Contribution à la mesure temporelle et à la simulation en équilibrage harmonique de la stabilité d’impulsion à impulsion de transistors en technologie GaN

Measurements and 2-tone Harmonic Balance Simulations of P2P Performance ofHEMTGaN Transistors

• Auteur / Autrice : Marwen Ben Sassi
• Direction : Denis Barataud, Guillaume Neveux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et Systèmes
• Date : Soutenance le 24/03/2021
• Etablissement(s) : Limoges
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et Ingénierie des Systèmes, Mathématiques, Informatique (Limoges ; 2018-2022)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : XLIM
• Jury : Président / Présidente : Cyril Nicolas Decroze
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Denis Barataud, Guillaume Neveux, Cyril Nicolas Decroze, Mohammed Ayad, Hassan Saleh, Michel Stanislawiak
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Juan-Mari Collantes, Eric Bergeault

Mots clés

Mots clés contrôlés

Tests

Stabilité de fréquence

Simulation, Méthodes de

Modulation d'impulsions en durée

Nitrure de gallium

Transistors à effet de champ à dopage modulé

Mots clés libres

Phénomène de Gibbs

Temps de montée/descente

Lanczos/Fejér

Pulse to Pulse

Applications radar

GaN

2-tons Harmonic Balance Simulation

Gibbs phenomenon

Rise/Fall times

Lanczos/Fejér

P2P

Radar burst

GaN

2-tone HB simulations

Résumé

Ce travail de thèse a permis de décrire, pour la première fois à notre connaissance, une comparaison des performances Pulse à Pulse (P2P) d'un HEMTAlGaN/GaN obtenue, expérimentalement d'une part grâce à un système de caractérisation entièrement étalonné et d'autre part, grâce à une simulation Harmonic Balance (HB) 2tons d'un modèle fonderie du transistor. Les mesures et les simulations HB permettent l'extraction simultanée et cohérente, d'une part, des enveloppes complexes des tensions et courants hyperfréquences (RF) et, d'autre part, du courant de drain Basse Fréquence (BF) généré par les non-linéarités des composants mesurés ou de leurs modèles électrothermiques simulés. Les enveloppes complexes de tension et de courant aux deux ports des dispositifs sous test (DST) et de la tension et du courant (BF) de drain ont été simultanément mesurées/simulées avec une rafale radar irrégulière périodique composée d'impulsions transitoires ultra courtes et en utilisant les mêmes rafales radar dont, la largeur d’impulsion t et les temps de montée/descente ont été modifiés. L’originalité majeure de ce travail réside dans le fait que les formes d'onde RF générées dans le domaine temporel utilisées par les sources du banc de test ou celles des simulation sont été corrigées pour réduire considérablement les phénomènes de Gibbs.Les facteurs de Lanczos/Fejér ont été implémentés dans des simulateurs. En revanche, à notre connaissance, c'est la première fois qu'ils sont directement utilisés pour générer un signal utile dans un système de caractérisation micro-ondes et dans une simulation HB 2tons.

This work describes, for the first time to our knowledge, a comparison of Pulse to Pulse (P2P) stabilities of an AlGaN/GaN HEMT experimentally extracted thanks to an on-wafer fully calibrated characterization system and on the other hand, from a Harmonic Balance (HB) two-tone simulation of a foundry-based model of the transistor. For the first time, Lanczos and Fejér factors are experimentally implemented in the time-domain characterization system in order to reduce the Gibbs phenomen on effects and to perform causal measurements.Thanks to these two tools, the complex envelopes of the microwave (RF) voltages and currents and the Low-Frequency (LF) drain current have been measured/simulated. The complex RF voltage/current envelopes at both ports of the DUT and the LF drain voltage/current have been simultaneously measured/simulated using a periodic irregular radar burst.The P2P stability criterion has been calculated, in this work, using two mathematical expressions (RMS/ET).These two methods are based on the use of the amplitude/phase or the real/imaginary of the measured/simulated (HB 2tone) complex envelopes of the RF output voltage. Ultra-short transient pulses(13ns) have been used. Simulation preliminary results are processing. They will constitute a solid preparation for the future work.