive). Le silicium semble donc aujourd’hui en bonne voie pour rattraper son retard et répondre aux besoins pour les applications millimétriques. L’intérêt du Silicium étant principalement de pouvoir proposer des applications grand public, bas coût et de pouvoir intégrer les fonctions digitales et RF sur une même puce. Toutefois, les performances de cette technologie, notamment dans le domaine du non linéaire sont peu connue en gamme millimétrique. Pour pouvoir étudier ces performances, il est nécessaire d’avoir les bancs de mesures en gamme millimétrique. L’I.E.M.N. et STMicroelectronics n’étant équipés dans le domaine non linéaire que jusque 40 GHz (18 GHz pour STMicroelectronics). La problématique de cette thèse consistera donc à repousser les limites de la mesure de puissance jusqu’à 200 GHz.D’abord, un banc de mesure load-pull en bande W (75 GHz-110 GHz) sera mis en place. L’extraction du paramètre S11 en non linéaire permettra d’obtenir une très bonne précision du banc. Du fait de l’indisponibilité de tuners précis et offrant une bonne répétabilité en bande G (140 GHz-220 GHz) et des pertes importantes des sondes dans cette même bande de fréquence, l’utilisation de tuners intégrés sera envisagée, permettant ainsi de générer de forts coefficients de réflexion en sortie du dispositif. Ces tuners d’impédance devront répondre à un cahier des charge définit en terme de couverture et de linéarité. De plus, la difficulté de trouver des systèmes de mesure de puissance rapide et précis dans cette bande de fréquence nous amènera à développer un prototype de détection en utilisant une technologie III-V. Puis, l’ensemble des bancs étant mis en place, les performances des composants seront étudiées et les principales limitations physiques (thermique, ionisation,…) intervenant sur la puissance seront évaluées grâce à des mesures allant du DC jusque 200 GHz. Nous verrons que cette technologie offre une densité de puissance très intéressante et permettra ainsi de répondre à de nombreuses applications. C’est travaux de thèse sont réalisés dans le cadre d’une thèse CIFRE avec l’IEMN et STMicroelectronics Many applications are emerging at millimeter wave frequencies (radar, imaging, satellite or point to point communications). The ‘DotFive’ project gather industries and laboratories working in microelectronics field (STMicroelectronics, Infineon, IMEC, IHP, Dresden University,.) with the aim to product silicon devices with fMAX>500 GHz for year 2013. In this context, STMicroelectronics recently published results on SiGe HBT showing fMAX>400 GHz. The state of the art in this field is 0.5 THz (Dotfive). Thanks to these high performances, silicon technology seems to be a good challenger for millimeter wave applications. Main advantages of this technology are its ability to propose low cost production and the capability to integrate digital and radiofrequency applications on a single chip. However, non linear performances of the silicon technology have never been studied at millimeter wave frequencies. To this aim, non linear test bench are needed. Before this PhD, I.E.M.N. and STMicroelectronics were limited to 40 GHz. Thus, the goal of this thesis focus on the development of load pull test bench up to 220 GHz. First a W band (75 GHz-110 GHz) load pull test bench has been developed. The main innovation is the ability to extract non linear S11 parameter, in order to obtain an extremely high precision. Then, a G band load pull test bench has been developed with integrated impedance tuner for load impedance variation. The use of integrated impedance tuner was justified by unavailability of external tuner and the high probe losses at these frequencies. The designed integrated tuners have to respect fixed specifications for covered smith chart area and linearity. Due to the difficulty to find fast power measurement devices, we also developed a diode detector on III-V technology.These previously developed test bench allow studies on non linear behavior of CMOS and BiCMOS devices and on the mains physical effects (thermal effect, breakdown,…) which limit power performances from DC to 200 GHz. We will see that BiCMOS technology offer state of the art power density measured at 94 GHz. Finally, integration of a complete load pull test bench on silicon wafer is envisaged. This work have been done for the common laboratory I.E.M.N./STMicroelectronics

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Oeuvrard, Sandrine. "Caractérisation d’une photodiode germanium sur silicium en vue d’une utilisation source de bruit intégrée térahertz." Thesis, Lille 1, 2014. http://www.theses.fr/2014LIL10121/document.

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Aujourd’hui, l’amélioration des fréquences de coupure des transistors MOS et bipolaires ouvre la voie à de nouvelles applications THz (communication et imagerie au-delà de 110 GHz). Des méthodologies de test concernant la caractérisation en bruit hyperfréquence des transistors jusque 170 GHz ont été mises en place dans la cadre du laboratoire commun entre STMicroelectronics et l’IEMN. Cependant, une des limitations principales à la conception d’un outil de caractérisation en bruit au-delà de 170 GHz est le manque de source de bruit état-solide à ces fréquences. Cette thèse propose un nouveau type de source de bruit aux fréquences millimétriques pouvant fonctionner au-delà de 170 GHz, basée sur une solution photonique intégrée sur silicium. Cette source de bruit photonique repose sur l’éclairage d’une photodiode en germanium sur silicium par une source optique qui sera alors convertit en un bruit blanc électrique Today high frequency MOS and bipolar transistors are opening new opportunities for THZ applications (communication and imagery beyond 110 GHz). High frequency noise characterization test methodologies up to 170 GHz have been set up in a shared collaboration between STMicroelectronics and IEMN laboratory. Nevertheless, one of the most important limitations of noise characterization above 170 GHz is the solid-state noise source lack at these frequencies. This study proposes a new concept of noise source working at millimeter wave frequencies above 170 GHz, based on a photonic integrated on silicon solution. This photonics noise source concept relies on a Germanium-on-Silicon photodiode lighted by an optical source and converting it into an electrical noise

