Développement d'architectures d'émission intégrées pour des applications THz en technologie CMOS avancées

Development of integrated emission architectures for THz applications in 28nm FD-SOI CMOS technology

• Auteur / Autrice : Sébastien Sadlo
• Direction : Nathalie Deltimple, Andreia Cathelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Yann Deval
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Andreas Kaiser
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Daniela Dragomirescu, Ehsan Afshari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement terahertz

FD-SOI (transistors)

MOS complémentaires

Amplificateurs de puissance

Silicium

Circuits intégrés

Mots clés libres

Circuit-Intégré

Silicium

Amplificateur de puissance

CMOS

FD-SOI

Sub-THZ

6G

Integrated circuit

Silicon

Power amplifier

CMOS

FD-SOI

Sub-THZ

6G

Résumé

La partie du spectre THz permet des applications disruptives telles que les communications sans fil à 100 Gb/s, l'imagerie, la spectroscopie et offre une perspective intéressante pour les normes futures de la 6G. Le besoin pour ce type d'applications est en hausse et les technologies CMOS VLSI à l'échelle nanométrique disposent de dispositifs actifs avec une ft et une fmax suffisamment élevées pour intégrer des systèmes sur puces dans cette plage de fréquences.Ce travail présente des résultats de recherche pour la conception de circuits d'amplification au-dessus de fmax/2 en technologie CMOS FD-SOI 28nm. Cette thèse enrichit l'état de l'art pour la méthodologie de conception d'amplification de gain et l'étend pour une grande opération de bande passante. L'étude théorique de ce travail compare la solution proposée avec les approches classiques. À la lumière de l'état de l'art, une analyse des limitations de performance concernant la puissance de sortie saturée, la bande passante et l'efficacité est présentée. Des méthodes de conception pour améliorer ces métriques sont proposées et la conception et les mesures d'amplificateurs de puissance de 200 GHz sont présentées.

The THz part of the spectrum allows disruptive applications such as 100 Gb/s wireless communications, imaging, spectroscopy and offers an interesting perspective for the 6G future standards. The need for this kind of applications is rising and nanoscale VLSI CMOS technologies dispose of active devices with high enough ft and fmax to integrate Systems on Chips in this frequency range.This work presents research results towards the design of amplification circuits above fmax/2 in 28nm FD-SOI CMOS technology. This thesis enriches state of the art for amplifier gain boosting design methodology and extends it for large bandwidth operation. The theoretical study of this work compares the proposed solution with the classical approaches. In the light of the state of the art, an analysis of the performance’s limitations regarding the saturated output power, bandwidth and efficiency is presented. Design methods to improve these metrics are proposed and the design and measurements of 200 GHz power amplifiers are presented.