Dissertations / Theses on the topic 'Transistors HEMT'
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Gonçalves, Cristiano Ferreira. "GaN HEMT transistors characterization for non–linear modelling." Master's thesis, Universidade de Aveiro, 2016. http://hdl.handle.net/10773/21677.
Full textAbstract:
Mestrado em Engenharia Eletrónica e TelecomunicaçõesUltimamente, as redes de telecomunicações móveis estão a exigir cada vez maiores taxas de transferência de informação. Com este aumento, embora sejam usados códigos poderosos, também aumenta a largura de banda dos sinais a transmitir, bem como a sua frequência. A maior frequência de operação, bem como a procura por sistemas mais eficientes, tem exigido progressos no que toca aos transístores utilizados nos amplificadores de potência de radio frequência (RF), uma vez que estes são componentes dominantes no rendimento de uma estação base de telecomunicações. Com esta evolução, surgem novas tecnologias de transístores, como os GaN HEMT (do inglês, Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor). Para conseguir prever e corrigir certos efeitos dispersivos que afetam estas novas tecnologias e para obter o amplificador mais eficiente para cada transístor usado, os projetistas de amplificadores necessitam cada vez mais de um modelo que reproduza fielmente o comportamento do dispositivo. Durante este trabalho foi desenvolvido um sistema capaz de efetuar medidas pulsadas e de elevada exatidão a transístores, para que estes não sejam afetados, durante as medidas, por fenómenos de sobreaquecimento ou outro tipo de fenómenos dispersivos mais complexos presentes em algumas tecnologias. Desta forma, será possível caracterizar estes transístores para um estado pré determinado não só de temperatura, mas de todos os fenómenos presentes. Ao longo do trabalho vai ser demostrado o projeto e a construção deste sistema, incluindo a parte de potência que será o principal foco do trabalho. Foi assim possível efetuar medidas pulsadas DC-IV e de parâmetros S (do inglês, Scattering) pulsados para vários pontos de polarização. Estas últimas foram conseguidas á custa da realização de um kit de calibração TRL. O interface gráfico com o sistema foi feito em Matlab, o que torna o sistema mais fácil de operar. Com as medidas resultantes pôde ser obtida uma primeira análise acerca da eficiência, ganho e potência máxima entregue pelo dispositivo. Mais tarde, com as mesmas medidas pôde ser obtido um modelo não linear completo do dispositivo, facilitando assim o projeto de amplificadores.
Lately, the wireless networks should feature higher data rates than ever. With this rise, although very powerful codification schemes are used, the bandwidth of the transmitted signals is rising, as well as the frequency. Not only caused by this rise in frequency, but also by the growing need for more efficient systems, major advances have been made in terms of Radio Frequency (RF) Transistors that are used in Power Amplifiers (PAs), which are dominant components in terms of the total efficiency of base stations (BSS). With this evolution, new technologies of transistors are being developed, such as the Gallium Nitride High Electron Mobility Transistor (GaN HEMT). In order to predict and correct some dispersive effects that affect these new technologies and obtain the best possible amplifier for each different transistor, the designers are relying more than ever in the models of the devices. During this work, one system capable of performing very precise pulsed measurements on RF transistors was developed, so that they are not affected, during the measurements, by self-heating or other dispersive phenomena that are present in some technologies. Using these measurements it was possible to characterize these transistors for a pre-determined state of the temperature and all the other phenomena. In this document, the design and assembly of the complete system will be analysed, with special attention to the higher power component. It will be possible to measure pulsed Direct Current Current-Voltage (DC-IV) behaviour and pulsed Scattering (S) parameters of the device for many different bias points. These latter ones were possible due to the development of one TRL calibration kit. The interface with the system is made using a graphical interface designed in Matlab, which makes it easier to use. With the resulting measurements, as a first step analysis, the maximum efficiency, gain and maximum delivered power of the device can be estimated. Later, with the same measurements, the complete non-linear model of the device can be obtained, allowing the designers to produce state-of-art RF PAs.
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Grémion, Emile. "Transistor balistique quantique et HEMT bas-bruit pour la cryoélectronique inférieure à 4. 2 K." Paris 11, 2008. http://www.theses.fr/2008PA112017.
Full textAbstract:
Pour augmenter la résolution globale des détecteurs à très basse température, aujourd'hui couramment utilisés dans de nombreux champs de la physique des particules et de l'univers, les expériences à venir ne pourront faire l'économie du développement d'une cryo-électronique performante, à la fois moins bruyante et plus proche du détecteur. Dans ce contexte, ce travail s'intéresse aux possibilités offertes par les gaz d'électrons bidimensionnels (2DEG) GaAlAs/GaAs à travers l'étude expérimentale de deux composants distincts : les QPC (Quantum Point Contact) et les HEMT (High Electron Mobility Transistor). En s'appuyant sur la quantification de la conductance dans les QPC, phénomène issu de la physique mésoscopique, un transistor balistique quantique fonctionnant à 4. 2 K a été réalisé. Le transport électronique à travers les bandes 1D permet d'obtenir un gain en tension supérieur à 1 avec une puissance dissipée d'environ 1 nW. En raison de leur très faible capacité d'entrée, ces dispositifs constituent également des candidats idéaux pour multiplexer des matrices de bolomètres haute impédance (collaboration DCMB). Les HEMT présentent des performances compatibles avec une utilisation à basse température, ayant une puissance dissipée de ~ 100 μW et un gain supérieur à 20. Le faible bruit en tension équivalent en entrée (1. 2 nV/Hz^(1/2) à 1 kHz et 0. 13 nV/Hz^(1/2) à 100 kHz) ouvre la voie à leur utilisation dans la lecture de détecteur de forte impédance. Conformément à la loi de Hooge, ces performances sont obtenues au détriment d'une capacité d'entrée élevée estimée à environ 60 pFNext generations of cryodetectors, widely used in physics of particles and physics of universe, will need in the future high-performance cryoelectronics less noisy and closer to the detector. Within this context, this work investigates properties of two dimensional electron gas GaAlAs/GaAs by studying two components, quantum point contact (QPC) and high electron mobility transistor (HEMT). Thanks to quantized conductance steps in QPC, we have realized a quantum ballistic transistor (voltage gain higher than 1), a new component useful for cryoelectronics thanks to its operating temperature and weak power consumption (about 1 nW). Moreover, the very low capacity of this component leads to promising performances for multiplexing low temperature bolometer dedicated to millimetric astronomy. The second study focused on HEMT with very high quality 2DEG. At 4. 2 K, a voltage gain higher than 20 can be obtained with a very low power dissipation of less than 100 μW. Under the above experimental conditions, an equivalent input voltage noise of 1. 2 nV/Hz^(1/2) at 1 kHz and 0. 12 nV/Hz^(1/2) at 100 kHz has been reached. According to the Hooge formula, these noise performances are get by increasing gate capacity estimated to 60 pF
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Callet, Guillaume. "Caractérisation et modélisation de transistors HEMT AlGaN/GaN et InAlN/GaN pour l’amplification de puissance en radio-fréquences." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/3c0fde17-3720-49cd-9824-bd071826245e/blobholder:0/2011LIMO4033.pdf.
Full textAbstract:
Ce document traite de la caractérisation de composants HEMT à base de GaN en vue de leur modélisation. Une caractérisation exhaustive des transistors à base d’InalN/GaN et AlGaN/GaN est réalisée. Une importance particulière est donnée aux méthodes de caractérisation thermique, avec l’utilisation de la méthode 3ω pour la mesure de l’impédance thermique. Une étude des facteur d’échelle du modèle linéaire est également abordée. Le modèle non-linéaire présenté est développé afin d’élargir son champ d’application à l’amplification de puissance et à la commutation. Enfin, il est utilisé pour la réalisation du premier amplificateur de puissance utilisant la technologie InAlN en bande KaThis report deals with the characterization of GaN HEMTs devices in order to create their model. An exhaustive characterization has been realized for AlInN/GaN and AlGaN/GAN based HEMTs. A special care has been given to the different thermal characterization methods, with the use of the 3ω method for the measurement of the thermal impedance. A study of scaling rules for small-signal model is presented. The non-linear model presented is developed in order to extend his application domain to the power amplification and power switches. Finally it is used in the design of the first poser amplifier base on AlInN technology in Ka-band
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Yu, Tsung-Hsing. "Numerical studies of heterojunction transport and High Electron Mobility Transistor (HEMT) devices." Diss., Georgia Institute of Technology, 2002. http://hdl.handle.net/1853/13035.
Full text
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Chen, Lu. "Computerized evaluation of parameters for HEMT DC and microwave S parameter models." Ohio : Ohio University, 1995. http://www.ohiolink.edu/etd/view.cgi?ohiou1179518920.
Full text
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Greco, Giuseppe. "AlGaN/GaN heterostructures for enhancement mode transistors." Doctoral thesis, Università di Catania, 2013. http://hdl.handle.net/10761/1347.
Full textAbstract:
Today the continuous increase of electric power demand is in our society a global concern. Hence, the reduction of the energy consumption has become the main task of modern power electronics. In this context, wide band semiconductors (WBG), such as gallium nitride (GaN) and related alloys, have outstanding physical properties that can enable to overcome the limitations of Silicon, in terms of operating power, frequency and temperature of the devices.
