Contribution à la caractérisation et la modélisation jusque 325 GHz de transistors HBT des technologies BiCMOS

par Marina Deng

Thèse de doctorat en Micro et nanotechnologies, acoustique et télécommunications

Sous la direction de Gilles Dambrine et de François Danneville.


  • Résumé

    L’émergence des applications grand public en gamme millimétrique et térahertz, telles que la communication très haut débit, le radar automobile et l’imagerie, est aujourd’hui rendue possible grâce aux progrès continus sur les performances des transistors. La technologie BiCMOS SiGe compte parmi les technologies clés génériques capables d’adresser ces applications. Les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) de dernière génération montrent en effet des fréquences de coupure supérieures à 300 GHz. Néanmoins, la conception de circuits RF dans les fréquences sub-térahertz nécessite des modèles de transistor précis et fiables, qui sont extraits et validés par des mesures hyperfréquences. L’objectif de ce travail a donc été de caractériser et modéliser les transistors HBT des technologies BiCMOS en régime petit signal et en bruit RF au-delà de 110 GHz. Après la mise au point d’une technique d’épluchage des accès du transistor à partir de mesures en bande G (140 – 220 GHz), la modélisation petit signal des transistors HBT des technologies B9MW, B5T et B55 de STMicroelectronics a pu être réalisée jusqu’à 220 et 325 GHz, tout en montrant les limitations dues à la montée en fréquence. De plus, l’extraction des quatre paramètres de bruit du transistor HBT SiGe a été réalisée pour la première fois dans l’intégralité de la bande 130 – 170 GHz, démontrant l’efficacité de la méthode multi-impédance associé à l’algorithme de Lane à ces hautes fréquences. Dans la perspective d’intégrer le système de mesure de bruit en vue de caractériser en bruit le transistor HBT, un amplificateur et un tuner d’impédance ont été conçus, en technologie B55, pour un fonctionnement de 130 à 170 GHz.

  • Titre traduit

    Contribution to the characterization and modelling up to 325 GHz of BiCMOS HBT transistors


  • Résumé

    The emergence of millimeter-wave and terahertz applications for the general public, such as very high speed communication, automotive radar and imaging, is now possible thanks to the continuous progress on transistors performances. The SiGe BiCMOS technology ranks among the key enabling technologies able to address these applications. In fact, the heterojonction bipolar transistor of last generations feature cut-off frequencies higher than 300 GHz. Nevertheless, RF circuit design at sub-terahertz frequencies strongly rely on accurate and reliable transistor models, which are extracted and validated by RF measurements. This work aimed to characterize and model the BiCMOS HBTs in small-signal regime and RF noise beyond 110 GHz. Thanks to the development of a transistor access de-embedding technique from measurements in G-band (140 – 220 GHz), the small-signal modelling of HBTs from B9MW, B5T and B55 technologies of STMicroelectronics could be achieved up to 220 and 325 GHz. Furthermore, the four noise parameters extraction of the SiGe HBT was completed for the first time in the entire 130 – 170 GHz frequency range, thus demonstrating the efficiency of source-pull technique associated to Lane algorithm at such high frequencies. In order to integrate the noise measurement system for the HBT noise characterization, an amplifier and impedance tuner were designed, in B55 process, for a 130 – 170 GHz operating frequency range.


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