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Quiroga, Andrés. "Investigation and development of advanced Si/SiGe and Si/SiGeC Heterojunction Bipolar Transistors by means of Technology Modeling." Thesis, Paris 11, 2013. http://www.theses.fr/2013PA112273/document.

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Abstract:

Le travail porte sur le développement et l’optimisation de transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) SiGe et SiGeC par conception technologique assistée par ordinateur (TCAD). L'objectif est d'aboutir à un dispositif performant réalisable technologiquement, en tenant compte de tous les paramètres : étapes de fabrication technologiques, topologie du transistor, modèles physiques. Les études menées permettent d’atteindre les meilleures performances, en particulier une amélioration importante de la fréquence maximale d’oscillation (fMAX). Ce travail est la première approche développée pour la simulation des TBH SiGeC qui prend en compte l'impact de la contrainte et de la teneur en germanium et en carbone dans la base; conjointement pour les simulations des procédés de fabrication et les simulations électriques.Pour ce travail, nous avons développé et implémenté dans le simulateur TCAD des méthodes d'extraction de fMAX prenant en compte les éléments parasites intrinsèques et extrinsèques. Nous avons développé et implémenté un modèle pour la densité effective d’états fonction de la teneur en germanium et en carbone dans la base. Les modèles pour la bande interdite, la mobilité et le temps de relaxation de l'énergie sont calibrés sur la base de simulations Monte-Carlo.Les différentes analyses présentées dans cette thèse portent sur six variantes technologiques de TBH. Trois nouvelles architectures de TBH SiGeC avancés ont été élaborées et proposées pour des besoins basse et haute performance. Grace aux résultats obtenus, le meilleur compromis entre les différents paramètres technologiques et dimensionnels permettent de fabriquer un TBH SiGeC avec une valeur de fMAX de 500 GHz, réalisant ainsi l’objectif principal de la thèse The present work investigates the technology development of state-of-the-art SiGe and SiGeC Heterojunction Bipolar Transistors (HBT) by means of technology computer aided design (TCAD). The objective of this work is to obtain an advanced HBT very close to the real device not only in its process fabrication steps, but also in its physical behavior, geometric architecture, and electrical results. This investigation may lead to achieve the best electrical performances for the devices studied, in particular a maximum operating frequency of 500 GHz. The results of this work should help to obtain more physical and realistic simulations, a better understanding of charge transport, and to facilitate the development and optimization of SiGe and SiGeC HBT devices.The TCAD simulation kits for SiGe/SiGeC HBTs developed during our work have been carried out in the framework of the STMicroelectronics bipolar technology evolution. In order to achieve accurate simulations we have used, developed, calibrated and implemented adequate process models, physical models and extraction methodologies. To our knowledge, this work is the first approach developed for SiGe/SiGeC HBTs which takes into account the impact of the strain, and of the germanium and carbon content in the base, for both: process and electrical simulations.In this work we will work with the successive evolutions of B3T, B4T and B5T technologies. For each new device fMAX improves of 100 GHz, thus the technology B3T matches to 300 GHz, B4T and B5T to 400 and 500 GHz, respectively.Chapter one introduces the SiGe SiGeC heterojunction bipolar technologies and their operating principles. This chapter deals also with the high frequency AC transistor operation, the extraction methods for fMAX and the carrier transport in extremely scaled HBTs.Chapter two analyzes the physical models adapted to SiGeC strained alloys used in this work and the electrical simulation of HBT devices. This is also an important work of synthesis leading to the selection, implementation and development of dedicated models for SiGeC HBT simulation.Chapter three describes the B3T TCAD simulation platform developed to obtain an advanced HBT very close to the real device. In this chapter the process fabrication of the B3T technology is described together with the methodology developed to simulate advanced HBT SiGeC devices by means of realistic TCAD simulations.Chapter four describes the HBT architectures developed during this work. We will propose low-cost structures with less demanding performance requirements and highly performing structures but with a higher cost of production. The B4T architecture which has been manufactured in clean-room is deeply studied in this chapter. The impact of the main fabrication steps is analyzed in order to find the keys process parameters to increase fMAX without degrading other important electrical characteristics. At the end of this chapter the results obtained is used to elaborate a TCAD simulation platform taking into account the best trade-off of the different key process parameters to obtain a SiGeC HBT working at 500 GHz of fMAX

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Dissertations / Theses on the topic 'Transistors bipolaires à hétérojonctions – Détérioration'

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