An interesting aspects related to GaN materials is the possibility to grow AlGaN/GaN heterostructures, in which a two dimensional electron gas (2DEG) is formed at the heterojunction. Basing on the presence of the 2DEG, AlGaN/GaN heterostructures are particularly interesting for the fabrication of high electron mobility transistors (HEMTs).
One of the most challenging aspects on this field is the development of enhancement mode AlGan/GaN HEMT. This devices would offer a simplified circuitry, in combination with favourable operating conditions for device safety. Hence, this thesis is entitled AlGaN/GaN heterostructures for enhancement mode transistors .
The aim of this work was to clarify the mechanisms ruling the electronic transport at some relevant interfaces in AlGaN/GaN devices, after surface modification processes used in normally-off technologies.
The thesis is divided in 6 chapters. In the first two chapters, the properties of GaN and related AlGaN alloys are described, explaining the formation of the 2DEG and the working principle of HEMT devices.
In chapter 3, a nanoscale characterization of modified AlGaN surfaces is presented in order to deplete the 2DEG. Two different approaches have been studied, i.e., the use of a fluorine plasma treatment and the use of a local oxidation process. Even though a depletion of the 2DEG is possible, several reliability concerns need to be investigated before a practical application to devices can be envisaged.
Among the possible approaches for enhancement mode transistors using AlGaN/GaN heterostructures, the use of a p-GaN gate contact seems to be the most interesting one. Hence, chapter 4 reports a detailed investigation on the formation of Ohmic contact to p-GaN. The evolution of a Au/Ni bilayer, annealed at different temperatures and in two different atmospheres (Ar or N2/O2) was considered. The electrical measurements of the contacts annealed under different conditions demonstrated a reduction of the specific contact resistance in oxidizing atmosphere. Structural characterizations of the metal layer associated with nanoscale electrical measurements, allowed to give a possible scenario on the Ohmic contact formation mechanisms. Finally, the temperature dependence of the specific contact resistance allowed the extraction of the metal/p-GaN barrier.
The fabrication and characterization of AlGaN/GaN transistors with the use of a p-GaN cap layer under the gate contact is presented in chapter 5.
The electrical characterization of p-GaN/AlGaN/GaN transistors demonstrated a significant positive shift of the threshold voltage (Vth) with respect to devices without p-GaN gate. A normally-off behaviour of the devices (Vth= +1.4 V) was obtained upon a reduction of the barrier layer thickness and Al concentration.
Finally, a preliminary study on the use of nickel oxide (NiO) as a dielectric below the Schottky gate contact in AlGaN/GaN heterostructures is reported in the last chapter. First, a structural and morphological investigation of the NiO layers grown by MOCVD showed continuous epitaxial film. The electrical measurements on devices allowed to extract a value of the dielectric constant for the grown NiO very close to the theoretical one, and a reduction of the leakage current in HEMT structures integrating such a dielectric.
The experimental results of this thesis are summarized in the conclusive section, that also briefly describes the remaining open issues and the possible continuation of this research activity.
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Sadek-Hage, Chehade Sawsan. "Microcapteurs hybrides et monolithiques en technologies MESFETet HEMT : applications cinémométriques." Lille 1, 1996. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1996/50376-1996-133.pdf.
Full textAbstract:
Les applications des microondes dans le domaine grand public, sont actuellement en pleine expansion particulièrement dans les transports terrestres. L'électronique automobile est un grand espace qui offre un champ d'opportunités et un marché potentiel. La voiture du futur sera équipée d'un ensemble de capteurs intelligents, permettant une conduite plus automatisée et plus sure. Notre objectif consiste à développer une source microonde en bande k d'un capteur sans contact utilisant l'effet doppler pour accéder à la vitesse des automobiles. Cette source est composée d'un oscillateur et d'un amplificateur. Elle doit être de faible cout, fiable et facile à intégrer. Nous avons donc réalise une étude comparative entre la technologie hybride à base de mesfets, les technologies monolithiques à base de mesfets et à base de hemts. Une source hybride a 24 ghz a donc été réalisée utilisant un mesfet ec1840 de thomson composants microondes. Nous avons aussi entrepris la conception et la réalisation de 2 mmics (1 oscillateur et 1 amplificateur) au laboratoire central de l'iemn a base de mesfets utilisant un procède de gravure sèche. D'autre part, 2 mmics ont été réalisés avec la filière d02ah a base de hemts de la fonderie philips microwave limeil dans le cadre d'un projet multiutilisateurs. Chacune des sources réalisées a été testée et caractérisée sur banc de simulation routier. Ces mesures ont été très concluantes et permettent d'envisager l'intégration totale du capteur doppler en bande k. Ainsi, nous avons montré qu'il est possible de réaliser à moindre cout, en faisant appel à des technologies bien connues (mesfet et hemt), des systèmes intègres complexes en bande k.
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Kim, Hyeong Nam. "Qualitative and Quantative Characterization of Trapping Effects in AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors." The Ohio State University, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1250612796.
Full text
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Divay, Alexis. "Etude de la fiabilité à long terme des transistors HEMT à base de GaN." Rouen, 2015. http://www.theses.fr/2015ROUES054.
Full textAbstract:
Les performances des HEMTs AlGaN/GaN sont en passe de devenir une technologie de référence pour les applications de forte puissance dans le domaine radiofréquence. Cependant, le manque de retour d'expérience sur la fiabilité de ces dispositifs se fait ressentir chez les industriels des domaines de la défense, de l'automobile et des télécommunications à cause de la jeunesse de cette filière. Cette étude se porte donc sur la fiabilité à long terme de transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance en régime RADAR. Elle repose notamment sur des caractérisations électriques des composants, le développement d'une méthode athermique de caractérisation de pièges ainsi que le stress de ces transistors sur un banc de vieillissement dédié. La somme des caractérisations avant, pendant et après vieillissement ainsi que les analyses micro-structurales permet de définir des hypothèses quant à l'origine physique des dérives de performances de ces composantsAlGaN/GaN HEMTs are on their way to become a reference technology for high power and high frequency applications. However, the lack of feedback regarding the reliability of such devices can be felt by the defense, automotive and telecommunications industrialists because of its lack of maturity. This study deals with the long term reliability of power AlGaN/GaN HEMTs in RADAR operating mode. It is based upon electrical characterizations, the development of an athermal measurement technique for traps and RF stresses on an ageing bench. The sum of all the characterizations before, during and after the ageing tests as well as micro-structural analyses allows to define hypotheses regarding the physical origin of the performance drift of such components
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Fonder, Jean baptiste. "Analyse des mécanismes de défaillance dans les transistors de puissance radiofréquences HEMT AlGaN/GaN." Phd thesis, Université de Cergy Pontoise, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00765251.
Full textAbstract:
Les HEMT AlGaN/GaN sont en passe de devenir incontournables dans le monde de l'amplification de puissance radiofréquence, grâce à leurs performances exceptionnelles. Cependant,en raison de la relative jeunesse de cette technologie, des études de fiabilité dans plusieurs modes de fonctionnement sont toujours nécessaires pour comprendre les mécanismes de défaillance propres à ces composants et responsables de leur vieillissement. Cette étude porte sur l'analyse des défaillances dans les transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance,en régime de fonctionnement de type RADAR (pulsé et saturé). Elle s'appuie sur la conception d'amplificateurs de test, leur caractérisation et leur épreuve sur bancs de vieillissement. La mise en place d'une méthodologie visant à discriminer les mécanismes de dégradation prépondérants, conjointement à une analyse micro-structurale des composants vieillis, permet d'établir le lien entre l'évolution des performances électriques et l'origine physique de ces défauts.
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Fonder, Jean-Baptiste. "Analyse des mécanismes de défaillance dans les transistors de puissance radiofréquences HEMT AlGaN/GaN." Thesis, Cergy-Pontoise, 2012. http://www.theses.fr/2012CERG0576/document.
Full textAbstract:
Les HEMT AlGaN/GaN sont en passe de devenir incontournables dans le monde de l'amplification de puissance radiofréquence, grâce à leurs performances exceptionnelles. Cependant,en raison de la relative jeunesse de cette technologie, des études de fiabilité dans plusieurs modes de fonctionnement sont toujours nécessaires pour comprendre les mécanismes de défaillance propres à ces composants et responsables de leur vieillissement. Cette étude porte sur l'analyse des défaillances dans les transistors HEMT AlGaN/GaN de puissance,en régime de fonctionnement de type RADAR (pulsé et saturé). Elle s'appuie sur la conception d'amplificateurs de test, leur caractérisation et leur épreuve sur bancs de vieillissement. La mise en place d'une méthodologie visant à discriminer les mécanismes de dégradation prépondérants, conjointement à une analyse micro-structurale des composants vieillis, permet d'établir le lien entre l'évolution des performances électriques et l'origine physique de ces défautsAlGaN/GaN HEMTs are on the way to lead the radiofrequency power amplificationfield according to their outstanding performances. However, due to the relative youth of this technology, reliability studies in several types of operating conditions are still necessaryto understand failure mechanisms peculiar to these devices and responsible for their wearingout. This study deals with the failure analysis of power AlGaN/GaN HEMTs in RADARoperating mode (pulsed and saturated). This is based on the design of test amplifiers, theircharacterization and their stress on ageing benches. The setting up of a methodology aimingat discriminating predominant degradation modes, jointly with a micro-structural analysisof aged devices, permits to link the evolution of electrical performances with the physicalroots of these defects
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ISLAM, MD SHAHRUL. "Can Asymmetry Quench Self-Heating in MOS High Electron Mobility Transistors?" OpenSIUC, 2020. https://opensiuc.lib.siu.edu/theses/2736.
