Analyse experimentale et modelisation du bruit haute fréquence des transistors bipolaires a heterojonctions SiGe et InGaAs/InP pour les applications très hautes fréquences, Experimental analysis and modelling of high frequency noise in SiGe and InGaAs/InP heterojunction bipolar transistors for high frequency applications
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Thèse soutenue le 20 juin 2011: Paris 11
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.
-Transistor bipolaire à hétérojonction
-Hyperfréquences
-Modélisation TCAD
-Analyse cryogénique
-Temps de transit
-Mesures du bruit haute fréquence
-Modélisation électrique du bruit haute fréquence
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.
-Heterojunction bipolar transistor
-High frequency
-TCAD modelling
-Cryogenic analysis
-Transit times
-High frequency noise measurements
-Electric noise modelling
Source: http://www.theses.fr/2011PA112082/document
N° D’ORDRE
THÈSE DE DOCTORAT
SPECIALITE : PHYSIQUE
Ecole Doctorale « Sciences et Technologies de l’Information des
Télécommunications et des Systèmes »
Présentée par :
Eloy RAMIREZ GARCIA
Sujet :
ANALYSE EXPERIMENTALE ET MODELISATION DU BRUIT HAUTE FREQUENCE
DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTIONS SiGe:C ET InGaAs/InP POUR
LES APPLICATIONS TRES HAUTES FREQUENCES
Soutenue le 20 juin 2011 devant les membres du jury :
Mme Catherine ALGANI CNAM-Paris Président du jury
M. Frédéric ANIEL IEF–Université Paris-Sud 11 Co-encadrant
M. François DANNEVILLE IEMN–Université Lille 1 Rapporteur
M. Mauro ENCISO-AGUILAR ESIME-IPN Mexique Examinateur
Mme Cristell MANEUX IMS–Université Bordeaux 1 Rapporteur
M. Nicolas ZEROUNIAN IEF–Université Paris-Sud 11 Directeur de thèse
tel-00604071, version 1 - 28 Jun 2011
tel-00604071, version 1 - 28 Jun 2011
