Recherche Avancée

Thèse soutenue

Caractérisation électro-optique de composants térahertz par échantillonnage Franz-Keldysh subpicoseconde

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Auteur / Autrice : Ludovic Desplanque
Direction : Francis Mollot, Jean-François Lampin
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Microondes et Microtechnologies
Date : Soutenance en 2003
Etablissement(s) : Lille 1

Résumé

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L'augmentation du débit des télécommunications nécessite la réalisation de circuits intégrés utilisant des transistors dont les fréquences de coupure sont de plus en plus élevées. L'évaluation des perfonnances intrinsèques de ces composants fonctionnant aujourd'hui jusqu'à plusieurs centaines de GHz pose un gros problème d'instrumentation. Les capacités des analyseurs de réseaux généralement utilisés pour ces caractérisations sont en effet dépassées. Les méthodes d'échantillonnage électro-optique basées sur l'utilisation d'un laser impulsionnel femtoseconde constituent une méthode alternative de caractérisation hyperfréquences. Ces mesures dont la résolution temporelle peut être inférieure à la picoseconde permettent d'étudier la répcmse en fréquence de composants intégrés jusqu'à plus de 1 THz. La méthode d'échantillonnage ultra-rapide que nous proposons est basée sur un effet d'électroabsorption présent dans de nombreux semiconducteurs massifs: l'effet Franz-Keldysh. Cet effet nous permet de sonder optiquement des impulsions électriques ultra-brèves se propageant sur une ligne de transmission déposée sur Arséniure de Gallium (GaAs). Ces impulsions sont également générées par voie optique grâce à un matériau photoconducteur ultra-rapide: le GaAs épitaxié à basse température. La démonstration expérimentale de cette méthode de caractérisation est tout d'abord effectuée en utilisant les propriétés intrinsèques du substrat semiconducteur. Dans un deuxième temps, des améliorations technologiques sont apportées au dispositif expérimental pour pennettre une généralisation de la technique de mesure à tout type de substrat semi-isolant. Pour cela, nous avons en particulier mis au point une technique de "lift-off" épitaxial permettant le report des matériaux nécessaires à la mesure sur un circuit ayant déjà subi les étapes technologiques. Enfin, ces différentes méthodes de mesure sont appliquées à la caractérisation de lignes de transmission ou de composants passifs THz. EJJes ont permis entre autre la mise en évidence du phénomène de couplage par onde de choc électromagnétique entre deux lignes de transmission coplanaires, ou l'évaluation des paramètres S d'un filtre réjecteur de Bragg intégré sur substrat de quartz jusqu'à 1,2 THz. Enfin, la possibi1ité d'étudier un transistor bipolaireà hétérojonction à doigt d'émetteur submicronique par cette technique de mesure est envisagée.