Full textAbstract:
High electron mobility transistors (HEMTs) have long been studied for high frequency and high-power application. Among widely known high electron mobility transistors, AlGaN/GaN HEMTs are having the upper hand due to high electron mobility of the GaN channel. Over the times, issues like current collapse, gate leakage, self-heating and gate lag have questioned the performance and reliability of these devices. In the recent years, engineers have come up with newer architectures to address some of these issues. Inserting a high-k dielectric oxide layer in the gate stack proved to be an effective solution to mitigate gate leakage, reduce interfacial traps and improve optimal working conditions. This work aims to study the reliability aspect of these so-called metal-oxide-semiconductor high electron mobility transistors (MOS-HEMT) specifically, HfO2 and HfZrO2 MOS-HEMTs. It was found through numerical simulations that though HfO2 and HfZrO2 dielectrics were able to mitigate gate leakage current, they tend to accumulate more heat in the channel region with respect to the conventional silicon nitride (SiN) passivated counterparts. Moreover, few asymmetric structures were proposed where silicon nitride was placed in the dielectric layer along with HfO2/HfZrO2. In this study it was found that these asymmetric structures showed superior thermal performance while showing near-zero gate leakage current.
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Mrad, Mrad. "Epitaxie de couches d'alliages quaternaires à base d'InAIGaN pour les transistors de haute performance." Thesis, Université Grenoble Alpes, 2020. http://www.theses.fr/2020GRALY023.
Full textAbstract:
Le CEA comme Commissariat aux Energies Atomiques et Alternatives a comme objectif de développer et soutenir les avancées scientifiques et technologiques dans le domaine de l'énergie propre. Dans ce cadre le CEA LETI étudie et développe des composants de puissance et d'éclairage de basse consommation (LED) en partenariat avec plusieurs industriels majeurs du domaine. Concernant la puissance, l'objectif est l'obtention de composants fonctionnant à haute tension et permettant le passage de courant de 100A. Les propriétés du GaN et de ses alliages permettent la réalisation de transistors de puissance à fortes performances, si on les compare aux traditionnels transistors à base de silicium. Actuellement, une barrière hétéro-épitaxiée à base d'AlGaN est couramment utilisée, mais ses propriétés peuvent être limitées du fait de la forte différence de paramètres de maille cristalline entre cette barrière et le GaN. Afin de satisfaire les besoins des futurs composants à base de GaN, en termes de fiabilité et de performance, nos premiers travaux ont démontré la faisabilité d'épitaxie d'une couche barrière d'InAlN à paramètre de maille plus proche de celui du GaN. Cette thèse se place dans la continuité de ces travaux : il s'agira de poursuivre les études sur les films d'InGaAlN, d'en identifier les limites d'application et de développer des épitaxies de films quaternaires permettant de répondre à ces limitesCEA is dedicated to working on Atomic and Alternative Energy, to advance clean technologies using science and technology. As part of these developments, CEA-LETI is developing high power transistors and low energy LEDs with several major companies. For high power transistors, the goal is to have components working at high voltage, and passing a current of up to 100A. The properties of GaN and its alloys are particularly appropriate for these components, when compared with the more traditional transistor materials such as silicon. Currently, GaN devices typically use a heteo-structure, with an AlGaN barrier grown on GaN layers. However, due to the difference in lattice parameter between these two materials, the device performance can be limited. In order to further improve the devices, in terms of performance and reliability, we have started to develop new barrier materials based on InAlN, which has the same lattice parameter as GaN. This PhD is a continuation of these initial developments, with the intention of adapting and developing these layers for specific applications, including the growth of quaternary films composed of InGaAlN
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Nouvel, Philippe. "Etude expérimentale des oscillations de plasma dans des transistors à effet de champ excitées optiquement." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20189/document.
Full textAbstract:
Le domaine térahertz est une région du spectre électromagnétique comprise entre 300 GHz et 30 THz. Elle représente un fort intérêt pour la communauté scientifique pour plusieurs raisons : la radiation térahertz possède en effet un potentiel de télécommunication à très haut débit important, elle constitue un moyen d'investigation efficace et non destructif pour différents types d'éléments et composés, minéraux ou organiques et elle représente une importance cruciale pour les astronomes qui estime que 98 % des photons émis par le Big Bang se trouvent dans ce domaine de fréquences. Malheureusement, à l'heure actuelle, le manque de sources et détecteurs facilement exploitables, intégrables et fonctionnant à température ambiante ne permet pas l'utilisation du domaine térahertz à grande échelle. Un nouveau phénomène physique exploitable tel que les oscillations d'ondes de plasma dans les nanotransistors représente une piste prometteuse pour combler ce manque. Ce phénomène étudié de manière analytique dans le milieu des années 1990, a donné lieu à un modèle qui reste très loin de la réalité physique et des conditions expérimentales. Des expériences récentes effectuées à température ambiante ont permis de montrer la possibilité d'exciter des oscillations d'ondes de plasma à l'intérieur d'un canal de HEMT par une radiation THz directe. Ce travail se propose de réaliser une étude systématique des transistors sous excitation effectuée par battement optique térahertz. Ceci afin de mieux comprendre et exploiter les ondes de plasma dans les nanotransistors à effet de champ. Cela nous a conduit à étudier l'effet des paramètres géométriques et physiques du transistor comme les longueurs de grille, les longueurs des cap-layers, la tension de drain et la tension de grille. En parallèle à ce travail expérimental un modèle hydrodynamique pseudo-2D était utilisé pour confronter l'ensemble des résultats pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques. Ce travail a permis d'accéder à une compréhension et une description fines du phénomène d'excitation des ondes de plasma. ceci a permis d'initier l'étude de nouveaux dispositifs tel que un émetteur à base d'un transistor HEMT assisté par battement optique et la réalisation d'un mélangeur hétérodyne d'une radiation térahertz transposé par un battement optique en une fréquence intermédiaire plus basse et facilement exploitableThe terahertz range covers the electromagnetic spectrum for frequencies between 300 GHz and 30 THz. It presents a strong interest in the scientific community for several reasons: Terahertz carriers allow for high-speed free-space telecommunications; Terahertz radiations can be used for efficient and non-destructive characterization of various components and materials (minerals or organic); Terahertz detection is of major interest for astronomers as 98 % of photons emitted since the Big Bang are in this frequency domain. Unfortunately, the lack of adequate sources and detectors, i.e. room-temperature-operating, low-cost and integrated, strongly limits the use of terahertz radiations for the above-mentioned applications. A new physical phenomenon called plasma waves in nanotransistors is very promising for the realization of terahertz sources and detectors. This new phenomenon was proposed in the mid-1990s on the basis of analytical calculations, although the model was rather simplified and it did not take into account the actual experimental conditions. Recent experiments performed at low and room temperature demonstrated the feasibility to excite plasma waves in the channel of a high-electron-mobility transistor (HEMT), using a THz-radiation excitation.This work presents a different way to excite this plasma wave by using an optical beating excitation. A systematic study of nanometric transistors under optical excitation to better understand and exploit plasma waves is carried on. The effects of geometrical parameters such as transistor gate length or cap-layer length are investigated. The dependence of the plasma waves on different electrical parameters such as drain voltage and gate voltage is also presented. Along with this experimental work, a pseudo-two-dimensional hydrodynamic simulator was developed to analyze the physical processes in the transistors on a more rigorous theoretical basis than the simplified analytical model. As a result of this joint experimental and theoretical investigation, we achieved a better understanding and an accurate description of the complex mechanism of plasma waves excited in field-effect transistors. Finally, we propose new structures to be used, from one hand, as a monochromatic terahertz source based on a HEMT excited by an optical beating, and,from the other hand, a spectrally-resolved heterodyne detector based on the mixing between the terahertz radiation to be analyzed and an optical beating used as a tunable local oscillator
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Seo, Sanghyun. "GaN-based heterostructure field effect transistors and MMICs for high frequency applications." Aachen Shaker, 2009. http://d-nb.info/999595059/04.
Full text
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Yi, Congwen. "Reliability study of enhancement-mode AIGaN/GaN HEMT fabricated with fluorine plasma treatment technology /." View abstract or full-text, 2008. http://library.ust.hk/cgi/db/thesis.pl?ECED%202008%20YI.
Full text
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Hamady, Saleem. "Nouveaux concepts de transistors de puissance à haute mobilité électronique (HEMT) en nitrure de gallium (GaN)." Toulouse 3, 2014. http://thesesups.ups-tlse.fr/2635/.
