Composants nanométriques balistiques de la filière InGaAs/InAlAs/InP pour applications hautes fréquences

par Cyrille Gardès

Thèse de doctorat en Microondes et microtechnologies

Sous la direction de Alain Cappy et de Yannick Roelens.

Soutenue le 08-02-2008

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) .


  • Résumé

    La montée en fréquence des composants électroniques conventionnels tels que les HEMT, grâce aux règles de changement d'échelle, atteint ses limites. C'est dans ce contexte qu'il est intéressant de développer des composants d'architecture différente, comme les dispositifs balistiques, dont les dimensions sont de l'ordre du libre parcours moyen à température ambiante. Cette étude s'inscrit dans l'optimisation technologique et la caractérisation électrique de composants balistiques de la filière InGaAs/lnAlAs pseudomorphique sur substrat d'InP. Les propriétés nonlinéaires des jonctions balistiques à trois branches (TBJ) basées sur une hétérostructure optimisée ont été caractérisées en régime statique. Le fonctionnement des TBJ en redresseur de tension et en doubleur de fréquence a été étudié en hyperfréquence. Une sensibilité de redressement de 0.022mV/µW à 94 GHz en l'absence de polarisation a été obtenue sur des dispositifs à deux jonctions balistiques en parallèle. Le doublement de la fréquence dans le domaine de fonctionnement non linéaire du TBJ a été observé pour un signal sinusoïdal d'entrée à 4GHz, la tension alternative mesurée dans la branche centrale correspondant essentiellement à l'harmonique d'ordre deux à 8GHz. Enfin, des TBJ avec une grille Schottky ont été fabriqués et caractérisés en inverseurs de courant jusqu'à 400kHz. Leur fonctionnement en transistor a été mesuré en hyperfréquences. Une fréquence fT de 30GHz a été obtenue sur un composant dont la largeur de branche sous la grille est 200nm.

  • Titre traduit

    InGaAs/InAlAs/InP based-ballistic nanodevices for high frequency data processing


  • Résumé

    The increase of speed in conventional electronic devices, such as in HEMT, with down-scale rules, is reaching limitations. That is why it is interesting to develop devices with a new design such as ballistic devices which have dimensions around the electron me an free path at room temperature. The aim of this study is the technological optimisation and the electrical characterisation of InGaAs/lnAIAs pseudomorphic InP-based ballistic devices. Nonlinear properties of three-terminal ballistic junctions (TBJ) fabricated using an optimised heterostructure have been studied in DC mode. TBJ, which are operating as rectifiers and frequency multipliers, have been characterised in high frequency. A rectifying sensitivity of O.022mV/µW at 94GHz, without a DC bias, has been obtained on devices with two junctions integrated in parallel. Frequency doubling in the nonlinear domain has been shown with an applied sinusoidal signal of 4GHz. voltage measured in the output branch corresponding essentially to the second harmonie at 8GHz. Finally, TBJ with a Schottky gate have been tàbricated and their property of current inversion has been characterised up to 400kHz. Their transistor behaviour has been measured in microwaves. A current gain eut-off frequency fT of 30GHz has been obtained for a device with a branch width under the gate of 200nm.


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