Contribution à l'étude et à la modélisation de phototransistors bipolaires à hétérojonction SiGe/Si pour les applications opto-microondes

par Jean-Luc Polleux

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Christian Rumelhard.

Soutenue en 2001

à Paris, CNAM .


  • Résumé

    Les potentialités des structures phototransistors bipolaires à hétérojonction SiGe contraint sur Silicium pour les applications opto-microondes sont explorées par la simulation physique. Un modèle hydrodynamique dérive-diffusion couplé à un modèle d'absorption optique est exploité. Le jeu complet de modèles de paramètres du SiGe/Si est mis en place. Les variations de la largeur de bande interdite sont notamment synthétisées, des expressions de densités effectives d'états rigoureuses sont développées et le coefficient d'absorption optique est extrait de données de mesures à 90K. Un modèle à un phonon dit de MacFarlane est exploité. Une méthode d'extraction originale est proposée qui fournit des lois de variations en fonction de la longueur d'onde optique incidente, de la température et de la fraction de Ge. La définition d'outils fondamentaux pour l'étude rigoureuse opto-microonde des phototransistors est ensuite apportée : Le signal microonde porté par le signal optique est modélisé au travers d'une représentation en courant de la puissance optique. L'intérêt de cette représentation est décrit et argumenté. Les paramètres de sensibilités et de gain optique sont généralisés afin de tenir compte du comportement triporte du dispositif. Un gain de puissance opto-microonde est enfin défini de manière fondamentale, ainsi que des paramètres S opto-microondes. La définition de fréquences maximales de fonctionnement est proposée et l'optimisation des impédances terminales de différents phototransistors est présentée à partir d'une expérience antérieure sur des HPT InP/InGaAs. Le dernier chapitre analyse par simulation, à l'aide des précédents outils, les prototypes de HPT SiGe/Si réalisés. Par ce biais, les mécanismes internes de détection et d'amplification sont détaillés, et les performances opto-microondes potentielles développées. Un banc de mesure à lγm est enfin proposé.

  • Titre traduit

    Contribution to the study and the modelling of SiGe/Si heterojunction bipolar phototransistors for opto-microwave applications


  • Résumé

    Potentialities of SiGe/Si heterojunction bipolar phototransistors are explored through physical simulations. A drift-diffusion hydrodynamic model coupled to an optical absorption model is used. The full set of the models of the SiGe/Si parameters is set up. The band gap energy variations models are reviewed. Simple and accurate effective densities of states equations are developed and the optical absorption coefficient model is extracted from 90K measurement's data. A MacFarlane average phonon model is used and an original extraction procedure is described that gives optical wavelength, temperature and Ge composition dependent variation's laws. Novel fundamental and general tools are then defined to properly describe the opto-microwave behaviour of phototransistors : The optical carried microwave signal is treated through the optical power which is modelled through an equivalent current source. Worth of this representation is described and argued. Responsivities and optical gain are generalised in order to take into account the three-port behaviour of the device. An opto-microwave power gain is defined, as well as opto-microwave S parameters. A maximum working frequency definition is proposed. Optimisation of terminal loads of different InP/InGaAs HPTs is presented. Some SiGe/Si HPT prototypes are produced and then analysed through the use of so-built study tools. Along this way, the understanding of the internal mechanisms is improved and potential opto-microwave performance are described. A lγm optical measurement bench is then proposed.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (240 p.)
  • Annexes : Bibliogr. 178 ref

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : Th A 392

Cette version existe également sous forme de microfiche :

  • Bibliothèque : Service interétablissements de Documentation (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque universitaire de Sciences.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MF-2001-POL
  • Bibliothèque : Conservatoire national des arts et métiers (Paris). Bibliothèque Centrale.
  • Non disponible pour le PEB
  • Cote : MFT 296
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.