Full textAbstract:
Les transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) en AlGaN/GaN sont des candidats très prometteurs pour les applications haute fréquence, forte puissance et faible bruit. Alors que les applications de puissance exigent des interrupteurs normally-off, les HEMTs conventionnels sont, eux, normally-on, leur canal (gaz bidimensionnel d'électrons 2DEG) étant peuplé d'électrons pour une tension de grille nulle. Plusieurs structures de HEMTs ont été récemment proposées afin de satisfaire à la fonctionnalité normally-off : les plus notables sont celles à grille enterrée ("recessed gate"), à traitement aux ions fluor, à grille de jonction pn, à fine barrière d'AlGaN et à injection de grille ("Gate Injection Transistor"). L'efficacité de l' " agent " utilisé pour obtenir la fonctionnalité "normally-off", que ce soit une grille enterrée, une couche barrière ou du fluor implanté, augmente lorsque cet agent se rapproche de l'interface AlGaN/GaN. Malheureusement, introduire une couche barrière ou enterrer une grille proche de cette interface implique une diminution de la hauteur de barrière, ce qui affecte fortement la densité du gaz 2DEG. Dans le cas d'une implantation de fluor, se rapprocher de l'interface augmente la probabilité que des ions de fluor pénètrent dans le canal et dégradent ainsi la mobilité du 2DEG. Dans ce travail nous proposons deux nouveaux concepts pour réaliser la fonctionnalité normally-off. Nous suggérons l'introduction d'ions fluor négatifs d'une part ou d'une région P-GaN d'autre part, sous le canal et sous l'interface AlGaN/GaN, loin des régions à forte densité de courant. Après étalonnage du simulateur, à partir de résultats expérimentaux d'un dispositif HEMT conventionnel normally-on, nous avons montré que les structures proposées étaient plus efficaces : la concentration requise pour réaliser la fonctionnalité normally-off est plus faible que dans les solutions existantes et le confinement du gaz 2D d'électrons sous la grille est meilleur. Les idées proposées ont été aussi appliquées au Métal-Isolant-Semiconducteur HEMT (MIS-HEMT) et au Gate Injection Transistor (GIT), mettant en évidence la possibilité d'obtenir des HEMTs normally-off avec des tensions de seuil élevéesAlGaN/GaN HEMTs are very promising candidates for high frequency applications with high power and low noise. While switching applications strongly demand normally-off operation, conventional HEMTs attain a channel populated with electrons at zero gate voltage making them normally-on. For the sake of achieving normally-off HEMTs, several structures have been proposed such as recessed gate structures, fluorine ion treatment, pn junction gate structures, thin AlGaN barrier and Gate Injection transistor. The effectiveness of the agent used to obtain normally-off, whether it is recessing the gate, introducing a cap layer or implanting fluorine, increases as the agent comes closer to the AlGaN/GaN interface. Unfortunately, when introducing a cap layer or recessing the gate, coming closer to the interface means decreasing the barrier thickness, which strongly affects the density of the 2DEG. In the case of fluorine implantation, getting closer will increase the probability of fluorine ions getting into the channel and hence degrade the mobility of the 2DEG. In this work we propose two new concepts to achieve normally-off operation. We suggest the introduction of negative fluorine ions on one hand or a p-GaN region on the other hand, below the channel, under the AlGaN/GaN interface and away from high current density regions. After calibrating the simulator using experimental results from a normally-on HEMT device, we have shown that our proposed structures are more effective: the concentration required to achieve normally-off operation is lower than in the other existing solutions and the confinement of the two dimensional electron gas below the gate is better. The proposed ideas were also applied to Metal Insulator Semiconductor HEMT (MIS-HEMT) and Gate Injection Transistor (GIT), giving rise to a normally-off HEMT with high controllable threshold voltage
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PALLA, RAMIRO. "Etude et realisation de transistors hemt alinas/gainas/inp pour circuits opto-electroniques a hauts debits." Paris 6, 1995. http://www.theses.fr/1995PA066684.
Full textAbstract:
Ce travail de cette these s'inserait dans la mise en place, au laboratoire de bagneux du cnet, d'une technologie permettant de realiser des circuits, a base de transistors hemt sur inp, pour communications optiques a hauts debits. La mise au point de la technologie de fabrication des composants, axee sur la reproductibilite et la faible dispersion des resultats a porte sur plusieurs points: reduction des fuites de grille parasites, controle du recess de grille, utilisation de la gravure par plasma. Nous avons mene une etude de fond sur la mise au point des contacts ohmiques, qui a permis d'en comprendre les mecanismes de formation et de degager une sequence de realisation adequate. Il est cependant rapidement apparu que l'amelioration des performances des transistors ainsi que le controle des caracteristiques obtenues rendaient indispensables un certain nombre d'optimisations. Avec l'aide de simulations numeriques, les differents parametres de la structure de couches semi-conductrices ont ete explores. Cette etude a permis de mieux comprendre le fonctionnement du transistor et d'en ameliorer la conception. Nous avons insere dans la structure une couche d'alinp qui reduit l'exces de courant de grille lie au phenomene d'ionisation par impact dans le canal. Elle permet une gravure selective de la couche de contact lors du recess de grille, ameliorant ainsi l'homogeneite de la tension de pincement des transistors. Nous avons enfin demontre l'interet des structures a dopage planaire pour la realisation de transistors a grilles courtes. L'ensemble des resultats obtenus se situe au meilleur niveau de l'etat de l'art. Cette etude est validee par la realisation d'un preamplificateur de photoreception fonctionnant a 10 gbit/s avec un gain transimpedance important
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Cozette, Flavien. "Mesure de la température de transistors de type HEMT AlGaN/GaN en régime de fonctionnement hyperfréquence." Thesis, Lille 1, 2018. http://www.theses.fr/2018LIL1I074/document.
Full textAbstract:
Le développement de composants de puissance pour les applications hyperfréquence représente un formidable défi qui doit conduire à l’amélioration des systèmes radars, spatiales ou de télécommunications existants. Les transistors de type HEMT AlGaN/GaN ont démontré leurs potentialités pour répondre à cet enjeu. Cependant, l’augmentation des performances des systèmes s’accompagne d’une miniaturisation de plus en plus poussée des transistors entrainant une augmentation de leur température de fonctionnement. Dans ce contexte, la gestion thermique des composants est très importante. Une température de fonctionnement élevée a en effet pour conséquence de dégrader les performances et la fiabilité des composants. Plusieurs voies, comme la fabrication de composants sur substrat diamant ou encore l’intégration de micro-canaux au plus près des transistors, sont en développement pour améliorer la dissipation thermique des transistors de la filière GaN. Ainsi, il a été mis en évidence que la gestion thermique des transistors est un enjeu majeur pour obtenir des systèmes performants et fiable. Afin d’optimiser la gestion thermique des composants, il est important de déterminer avec précision la température de fonctionnement des composants en temps réel. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d’une méthode permettant de mesurer en temps réel la température de fonctionnement de transistors de type AlGaN/GaN en régime hyperfréquence. Cette mesure permettrait d’étudier la fiabilité des composants, de contrôler leur température en fonctionnement et d’assurer une maintenance préventive et non curative de systèmes. Plusieurs méthodes de la littérature permettent d’extraire la température de fonctionnement de composants. Cependant, ces méthodes ne sont pas adaptées pour mesurer la température en temps réel de composants packagés. La solution proposée ici consiste à intégrer un capteur de température résistif directement au niveau de la zone active des transistors. Un design permettant l’intégration des capteurs dans des composants compatibles pour des applications de puissance hyperfréquence au-delàs de 10 GHZ a été développé. Une partie conséquente du travail de thèse a consisté à fabriquer les dispositifs (transistors et capteurs intégrés) en central technologique. Des caractérisations thermiques des transistors fabriqués ont ensuite été menées en régime statique et hyperfréquencePower microwave devices development is a challenge which leads to improve radars, spatial or telecommunications systems. AlGaN/GaN HEMTs have demonstrated their capabilities to be used in such systems. However, systems performances improvement leads to miniaturize size of transistors. Consequently, the transistors operating temperature increases. As a result, thermal management is very important. A high device operating temperature will deteriorate device performances and device reliability. Several methods such as the use of diamond substrate or the integration of micro-channel lead to improve component thermal dissipation. It has been highlighted that the proper thermal management of the transistor thermal behavior is necessary to obtain performant and reliable systems. In order to improve devices thermal management, transistors’ operating temperature must be determined accurately in real time. The thesis goal consists in developing a method to measure in real time AlGaN/GaN HEMT operating temperature under microwave power condition. This method will permit to study component reliability, to control device operating temperature and to assure systems preventive maintenance purpose. According to the literature, several methods are used to determine HEMT operating temperature. However, these methods cannot be employed to determined packaged components operating temperature. To solve this problem, the proposed method in this work consists in integrating a resistive temperature sensor in the HEMT active area. A design has been developed which permits to integrate a sensor in components for microwave power applications above that 10 GHz. An important part of the thesis work consisted in fabricating the devices (transistors and sensors) in clean room. After fabrication thermal characterizations have been performed under microwave power conditions
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Maher, Hassan. "Transistors à effet de champ sur substrat InP à canaux composites : Structure, technologie et caractérisation." Paris 11, 1999. http://www.theses.fr/1999PA112412.
