Transistors HEMT métamorphiques sur substrat GaAs pour applications de télécommunications à très haut débit : mesures statiques et dynamiques pour intégration des effets parasites dans des modèles

par Olivier Pajona

Thèse de doctorat en Électronique des hautes fréquences et optoélectronique

Soutenue en 2006

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .


  • Résumé

    La filière HEMT Métamorphique de part ses performances, apparaît très prometteuse pour les applications d'amplification pour les modules émetteur et récepteur des systèmes de télécommunications optiques longue distance et haut débit (50 Gbit/s). En effet, elle présente de bonnes performances en terme de bande passante (Ft > 160 GHz), de tenue en tension (> 8 V) et permet des possibilités de contrôle de gain efficace. Ce travail de recherche s'est déroulé dans le cadre du projet RNRT HEMERODE. Il a consisté à étudier expérimentalement les dysfonctionnements (effets parasites) liés au fonctionnement du MHEMT sur l'ensemble des structures disponibles. Un mécanisme d'ionisation par impact qui contribue à l'effet de coude (kink effect) et qui influe sur le lieu de claquage des transistors au travers de courants de grille en excès élevés a été observé. Une comparaison des résultats en fonction de la structure (simple ou double canal) et du recess de grille a été reportée. Les tensions de claquage en mode passant et en mode bloqué ont été mesurées et se sont avérées faibles, compte tenu de la forte influence du mécanisme d'ionisation par impact. Les MHEMT ont également été évalués en terme de mécanisme de piégeage/dépiégeage. Des mesures de gate-lag et de drain-lag ont mis en évidence la présence de pièges dont les signatures typiques de l'AlInAs ont été trouvées par mesure de relaxation isotherme. Ensuite, nous avons modélisé électriquement les différents effets parasites (excès de courant de grille, effet de kink, gate-lag et drain-lag) relevés lors des mesures expérimentales et les lieux de claquage des transistors. Ces modèles ont été développés à l'aide du logiciel ADS.

  • Titre traduit

    Metamorphic HEMT transistors on GaAs substrate for high bit rate telecommunication applications : static and dynamic measurements for integration of the parasitic effects in models


  • Résumé

    Metamorphic HEMT, regarding its performances, appears very promising for amplification applications for the transmitter and receiver modules of long distance and high bit rate (50 Gbit/s) optical systems of telecommunications. Indeed, it presents good performances in term ofbandwidth (Ft∼160 GHz), ofbreakdown voltage (8 V) and allows possibilities of effective gain control. This research bas been developed within the framework of project RNRT HEMERODE. First, it consisted in studying, experimentally, the misfunctioning (parasitic effects) related to the operation of the MHEMT on the whole of the structures available. An impact ionisation mechanism, which contributes to the kink effect and influences the breakdown areas of the transistors because of excess gate current, was observed. A comparison of the results according to the structure (simple or double channel) and of the gate recess was reported. The "on-state" and "off-state" breakdown voltages were measured and appear to be weak, because of the strong influence of the impact ionization mechanism. The MHEMT were also evaluated in term of trapping/detrapping mechanisms. Measurements of gate-lag and drain- lag highlighted the presence of traps of which typical signatures of AlInAs were found by isothermal drain current relaxation experiments under gate filling pulses. Then we modelled the various parasitic effects (excess gate current, kink effect, gate-lag and drain-lag) obtained by experimental measurements and security area model of the transistors was defmed. These models were developed using ADS® software.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (238 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Réf. bibliogr.

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