Le Transistor Bipolaire à Hétérojonction Si/SiGe sous contraintes électromagnétiques : des dégradations électriques à l'analyse structurale

par Ali Alaeddine

Thèse de doctorat en Micro-électronique

Sous la direction de Kaouther Kétata.


  • Résumé

    Cette thèse propose une nouvelle méthodologie pour l‟étude de la fiabilité des Transistors Bipolaires à Hétérojonctions (TBHs) en technologie SiGe. L‟originalité de cette étude vient de l‟utilisation d‟une contrainte électromagnétique efficace et ciblée à l‟aide du banc champ proche. Ce type de contrainte a permis de dégrader les performances de ce composant en mettant en évidence certains mécanismes de défaillance. Les caractérisations statiques ont montré la présence des courants de fuite à l‟interface Si/SiO2, non seulement entre la base et l‟émetteur, mais aussi entre la base et le collecteur. Ceci est attribué à un phénomène de piégeage induit par des porteurs chauds qui ont été engendrés pendant la durée du vieillissement. Ce phénomène a été abordé par la modélisation physique en étudiant l‟influence des pièges d‟interfaces sur la dérive des performances électriques du TBH. Afin de visualiser les défaillances qui peuvent être détectées par microscopie, des observations en haute résolution MET (Microscope Electronique à Transmission) et des analyses EDS (Energy Dispersive Spectroscopy) ont été présentées. Ces analyses microscopiques ont mis en évidence les dégradations des couches de titane autour de l‟émetteur, de la base et du collecteur. Ces dégradations sont attribuées à un phénomène de migration de l‟or (Au) vers le titane (Ti) due à la forte densité de courant induite par vieillissement. Ces réactions Au-Ti provoquent une augmentation de la résistivité des couches conductrices et expliquent une partie de la dégradation significative des performances dynamiques du TBH.


  • Résumé

    This work proposes a new methodology for studying the reliability of the Heterojunction Bipolar Transistors (HBTs) in SiGe technology. The originality of this study comes from the use of a targeted electromagnetic field stress by using the near field bench. This type of stress has to degrade the performance of this component causing failure mechanisms. The DC characterizations showed the presence of leakage currents at Si/SiO2 interface, not only between the base and the emitter, but also between the base and the collector. This is attributed to a trapping phenomenon induced by hot carriers which have been generated during stress. This phenomenon has been addressed by the physical modeling, by studying the influence of interface traps on the drift of the HBT characteristics. To identify the failures that can be detected by microscopy, characterization of the structure before and after ageing was performed by Transmission Electron Microscopy (TEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS). These analyses revealed the degradation of the titanium layers around the emitter, the base and the collector. The degradations are attributed to the gold (Au) migration into the titanium (Ti) due to the high current density induced by stress. Some of these Au–Ti reactions are known to increase the resistivity of the conducting layers which directly affects the HBTs‟ dynamic performances.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (213 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliographie p. 196-199

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  • Bibliothèque : Université de Rouen. Service commun de la documentation. Section sciences site Madrillet.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 11/ROUE/S001
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