Full textAbstract:
Ce travail porte sur la conception de structures de transistors HEMT à canal composite sur substrat InP, dans lesquelles nous juxtaposons un canal à forte mobilité électronique à faible champ et un deuxième canal à faible coefficient d'ionisation par impact. L'objectif de telles structures est d'améliorer les performances de tenue en tension des composants classiques, tout en gardant de bonnes performances dynamiques. Après une étape de conception de la structure en utilisant des outils classiques de modélisation, nous avons adapté les étapes technologiques de la réalisation du composant classique en prenant en compte la composition et les dimensions des couches de matériaux constituant cette nouvelle structure. Nous avons mené en particulier une étude spécifique sur les contacts ohmiques, le contact et le retrait de grille. Les composants réalisés nous ont permis d'obtenir des fréquences de coupure très élevées ( f_t = 265 GHz ). Par ailleurs ces transistors conservent d'excellentes tenue en tension ( 20 V en régime pincé et 4 V en régime ouvert). Afin d'analyser de possibles limitations apportées par la conduction de sortie sur le gain à haute fréquence, ainsi que sur la tension de claquage, une étude du courant de grille en excès a été effectuée. L'observation de deux bosses dans les variations du courant de grille en fonction de la tension de grille lorsque la tension de drain est suffisante (>3V) a fait l'objet d'une analyse poussée, faisant appel à une caractérisation fine en fonction de la température, de l'espacement grille drain et de la longueur de grille. II en résulte l'attribution de l'une des bosses, à un phénomène d'ionisation par impact, l'autre bosse proche du pincement est associée à un mécanisme de transfert des électrons du canal vers l'interface entre couche tampon et substratThis thesis deals with composite channel InP HEMT devices in which a high mobility channel is used on top of a second channel characterized by a low impact ionization rate. Such structures are aiming at an improvement of the breakdown characteristics of InP HEMTs, while retaining their excellent high frequency properties. A first part is devoted to the device structure design, using numerical modeling tools; a 3-channel structure with a [delta]-doped quaternary layer sitting in the middle of the InGaAs/InP channel, has been identified as very promising. Improvements in the technological processes used for conventional HEMT structures are then presented, as required by the specific features of the structure. In particular optimizations have been carried out with respect to ohmic contacts, gate recess and Schottky contact. Fabricated devices have exhibited quite high cut-off frequency (Ft = 265 GHz at 0. 1 [mu]m gate length), and very good breakdown voltage characteristics (> 20 V and 4 V in pinched-off and open channel conditions respectively). In order to assess the possible degradation in breakdown voltage and high frequency voltage gain brought by the output conductance, an analysis of the excess gate current has been carried out. Two bumps in the gate current vs gate voltage characteristics are observed at moderate drain voltage. Analysis of these bumps vs temperature, gate-drain spacing and gate length shows that the bump observed in open channel conditions is associated to impact ionization in the channel, while the second bump, observed close to pinch-off, is attributable to electrons real space transfer from the channel to the buffer - substrate interface
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Brosteaux, Christophe. "Etude de multiplicateurs de fréquence à HEMT : application à un tripleur 10-30 GHz." Lille 1, 1997. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1997/50376-1997-33.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail de these concerne l'etude de la multiplication de frequence a transistor a effet de champ en general et la realisation d'un tripleur 10-30 ghz en particulier. Les synthetiseurs de frequence a quartz et a boucle a verrouillage de phase, utilises conjointement avec des multiplicateurs de frequence, constituent actuellement les sources de frequences les plus repandues pour repondre aux exigences de qualite requises par les applications telles que: radars, communications terrestres et inter satellite, radiometrie, spectrometrie les multiplicateurs a diodes constituent des dispositifs a pertes difficilement compatibles avec les exigences d'integration mmic actuelles. La realisation de multiplicateurs a transistors permettant l'obtention d'un gain de conversion et l'implantation au sein d'un circuit integre constitue un progres tres appreciable mais la complexite de mise en uvre de ces dispositifs fait que leur realisation a ete jusqu'a maintenant limitee a des doubleurs. Notre travail a eu pour objectif principal d'etudier les possibilites des transistors hemts les plus recents pour un fonctionnement, non pas en doubleur, mais en tripleur. Apres avoir fait une synthese des principaux multiplicateurs de frequence existants, nous avons etudie par simulation les conditions ideales d'impedances de fermeture a remplir pour disposer de tripleurs a transistor performants. Cela a ete possible grace a une modelisation non lineaire precise des composants actifs employes. Cette etude a debouche sur la realisation d'un tripleur 10-30 ghz a p-hemt en technologie hybride qui constitue l'etat de l'art en tripleur de frequence a transistor avec un gain de conversion et un rendement atteignant, respectivement, 8,5 db et 7%. Nous avons egalement effectue une etude du bruit de phase ajoute par ce dispositif ; les mesures montrent que l'utilisation de tripleurs p-hemts permet la conception de sources frequentielles tres pures
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Altuntas, Philippe. "Fabrication et caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10131/document.
Full textAbstract:
Les transistors à haute mobilité électronique (HEMTs) à base de nitrure de gallium constituent une filière prometteuse pour l’amplification de puissance hyperfréquence pour les applications en bande millimétrique. Les propriétés remarquables du GaN, tels que le champ de claquage , la vitesse de saturation et la densité des électrons élevés sont à l’origine des performances exceptionnelles obtenues avec les dispositifs à base de GaN. Les travaux de thèse ont été réalisés au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à l’IEMN. Ce travail relate la fabrication et la caractérisation de dispositifs de type HEMT de la filière GaN pour des applications de puissance hyperfréquence. La première partie de ce travail expose les phénomènes physiques mis en jeu dans les hétérostructures à base de GaN. La suite porte sur l’optimisation des procédés technologiques ayant comme point de mire la montée en fréquence ainsi qu’en puissance hyperfréquence. Un travail a été mené en vue de la réduction de la longueur du pied de grille permettant d’atteindre des longueurs minimales de l’ordre de 60nm. De plus, des analyses sont effectuées afin d’étudier les principales limitations inhérentes aux composants HEMTs. Le dernier chapitre présente l’ensemble des caractérisations en régimes statique et hyperfréquence sur des structures HEMTs fabriquées dans le cadre de ce travail. Il en ressort notamment un résultat en terme de densité de puissance à 40GHz, à ce jour à l’état de l’art, relatif à un HEMT de topologie 2x50x0.075µm2. Celui-ci ayant permis d’obtenir une densité de puissance de 2.7W/mm associée à un gain linéaire de 6.5dB et un rendement en puissance ajoutée de 12.5%Gallium Nitride (GaN) based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) have emerged as the best candidate for high temperature, high voltage and high power operation in millimeter-wave range. The unique combination of high breakdown field, high electron velocity, and large sheet electron densities of III-N material permits outstanding performance. The work was performed within IEMN laboratory in Microwave Power Devices group. It relates the fabrication and the characterization of GaN HEMT devices for microwave power applications. The first part exposes the physical and electrical properties of gallium nitride as well as a review concerning the state of the art in terms of output power density related to GaN HEMTs. The second chapter deals with the technological processes with a particular attention on the process optimization regarding the ohmic contact and the T-gate technology. Despite outstanding properties, the HEMT performance remains inherently limited by physical and electrical parasitic phenomena. Thus, the third chapter presents the whole studies performed in other to understand these limitation effects (losses, traps, thermal effect). In the last chapter DC, RF, pulsed and large signal measurements are reported for HEMTs based on different heterostructures. In particular, the capability of AlGaN/GaN transistors on Si(111) substrate grown by MBE is demonstrated for high frequency microwave power applications at 40GHz with a continuous wave output power density of 2.7W/mm associated with a power added efficiency of 12.5% and a linear gain of 6.5dB corresponding to the highest saturated power density ever reported on Si(111) substrate to date
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Wang, Ruonan. "Enhancement/depletion-mode HEMT technology for III-nitride mixed-signal and RF applications /." View abstract or full-text, 2008. http://library.ust.hk/cgi/db/thesis.pl?ECED%202008%20WANG.
Full text
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Badirou, Mohamed Rilwanowlai. "Simulation Monte-Carlo en régimes statique et dynamique de HEMT de la filière InP." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-235.pdf.
Full textAbstract:
Les composants hemt (high electron mobility transistor) de la filiere inp presentent des potentialites tres interessantes pour le fonctionnement a tres haute frequence. Ils sont cependant limites par leur faible tenue en tension, liee a l'ionisation dans le canal gainas. Ce travail vise a mieux comprendre ces phenomenes. Dans ce but, nous avons utilise la simulation monte-carlo qui permet a la fois d'etudier les effets microscopiques lies au transport electronique et de determiner les performances des composants. Dans le premier chapitre, nous presentons le modele de simulation que nous avons developpe. Nous detaillons en particulier la description des contacts ohmiques, la prise en compte de l'ionisation par choc et le transport des trous generes. L'etude prealable des proprietes de transport dans les materiaux gainas, alinas et inp, de type n et p, fait l'objet du second chapitre. Dans le troisieme chapitre, nous examinons l'effet de l'ionisation par choc sur le fonctionnement des composants bases sur inp. Nous montrons que l'utilisation d'un canal mixte gainas/inp permet de reduire l'ionisation et donc d'ameliorer les performances. Le quatrieme et dernier chapitre de ce travail est consacre a l'etude des composants en regime dependant du temps. En regime sinusoidal petit signal, nous avons determine les performances hyperfrequences et discute la validite du schema equivalent. En regime grand signal, nous avons mis en evidence les effets non lineaires.
