Développement d’un outil de caractérisation millimétrique de bruit dans la bande de fréquence 110 – 320 GigaHertz

par Laurent Poulain

Thèse de doctorat en Microondes et Microtechnologies

Soutenue le 13-11-2012

à Lille 1 , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'Ingénieur (Lille) , en partenariat avec Institut d'électronique, de microélectronique et de nanotechnologie (laboratoire) et de STMicroelectronics (entreprise) .


  • Résumé

    Aujourd’hui, l’amélioration des fréquences de coupure des transistors sur silicium en technologie CMOS et BiCMOS permet la conception d’applications au-delà de 110 GHz. Des recherches antérieures dans le cadre du laboratoire commun entre STMicroelectronics et l’IEMN ont permis le développement de méthodologies et d’outils de caractérisation en régime petit signal jusque 325 GHz et en bruit jusque 110 GHz. L’objectif de cette thèse est la conception d’un outil de caractérisation en bruit au-delà de 110 GHz pour permettre l’extraction des quatre paramètres de bruit des transistors. Après une présentation des difficultés liées à la caractérisation millimétrique sur silicium, la deuxième première partie de ce travail se consacre au développement d’un banc de mesure de bruit dans la bande 130 – 170 GHz. Son optimisation a permis d’obtenir un facteur de bruit du récepteur inférieur à 7 dB sur toute la bande de fréquences. La conception de tuners intégrés sur silicium en technologie BiCMOS9MW est ensuite détaillée. Leur réalisation a permis l’extraction des quatre paramètres de bruit d’un transistor bipolaire en technologie BiCMOS9MW dans la bande 130 – 170 GHz. La dernière partie de ce travail présente la mesure et l’extraction des modèles petit signal et de bruit jusque 110 GHz des transistors MOSFET et TBH avancés de STMicroelectronics permettant l’établissement d’une base de données pour des caractérisations au-delà de 110 GHz. Enfin, une ouverture vers un système de mesure de bruit totalement intégré sur silicium est évoquée pouvant permettre des caractérisations en bruit au-delà de 170 GHz.

  • Titre traduit

    Development of noise characterization setup in 110 – 320 GigaHertz frequency range


  • Résumé

    Today, cut-off frequencies improvement of silicon transistors in CMOS and BiCMOS technologies allow the design of applications over 110 GHz. Prior research in common lab between STMicroelectronics and IEMN allowed methodologies and characterization studies in small signal up to 325 GHz and noise up to 110 GHz. This thesis objective is the development of noise characterization setup over 110 GHz to allow silicon transistor four noise parameters extraction. After a presentation of characterization difficulties on silicon, the second part of this work is devoted to noise setup development in 130 – 170 GHz frequency range. The optimization of the setup allowed us to obtain a receiver noise factor below 7 dB. Silicon in-situ tuner design is then detailed. Achievement of these tuners gave us the possibility to extract the four noise parameters of a bipolar transistor in BiCMOS9MW technology in 130 – 170 GHz frequency range. The last part of this work presents small signal and noise model extraction up to 110 GHz of STMicroelectronics advanced MOSFET and HBT transistors to allow database building which will be useful to permit noise characterizations of these transistors over 110 GHz. Finally, the possibility to develop complete on wafer noise system on silicon is mentioned to provide noise characterization over 170 GHz.



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