Contribution à l'optimisation de transistors à effet de champ MESFET à base de carbure de silicium 4H pour applications en amplification de puissance RF/hyperfréquence

par Alexandre Kerlain

Thèse de doctorat en Micro-ondes et microtechnologies

Sous la direction de Jean-Claude de Jaeger et de Christian Brylinski.

Soutenue en 2004

à Lille 1 .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous démontrons la faisabilité de composants de puissance hyperfréquence MESFET stables réalisés à partir de couches homo-épitaxiales sur substrat de Carbure de Silicium 4H monocristallin, qui constituent la première famille de transistors de puissance hyperfréquence en topologie "horizontale" sur un semiconducteur à grande bande interdite. Les performances globales obtenues au cours de la thèse dépassent celles de toutes les technologies Silicium ou GaAs actuellement disponibles sur le marché, notamment en configuration d'amplification à large bande dans la gamme des RF aux UHF. L'obtention d'un tel niveau de performance est en partie le résultat de l'optimisation de toutes les étapes technologiques élémentaires, présentées et discutées dans le chapitre "technologie" de cette thèse. Il a été montré et nous avons pu confirmer que les premiers problèmes d'instabilité électrique observés sur les composants MESFET SiC peuvent être attribués aux substrats semi-isolants de première génération dopés au Vanadium. Ils ont longtemps fait obstacle au développement de ce type de composants.

  • Titre traduit

    Contribution to the optimization of 4H-SiC MESFET transistors for high power and wide band RF amplifier application


  • Résumé

    L'avènement de substrats de haute pureté nous a permis de réaliser les premiers composant performants et stables, sans dérive observable, au moins sur plusieurs dizaines d'heures d'amplification en régime nominal à pleine excitation. En particulier, une puissance de 50W a été obtenue à 500MHz sur un développement de 19,2mm (2. 6 W/mm), avec une tension de polarisation de 70 V. La disparition des instabilités liés aux substrats nous a permis d'aborder la problématique de la passivation de ces composants, et de percevoir de manière anticipée l'acuité de ce problème fondamental pour la mise au point de transistors latéraux stables fonctionnant à haute tension. Les phénomènes de charge de l'isolant de passivation représentent actuellement l'une des limitations fondamentales de la fiabilité de ce type de composant. L'élimination de ces effets constitue une des clefs principales du développement et de l'industrialisation de la prochaine génération de transistors hyperfréquence de puissance.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (380-[8] p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 8 p.

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  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2004-271
  • Bibliothèque : Université des sciences et technologies de Lille (Villeneuve d'Ascq, Nord). Service commun de la documentation.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 50376-2004-272
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