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Le, Coustre Gwenael. "Contribution au développement d’une filière de transistor de forte puissance à base de technologie HEMT GaN pour applications télécoms et radar." Thesis, Lille 1, 2009. http://www.theses.fr/2009LIL10118/document.
Full textAbstract:
L’utilisation de matériaux grand gap, et tout particulièrement l’emploi du nitrure de gallium est une solution pour la génération de puissance aux fréquences microondes. Les HEMTs réalisés à partir du matériau GaN présentent actuellement les meilleures performances mondiales pour la génération de puissance hyperfréquence. Cependant, les concepteurs ont besoin de connaître leurs limitations électriques : Plus précisément, ils ont besoin de connaître leurs caractéristiques électriques dans leurs zones de fonctionnement et d’en avoir des modèles mathématiques intégrables dans des outils de CAO. Dans une première partie, des caractérisations électriques ont été effectuées afin de déterminer l’impact des limitations physiques sur la génération de puissance : tension de claquage, pièges de drain et de grille, résistance thermique d’interface dans l’épitaxie … Dans la deuxième partie de cette thèse, la conception et la réalisation de premières maquettes ont été effectuées en bande S (3 GHz). Ces maquettes permettent une première caractérisation des composants de puissance de plusieurs millimètres de développement de grille réalisés au laboratoire. Ces caractérisations, pour des considérations de connexions mais également thermiques ne sont pas réalisables sous pointes. Ces mesures permettent également la détermination des impédances optimales en puissance et en rendement au plus près des composants afin de les connaitre avec précision. Ces impédances seront utilisées lors de la conception des amplificateurs de puissance présentée dans la dernière partie. Dans un premier temps, une analyse de l’impact des adaptations d’entrée et de sortie sur la largeur de bande d’adaptation a été réalisée. Une attention particulière a été consacrée à l’architecture de l’adaptation d’entrée. Dans un second temps, une présentation de la conception et de caractérisation d’amplificateurs de puissance de classes 25W et 100W en bande S est présentée. Des mesures de ces amplificateurs ont montré des puissances de sortie supérieures à 120W avec un rendement en puissance ajoutée et un gain en puissance associé respectivement de 40% et 22dB. Ces résultats en termes de puissance, de rendement et de température confortent la possibilité de réaliser des amplificateurs en bande-S pour des applications radars en technologie GaNThe use of wide-gap materials is a solution for the generation of power at microwaves frequencies, and HEMTs processed on Gallium Nitride currently present the best world performances in this domain. However, the designers need to know their electrical limitations. More precisely, they need to know their electric characteristics in their areas of operation, and also to have at their disposal mathematical model for CAD tools. In a first part, electrical characterizations were carried out in order to determine the impact of the physical limitations on the generation of power: breakdown voltage, gate-lag and drain-lag related trapping effects, thermal resistance of interface in the epitaxy…In the second part of this thesis, the design and the realization of first demonstrators were carried out in band S (3 GHz). These demonstrators allow a first characterization of the power devices with several millimeters of gate development processed in the laboratory. These characterizations are not to be done on wafer, for thermal reasons as well as electrical connections issues. They allow determining the optimum impedances for power and/or PAE very close to the DUT terminals, i.e. with a good precision. These impedances will be used for the design of the amplifiers, presented in the first part. First, an analysis of the impact of the input and output loads on the reachable bandwidth has been done. Secondly, a presentation of the design and the characterization of 25W and 100W class HPA is presented. The measurements of these latter amplifiers have shown output power higher than 120W, with a power added efficiency and an associated power gain respectively of 40% and 22 dB. These results, in terms of power, PAE and temperature, make us very confident for the future design of GaN HEMTs based amplifiers in S-band for radar applications
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Malela-Massamba, Ephrem. "Développement et caractérisation de modules Technologiques sur semiconducteur GaN : application à la réalisation de cathodes froides et de transistor HEMT AlGaN/GAN." Thesis, Lyon, 2016. http://www.theses.fr/2016LYSE1078.
Full textAbstract:
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont axés sur le développement et la caractérisation de modules technologiques sur semiconducteurs à large bande interdite à base de nitrure de gallium (GaN), pour la réalisation de transistors et de cathodes froides. Ils ont été réalisés au sein du laboratoire III-V lab, commun aux entités : Alcatel - Thales - CEA Leti. Notre projet de recherche a bénéficié d'un soutien financier assuré par Thales Electron Devices (TED) et l'Agence Nationale de la Recherche ( ANR ). Concernant les transistors HEMT III-N, nos investigations se sont focalisées sur le développement des parties actives des transistors, incluant principalement la structuration des électrodes de grilles, l'étude de la passivation des grilles métalliques, ainsi que l'étude de diélectriques de grille pour la réalisation de structures MIS-HEMT.Les transistors MOS-HEMT « Normally-off » réalisés présentent des performances comparables à l'état de l'art, avec une densité de courant de drain maximum comprise entre 270 mA et 400 mA / mm, un ratio ION / IOFF > 1100, et des tensions de claquage > 200V. Les tensions de seuil sont comprises entre + 1,8 V et + 4 V. Nos contributions au développement des cathodes froides ont permis de démontrer une première émission dans le vide à partir de cathodes GaN, avec une densité de courant maximale de 300 µA / cm2 pour une tension de polarisation de 40 VThe results presented in this manuscript relate to technological developments and device processing on wide bandgap III-N semiconductor materials. They have been focused on III-N HEMT transistors and GaN cold cathodes. They have been realised within the III-V lab, which is a common entity between: Alcatel - Thales - CEA Leti. They have been financially supported by Thales Electron Devices company (TED) and the French National Research Agency ( ANR ). Regarding III-N HEMTs, our investigations have been focused on the development of device gate processing, which includes : the structuration of gate electrodes, the study of device passivation, and the realization of Metal-Insulator-Semiconductor High Mobility Electron Transistors ( MIS-HEMTs ). The “ Normally-off ” MOS-HEMT structures we have realized exhibit performances comparable to the state of the art, with a maximum drain current density between 270 and 400 mA / mm, a ION / IOFF ratio > 1.100, and a breakdown voltage > 200V. The threshold voltage values range between + 1,8 V and + 4V. We have also been able to demonstrate prototype GaN cold cathodes providing a maximum current density of 300 µA / cm2, emitted in vacuum for a bias voltage around 40 V
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Echeverri, Duarte Andres. "Etude de la Fiabilité des Transistors HEMTs AIGaN/GaN de puissance en condition opérationnelle." Thesis, Normandie, 2018. http://www.theses.fr/2018NORMR014.
Full textAbstract:
Cette thèse porte sur l’étude des transistors de puissance à haute mobilité électronique en Nitrure de Gallium à enrichissement récemment apparus sur le marché. Ces travaux se focalisent sur l’analyse physique de la défaillance lors du vieillissement de ces composants sous des profils de mission réels de commutation. Un banc de stress a été conçu et construit, permettant d’imposer des conditions de fonctionnement réel sur le transistor sans utiliser des charges et donc en minimisant la consommation d’énergie. Une autre originalité de ce banc est qu’il contient des transistors témoin qui subissent une partie du stress imposé au transistor sous test, aidant ainsi à la compréhension des dégradations. Les composants vieillis sont caractérisés électriquement pour établir les modes de défaillance. Des méthodes de décapsulation de composants et de préparation d’échantillons mulit-échelle (mm au nm) ont été également développées afin d’accéder à la zone active des transistors. Par l’analyse de la microstructure des dispositifs, avec des techniques de photoémission spectrale, microscopie électronique à balayage et en transmission, les mécanismes de défaillance sont déterminés et la corrélation avec les modes dedéfaillance correspondants est réaliséeThis PhD Thesis is about the reliability of enhancement Gallium Nitride high electron mobility power transistors, recently on the market. This work is focused on physics of failure analysis on aged devices under real mission switching profiles. A novel stress bench able of stablish real operating conditions on a transistor without using a load, so minimizing energy consumption. Also, the circuit has two additional devices that undergo separate current and voltage stresses and are used for better understanding of degradations on main device under test. Electric characterization of aged devices allows determination of failure modes. Decapsulation and sample preparation procedures at different scales were developed to access the active zone of the devices and perform micro-structural analyses by the means of spectral photoemission, scanning and transmission electronic microscopies. Then, failure mechanisms are correlated with the corresponding modes
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Drouot, Virginie. "Elaboration par épitaxie par jets moléculaires et caractérisation d'hétérostructures pseudomorphiques Ga1-xInxAs/AlInAs sur InP pour transistors à haute mobilité d'électron (HEMT)." Ecully, Ecole centrale de Lyon, 1993. http://www.theses.fr/1993ECDL0035.
