L'analyse du bruit basse fréquence dans les composants SiGe

par Manuel Rodriguez Mendez

Thèse de doctorat en Sciences appliquées

Sous la direction de Frédéric Aniel.

Soutenue en 2005

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .

mots clés

• Bruit de génération-recombinaison
• Transistor à effet de champ
• Transistor bipolaire à hétérojonction
• Diode IMPATT

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire a pour objet l'analyse du bruit basse fréquence dans les dispositifs hypérfrequences de diverses technologies SiGe (transistors à effet de champ n-HFET et p-MOSFET, transistors bipolaires TBH et diodes IMPATT). Le bruit basse fréquence joue un rôle important dans les performances des fonctions analogiques telles que les oscillateurs ou les mélangeurs de fréquence. Ce mémoire est divisé en cinq parties. La première partie expose la mise en œuvre du banc de mesure de bruit basse fréquence automatisé. La seconde partie traite du bruit dans les n-HFET à canal Si contraint en fonction du type de substrat virtuel SiGe, de ses dimensions et de la température. La troisième partie est consacrée au p-MOSFET à puits quantique SiGe afin de montrer le bénéfice de la réduction des dispertions par les impuretés et la rugosité de surface. La quatrième partie aborde le cas du TBH SiGe en fonction du niveau de dopage de base et du type de recuit, enfin la dernière partie étude le bruit de diodes IMPATT de longueur de zone intrinséque et de fraction de germanium variable. Les spectres de bruit obtenus présentent des composants de bruit en 1/f, de bruit thermique, de bruit de grenaille et parfois de bruit de génération-recombinaison. Chaque composante de bruit est analysée, en nous appuyant aussi sur l'analyse des caractéristiques statiques des composants, nous permettant de suggérer l'origine ainsi que la localisation des diverses sources de bruit.

Titre traduit

Low frequency noise analysis in SiGe devices

Résumé

Present work investigates the low frequency noise in microwave devices using SiGe technology (field effect transistors n-HFET, p-MOSFET, heterojunction bipolar transistors HBT and IMPATT diode). The low frequency noise can limit or degrade the performance of non-linear microwave circuits such as oscillators or mixers. The organisation of this memory is as follows. Part I describes the automated measurement set-up developed and used for noise characterisation. Part II deals with noise in Si strained channel n-HFET grown on different virtual SiGe substrate, versus size and temperature. Part III is oriented to p-MOSFET (SiGe quantum wells) in order to observe the benefit in lower hole scattering on surface roughness and on ionized impurities. Part IV presents the noise of SiGe HBT as function of base doping level and activation annealing condition. The last part gives the noise of IMPATT diode; this noise is observed for several intrinsic lengths and several germanium fractions. The noise components observed were 1/f noise, thermal noise, shot noise and sometimes generation-recombination noise. Analysis of these noise components in conjuntion with static characterization, had allowed identification of the different noise sources and their supposed origin.