Fabrication and characterization of InAlAs/InGaAs High Electron Mobility Transistors on plastic flexible substrate

par Jinshan Shi

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Sylvain Bollaert et de Nicolas Wichmann.

  • Titre traduit

    Réalisation et caractérisation de transistors à effet de champ à hétérojonction de la filière InAlAs/InGaAs sur substrat plastique flexible


  • Résumé

    Le développement de produits électroniques flexibles futurs nécessite la combinaison de hautes performances électroniques (ondes millimétriques et sub-millimétriques) avec une bonne flexibilité mécanique et stabilité. Cependant, l’inconvénient majeur des matériaux utilisés pour concevoir ces transistors flexibles est leurs faibles mobilités des porteurs, limitant les performances fréquentielles. Transistors à haute mobilité d’électrons (HEMT) à base de matériaux III -V ont été utilisés dans le domaine des applications hyperfréquence depuis longtemps. Ce travail développe une méthode possible pour transférer des HEMT classiques sur le substrat flexible. Par un procédé de collage adhésif, des HEMT InAlAs/InGaAs de longueur de grille 100nm ont été transférés sur un film flexible et caractérisés électriquement en régime statique et dynamique. En optimisant la structure épitaxiale, d'excellentes fréquences de coupure ont été obtenues avec un ft=140GHz et un fmax=290GHz sans l’effet Kink. Ces performances sont comparables aux résultats obtenus sur des transistors HEMT sur substrat rigide de même dimension et de filière identique. Par ailleurs, les mesures électriques pour différents niveaux de déformation et différent directions de flexion démontrent très peu de dégradation électrique (inférieure à 15 %).


  • Résumé

    The development of future flexible electronics requires combining high electrical performance devices (i.e. millimeter and sub-millimeter wave electronic devices) with mechanical flexiblility and stability. However, a variety of existing technologies such as organic thin film transistors, amorphous silicon, and polycrystalline-silicon are limited by their poor transport properties. High electron mobility transistors (HEMTs) based on III-V materials have been used in the field of ultra-high frequency microwave applications for a long time. This work develops a feasible method for transferring conventional HEMTs onto the flexible substrate. By the means of adhesive bonding technique, 100nm-gate InAlAs/InGaAs HEMTs have been transferred onto polyimide film (Kapton) and electrically characterized in static and dynamic regime. Through the epitaxial layers optimization, finally, the fabricated devices are able to suppress Kink effect and provide high cut-off frequencies (ft=160GHz and fmax=290GHz) in unbent condition. These microwave characteristics are comparable to those obtained on 100nm-gate HEMTs on rigid substrate. Moreover, measured devices for various bending radius and bending directions show no obvious electrical degradation (lower than 15%).


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