Full textAbstract:
LES TRANSISTORS A HAUTE MOBILITE D'ELECTRON SONT TRES ATTRACTIFS POUR LA REALISATION DE DISPOSITIFS HYPERFREQUENCES DANS LE DOMAINE DE L'AMPLIFICATION FAIBLE BRUIT. LE SYSTEME Ga1-xInxAs/AlInAs SUR InP POSSEDE DE GRANDES POTENTIALITES POUR LA REALISATION DE CES COMPOSANTS ULTRA-RAPIDES: TRES FORTE MOBILITE DES ELECTRONS DANS GAINAS ET GRANDE DISCONTINUITE DES BANDES DE CONDUCTION ENTRE GaInAs ET AlInAs. L'UTILISATION DANS LE CANAL D'UN ALLIAGE DE Ga1-xInxAs PLUS RICHE EN INDIUM QUE CELUI CORRESPONDANT A L'ACCORD DE MAILLE (x=0,53) AMELIORE LES PROPRIETES ELECTRONIQUES DE L'HETEROSTRUCTURE (TRANSFERT ET MOBILITE DES ELECTRONS). L'ESSENTIEL DE CE TRAVAIL A PORTE SUR LA DEFINITION DES CONDITIONS DE CROISSANCE D'HETEROSTRUCTURES A CANAL DE Ga1-xInxAs AVEC UNE COMPOSITION xIn LA PLUS ELEVEE POSSIBLE. NOUS AVONS ELABORE DES HETEROSTRUCTURES PSEUDOMORPHIQUES A MODULATION DE DOPAGE Ga1-xInxAs/AlInAs SUR InP, PAR EPITAXIE PAR JETS MOLECULAIRES EN BALAYANT UNE LARGE GAMME DE COMPOSITIONS ET DE TEMPERATURES DE CROISSANCE. LES MEILLEURES CARACTERISTIQUES ELECTRIQUES DETERMINEES PAR EFFET HALL ONT ETE OBTENUES POUR UNE COMPOSITION X=0,75 ET UNE TEMPERATURE DE CROISSANCE Tc=500°C. UNE CORRELATION ETROITE ENTRE LES CONDITIONS DE CROISSANCE ET LES PROPRIETES OPTIQUES ET ELECTRIQUES DES STRUCTURES CONTRAINTES A ETE EFFECTUEE. DES CONDITIONS DE CROISSANCE OPTIMISEES, CONDUISANT A DES CINETIQUES DE SURFACE ELEVEES, NOUS ONT PERMIS D'AMELIORER L'ORDRE STRUCTURAL DE LA COUCHE CONTRAINTE ET DE DIMINUER LA RUGOSITE DES INTERFACES. DES STRUCTURES SPECIFIQUES ONT ETE REALISEES POUR FABRIQUER DES TRANSISTORS HEMT POUR DIFFERENTES COMPOSITIONS EN INDIUM DU CANAL. LA TRANSCONDUCTANCE DE TRANSISTORS D'UNE LONGUEUR DE GRILLE DE 4 um AUGMENTE DE 100 A 210 mS/mm LORSQUE LA COMPOSITION EN INDIUM DANS LE CANAL AUGMENTE DE 53 A 75%
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Hédoire, Jérôme. "Simulation hydrodynamique bidimensionnelle de transistors de type HEMT pseudomorphique : analyse physique et optimisation pour l'amplification de puissance hyperfréquence." Lille 1, 1997. http://www.theses.fr/1997LIL10224.
Full textAbstract:
Dans ce memoire nous presentons les potentialites du transistor hemt pseudomorphique sur gaas pour l'amplification de puissance hyperfrequence en nous interessant plus particulierement a l'influence de la temperature sur les performances et celle de sa topologie notamment le recess de grille. Nous developpons, a partir d'un modele de simulation hydrodynamique bidimensionnelle, une analyse physique precise des phenomenes de transport electronique dans le composant. Ce modele theorique est base sur la resolution des equations fondamentales des semi-conducteurs deduites de l'equation de transport de boltzmann. Cette analyse est completee par une comparaison theorie experience qui permet de valider notre logiciel. L'etude theorique prend en compte les phenomenes apparaissant au sein du composant fonctionnant en amplification de puissance. Dans un premier temps, nous avons determine l'influence de l'elevation de la temperature sur les performances. Nous nous sommes ensuite penches sur l'importance de la geometrie d'un composant notamment le recess de grille. A l'aide de notre modele, nous avons montre qu'une topologie adaptee du transistor permet de limiter l'apparition du phenomene de claquage dans les composants. D'autre part, nous avons mis en evidence le role determinant du potentiel de surface pour les structures a grille courte destinees a l'amplification de puissance.
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Bourcier, Eric. "Analyse de fonctionnement en amplification de puissance en bande Ka des transistors HEMT des filières AsGa et InP." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-9.pdf.
Full textAbstract:
L'amelioration permanente des performances des transistors a effet de champ, en termes de frequence, puissance ou rendement, conduit ces composants a remplacer progressivement les tubes a ondes progressives dans les amplificateurs hyperfrequences de puissance pour applications militaires, aeronautiques et spatiales. De plus, depuis quelques annees, l'extraordinaire explosion des applications grand public integrant des circuits de puissance hyperfrequences (telephone mobile, badges d'identification, systemes d'anti-collision, d'autopeage, et de surveillance de la circulation) a accelere cette evolution. Dans ce contexte, les outils d'aide a l'utilisation des transistors a effet de champ de puissance sont d'un besoin imperieux. C'est a ce besoin que s'adresse le present travail. Sa premiere partie explique le fonctionnement du systeme de mesure de puissance que nous avons developpe selon le principe de la charge active, dans la bande de frequence de 26 a 40 ghz. Ce systeme permet de mesurer de facon automatique des transistors a effet de champ dont le developpement totale de grille peut atteindre un millimetre et utilise un logiciel de pilotage mis au point pour preserver le composant dans les conditions d'impedances dangereuses en terme de courant de grille. De plus les calibrages vectoriels en impedance et en puissance mis en uvre permettent une grande precision de mesure. Enfin le systeme permet des investigations de transistors prevus pour des applications soit en circuit hybride, soit en technologie mmic. Dans la deuxieme partie, une etude est effectuee sur la difference de comportement d'un transistor selon que celui-ci est soumis a une puissance d'entree injectee constante ou a une puissance d'entree absorbee constante. Ensuite l'effet de l'instabilite des transistors sur leur comportement est analyse.
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Aupetit-Berthelemot, Christelle. "Etude des effets parasites du transistor à haute mobilité électronique (HEMT) sur InP pour applications micro-optoélectroniques." Limoges, 1998. http://www.theses.fr/1998LIMO0042.
Full text
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Elharizi, Malika. "Contribution à l’étude des modes de dégradation des transistors HEMT à base de GaN pour les applications de puissance." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2018. http://www.theses.fr/2018SACLN040/document.
Full textAbstract:
Les composants de puissance à base de GaN sont connus par l’instabilité de leurs caractéristiques électriques, en particulier la tension de seuil et la résistance à l'état passant. Cela est dû aux effets des mécanismes de piégeage/de-piégeage des charges dans la structure. Le travail présenté dans ce mémoire se compose de deux grandes parties. Dans un premier temps, nous mettons en évidence l’effet d’un certain nombre de paramètres de commutation sur l'évolution de la résistance dynamique avec des cycles de commutation successifs. Nous analysons, en particulier, l’effet de la tension au blocage, la fréquence de commutation et la température sur l'évolution de la résistance dynamique. Dans un deuxième temps, nous présentons les résultats des essais de cyclage de puissance effectués en utilisant 80K de variation de température de jonction sur des puces de puissance MOS-HEMT Al2O3/AlGaN/GaN Normally-On. Ensuite, nous réalisons des caractérisations de pièges, basées sur des analyses de mesures de courants transitoires pendant le processus de vieillissement. Les résultats montrent qu’une dégradation irréversible affecte la tension de seuil avec une dérive vers des valeurs négatives. Ces dérives sont principalement attribuables au piégeage cumulatif avec des cycles de puissance, probablement induits par des électrons chauds, d’une manière progressive et non récupérablePower components based on GaN are known by the instability of their electrical characteristics, in particular the threshold voltage and the on-state resistance. This is due to the effects of trapping/de-trapping mechanisms in the structure. The work presented in this memoir consists of two main parts. At the first step, we highlight the effect of a number of switching parameters on the evolution of the dynamic resistance with successive switching cycles. In particular, we analyze the effect of blocking voltage, switching frequency and temperature on the evolution of dynamic resistance. In a second step, we present the results of power cycling tests performed using 80K of junction temperature swing on Normally-ON Al2O3/AlGaN/GaN MOS-HEMTs. Then, we perform trap characterizations, based on the analyses of transient current measurements, during the aging process. The results show that irreversible degradation affects threshold voltage with drift to negative values. These drifts were mainly attributed to cumulative trapping with power cycles, probably induced by hot electrons, in a progressive and non-recoverable way
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El, Rafei Abdelkader. "Analyse des effets dispersifs dans les transistors radiofréquences par mesures électriques." Limoges, 2011. https://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/381740cc-fba9-4386-9b9d-0e0dd1113527/blobholder:0/2011LIMO4037.pdf.
