Modélisation et évaluation des performances des phototransistors bipolaires à hétérojonction SiGe/Si pour les applications optiques-microondes courtes distances

par Frédéric Moutier

Thèse de doctorat en Électronique, optronique et système

Sous la direction de Christian Rumelhard et de Jean-Luc Polleux.

Soutenue en 2006

à l'Université de Marne-la-Vallée .


  • Résumé

    Des prototypes de phototransistors bipolaires à hétérojonction SiGe/Si fabriqués avec une technologie industrielle de HBT d’Atmel, ont été caractérisés électriquement et opto-électriquement à 940nm. Une sensibilité de 1, 49A/W et une fréquence de transition optique de 400MHz en mode phototransistor ont été obtenues pour un prototype présentant une fenêtre optique de 10×10μm2. Un modèle comportemental optique-microonde pour les couches SiGe contraint sur Si a été utilisé pour développer un modèle physique du phototransistor SiGe. Les résultats issus de ce modèle en comparaison avec les mesures ont permis la validation du modèle comportemental. Les résultats de la simulation physique ont été ensuite utilisés afin de développer un modèle opto-électrique statique associé à un modèle petit signal pour une polarisation particulière en mode phototransistor. L’intégration de la partie optique a été facilitée par le développement du modèle en corrélation avec la structure physique du phototransistor. Le dernier chapitre se concentre sur l’exploitation du modèle physique dans le but d’évaluer les performances du phototransistor. Tout d’abord, le phototransistor a été caractérisé pour un éclairement vertical au travers de la fenêtre optique à 940nm. Suite à une étude des zones rapides et des contributions de chaque région, nous avons pu mettre en avant un effet UTC-HPT (Uni-Traveling-Carrier) dans le cas où seule la base absorbe. Cet effet a été de nouveau obtenu lors d’une étude en longueur d’onde et a été maximisé à la longueur de 1, 17μm privilégiant l’absorption dans le SiGe. Nous avons montré une voie d’optimisation des performances du phototransistor avec un éclairement latéral et estimé les performances qu’il est possible d’atteindre. L’ensemble de ce travail apporte ainsi une contribution préliminaire à de potentielles applications du phototransistor SiGe pour les applications Radio-over-Fiber, qui présentent des porteuses microondes atteignant les 3, 1 − 10, 6GHz pour l’UWB à près de 60GHz ou plus pour le très haut débit sans fil

  • Titre traduit

    Modeling and performances evaluation of SiGe/Si heterojunction bipolar phototransistors for short distance opto-microwave applications


  • Résumé

    Prototypes of SiGe/Si heterojunction bipolar phototransistors were build with the Atmel industrial HBT technology. Theses prototype were characterized electrically and opto-electrically at 940nm. A responsivity of 1, 49A/W and an optical transition frequency of 400MHz in the phototransistor mode were obtained for a 10×10μm2 optical window prototype. A opto-microwave numerical model for SiGe layers strained on Si was used to develop a physical model of SiGe phototransistor. Results from theses simulations were compared to measurements in order to validate the optical-microwave model. Physical simulation results were used to develop an opto-electrical model. The implementation of the optical part was faciliteted by the original architecture of the model following the physical structure of the phototransistor. The last chapter deals with the evaluation of the phototransistor based on the physical simulations. It was characterised with an vertical illumination at 940nm. A study on fast area and contribution of each region exhibite an UTC-HPT (Phototransistor Uni-Travreling-Carrier) effect when only the base detects. This effect was one more time obtained at the time of a wavelength analysis and was maximized at 1, 17μm. We have shown a optimisation of the phototransistor by illuminating the component laterally and estimated the performances that are possible to reach. This work gives a preliminary contribution on potential applications of the SiGe phototransistor for the Radio-over-Fiber applications, that present microwave carriers of 3, 1−10, 6GHz for UWB to 60GHz or moreover for wireless high bandwidth

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Informations

  • Détails : 1 vol. (VIII-205 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 179-204 (282 réf.)

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  • Bibliothèque : Université Paris-Est Marne-la-Vallée. Bibliothèque.
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  • Cote : 2006 MOU 0297
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