Transistors à effet de champ sur substrat InP à canaux composites : Structure, technologie et caractérisation

par Hassan Maher

Thèse de doctorat en Physique.Micro et optoélectronique intégrées

Sous la direction de Guy Vernet.

Soutenue en 1999

à Paris 11, Orsay .


  • Résumé

    Ce travail porte sur la conception de structures de transistors HEMT à canal composite sur substrat InP, dans lesquelles nous juxtaposons un canal à forte mobilité électronique à faible champ et un deuxième canal à faible coefficient d'ionisation par impact. L'objectif de telles structures est d'améliorer les performances de tenue en tension des composants classiques, tout en gardant de bonnes performances dynamiques. Après une étape de conception de la structure en utilisant des outils classiques de modélisation, nous avons adapté les étapes technologiques de la réalisation du composant classique en prenant en compte la composition et les dimensions des couches de matériaux constituant cette nouvelle structure. Nous avons mené en particulier une étude spécifique sur les contacts ohmiques, le contact et le retrait de grille. Les composants réalisés nous ont permis d'obtenir des fréquences de coupure très élevées ( f_t = 265 GHz ). Par ailleurs ces transistors conservent d'excellentes tenue en tension ( 20 V en régime pincé et 4 V en régime ouvert). Afin d'analyser de possibles limitations apportées par la conduction de sortie sur le gain à haute fréquence, ainsi que sur la tension de claquage, une étude du courant de grille en excès a été effectuée. L'observation de deux bosses dans les variations du courant de grille en fonction de la tension de grille lorsque la tension de drain est suffisante (>3V) a fait l'objet d'une analyse poussée, faisant appel à une caractérisation fine en fonction de la température, de l'espacement grille drain et de la longueur de grille. II en résulte l'attribution de l'une des bosses, à un phénomène d'ionisation par impact, l'autre bosse proche du pincement est associée à un mécanisme de transfert des électrons du canal vers l'interface entre couche tampon et substrat.


  • Résumé

    This thesis deals with composite channel InP HEMT devices in which a high mobility channel is used on top of a second channel characterized by a low impact ionization rate. Such structures are aiming at an improvement of the breakdown characteristics of InP HEMTs, while retaining their excellent high frequency properties. A first part is devoted to the device structure design, using numerical modeling tools; a 3-channel structure with a [delta]-doped quaternary layer sitting in the middle of the InGaAs/InP channel, has been identified as very promising. Improvements in the technological processes used for conventional HEMT structures are then presented, as required by the specific features of the structure. In particular optimizations have been carried out with respect to ohmic contacts, gate recess and Schottky contact. Fabricated devices have exhibited quite high cut-off frequency (Ft = 265 GHz at 0. 1 [mu]m gate length), and very good breakdown voltage characteristics (> 20 V and 4 V in pinched-off and open channel conditions respectively). In order to assess the possible degradation in breakdown voltage and high frequency voltage gain brought by the output conductance, an analysis of the excess gate current has been carried out. Two bumps in the gate current vs gate voltage characteristics are observed at moderate drain voltage. Analysis of these bumps vs temperature, gate-drain spacing and gate length shows that the bump observed in open channel conditions is associated to impact ionization in the channel, while the second bump, observed close to pinch-off, is attributable to electrons real space transfer from the channel to the buffer - substrate interface.

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Informations

  • Détails : 200 p.
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Notes bibliogr.

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : M/Wg ORSA(1999)412
  • Bibliothèque : Centre Technique du Livre de l'Enseignement supérieur (Marne-la-Vallée, Seine-et-Marne).
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TH2014-014501
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