Full textAbstract:
Les amplificateurs de puissance (PA) sont des éléments clés des terminaux de télécommunications et de radar aux radios fréquences. Le potentiel des PA est limité par des phénomènes de dispersion. Dans ce contexte, nous intéressons à la caractérisation des phénomènes thermiques dans les transistors TBH de différentes technologies (AsGa, SiGe et InP) et la caractérisation des effets thermiques et pièges dans les transistors HEMT à base GaN (AlGaN et AlInN) en basses fréquences. Un banc de mesure des paramètres S basse fréquences [10 Hz, 40 GHz] siège des phénomènes parasites non linéaires qu’il faut prendre en compte pour pouvoir réaliser des simulations fiables, est mis en place. Une méthode précise et simple pour la mesure de l’impédance thermique de TBH réalisés avec différentes technologies a été proposée. Cette méthode s’appuie sur des mesures électriques basses fréquences. Une étude approfondie de la caractérisation des phénomènes de dispersion basse fréquences (BF) dans les transistors HEMT à base GaN a été menée. Les effets de pièges sont étudiés pour les deux technologies (AlGaN/GaN et AlInN/GaN) avec la méthode de la spectroscopie d’admittance afin de quantifier les pièges de niveaux profondsPower amplifiers (PAs) are key elements of telecommunications and radar front ends at radio frequencies. The potential of the PA is limited by the phenomena of dispersion. In this context, we are interested in the characterization of thermal phenomena in the HBT transistors of different technology (GaAs, InP and SiGe) and characterization of thermal and traps effects in HEMT transistors based on GaN (AlGaN and AlInN) at low frequencies. A bench for low frequency S-parameters measurement [10 Hz, 40 GHz] is set up to enable us to study the behavior of the new components in the frequency range seat of nonlinear parasitic phenomena. A simple, yet accurate, method to experimentally characterize the thermal impedance of Hetero junction Bipolar Transistors (HBT) with different technologies proposed. This method relies on low frequency S-parameters measurements. A detailed study has been initiated to characterize the phenomena of low frequency dispersion in the HEMT transistors based on GaN. The thermal and traps effects are studied for both technologies (AlGaN/GaN and AlInN/GaN) with the method of admittance spectroscopy to quantify the levels of deep traps
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Dessenne, François. "Etude théorique et optimisation de transistors à effet de champ de la filière InP et de la filière GaN." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-19.pdf.
Full textAbstract:
Notre etude contribue a l'analyse du fonctionnement physique des transistors a effet de champ par la methode de monte carlo. Notre but est de presenter des ameliorations aux concepteurs dans les domaines de l'amplification faible bruit en gamme millimetrique d'une part et de l'amplification de puissance d'autre part. Dans le premier chapitre, apres avoir passe en revue les differentes possibilites de transistors a effet de champ capables de satisfaire a notre cahier des charges, nous estimons leurs potentialites et leurs limitations respectives. Les chapitres ii et iii nous permettent de decrire notre programme de simulation du transport de charges dans les semi-conducteurs massifs et dans les dispositifs destines a l'hyperfrequence. Pour la filiere inp, le simulateur a ete adapte a la modelisation de hemt (high electron mobility transistor) a grille largement submicronique et presentant des discontinuites de bande elevees. Dans le quatrieme chapitre, nous menons l'examen des performances de hemt al0. 48in0. 52as/ga0. 47in0. 53as/inp destines a l'amplification faible bruit a 60 et 94 ghz, tant sur le plan theorique que sur le plan experimental. Il apparait clairement que la presence d'ionisation par choc dans le canal de ces transistors degrade de maniere importante leurs caracteristiques hyperfrequences. Afin d'optimiser ces composants, plusieurs solutions sont alors proposees avec un avantage pour l'utilisation d'un canal composite gainas/inp. La realisation de lmhemt avec ce type de canal confirme nos predictions en offrant une elevation du gain intrinseque en tension de plus de 60% dans le cas d'un canal avec une couche d'inp dope, par rapport a la structure conventionnelle.
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Layati, Bouchta. "Croissance par épitaxie par jets moléculaires d'hétérostructures AlInAs/Ga1-xInxAs/InP à dopage planaire pour application aux transistors HEMT." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10167.
Full textAbstract:
Cette thèse a pour objet l'étude de la croissance par épitaxie par jets moléculaires des matériaux al0. 48in0. 52as / ga1-xinxas pour la réalisation d'hétérostructures sur substrat InP. La couche active de GaInAs est épitaxiée en adaptation de maille ou contrainte en compression sur le substrat. Un travail de caractérisation basée sur des méthodes physiques et électriques a défini les conditions de croissance de ces structures pour l'application au transistor HEMT. Dans ces épitaxies multicouches la détermination précise de la densité d'électrons libres ns et de la mobilité électronique qui sont associées à chaque couche est obtenue à partir d'une exploitation originale des mesures électriques. L'avantage du dopage planaire par rapport au dopage volumique est vérifié par l'obtention d'un produit plus élevé ns x dans le gaz bidimensionnel formé à l'interface AlInAs / GaInAs. L'utilisation du plan de dopage est étudiée dans le cas de l'interface avant (couche active placée entre le substrat et la couche donneuse) et dans le cas de l'interface arrière (couche active placée entre la couche donneuse et la surface). Grâce à l'optimisation des paramètres de croissance, les performances des hétérostructures épitaxiées sont d'un niveau élevé (ns de 3 10#1#2 cm-2 et une mobilité de 42000 cm2/vs dans le gaz pour une structure comprenant un dopage planaire avant de 5 10#1#2 cm-2 et une couche active contrainte à 75% d'indium). L'association des deux types d'interface au niveau de la même couche active de GaInAs permet d'augmenter de manière importante la densité d'électrons transférée dans le gaz en gardant une mobilité électronique élevée (ns de 6 10#1#2 cm-2 et de 31000 cm2/vs avec un dopage arrière de 3 10#1#2 cm-2, un dopage avant de 5 10#1#2 cm-2 et une couche active contrainte à 70%). Enfin des transistors HEMT à grille submicronique réalisés à partir des couches épitaxiées ont été caractérisés en statique et dans le domaine des hyperfréquences. Les très bonnes performances obtenues (courant drain de 1 a/mm, fmax de 300 GHz, facteur de bruit inférieur à 0. 8db) confirment le choix des conditions de croissance
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Herbecq, Nicolas. "Conception et réalisation de composants GaN innovants pour les applications de conversion de puissance au-delà du kilovolt." Thesis, Lille 1, 2015. http://www.theses.fr/2015LIL10152.
Full textAbstract:
Les transistors à haute mobilité électronique à base de Nitrure de Gallium sur substrat de silicium (GaN-sur-Si) sont des candidats prometteurs pour les futures générations de convertisseur de puissance. Aujourd’hui, plusieurs verrous techniques ralentissent la commercialisation de cette technologie au niveau industriel, en particulier pour les applications requérant de haute tension (≥ 600 V). Dans ce contexte, ces travaux constituent une contribution au développement de composants innovants à base de GaN-sur-Si fonctionnant au-delà de 1kV. Nous nous sommes principalement focalisés sur l’amélioration de la tenue en tension de ce type de transistors au travers du développement d’un procédé de gravure localisée du substrat en face arrière permettant de supprimer le phénomène de conduction parasite localisé entre les couches tampons et le substrat. Ce procédé ainsi que l’utilisation de structures d’épitaxie innovantes nous ont permis d’observer une amélioration drastique des performances électriques des transistors à haute tension. Nous avons pu notamment démontrer pour la première fois la possibilité de délivrer des tenues en tension de plus de 3 kV sur cette filière émergente. Ces résultats obtenus, supérieurs à l’état de l’art, laissent envisager l’utilisation des technologies GaN-sur-Si pour les moyennes et hautes gammes de tension (>1000V)GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) on Silicon substrate (GaN-on-Si) are promising candidates for future generations of power converters. Today, technical limitations need to be overcome in order to allow the industrial commercialization of this technology, particularly for high-voltage applications (≥ 600 V). In this frame, this work constitutes a contribution to the development of innovative GaN-on-Si devices operating above 1kV. We mainly focused on the improvement of the blocking voltage of the transistors with the realization of a local substrate removal process with the aim of suppressing the parasitic conduction phenomena between the buffer layer and the substrate. Owing to an improved technological process and innovative epitaxial structures, we observed a drastic improvement of the electrical performances of the transistor under high voltages. In particular, we have been able to demonstrate for the first time a blocking voltage above 3kV for this emerging technology. These results, well beyond the state of the art, pave the way for higher voltage operation GaN-on-Si power devices
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Abou, Daher Mahmoud. "Réalisation et optimisation de transistors HEMT GaN forte puissance et haute fréquence par technologie de transfert de couches sur substrat hôte." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30046.
Full textAbstract:
Le marché des télécommunications tire profit des nouvelles technologies Nitrures qui sont en véritable rupture de performances par rapport aux technologies traditionnellement utilisées. Les recherches actuelles ouvrent de nombreuses pistes et solutions alternatives afin de couvrir des contraintes parfois antagonistes de coût, de performances et/ou de fiabilité. La plupart des HEMTs AlGaN / GaN est fabriquée sur un substrat de silicium hautement résistif à faible coût ou sur substrat SiC beaucoup plus onéreux et sensible du point de vue approvisionnement. Les contraintes de performances électriques requises lors de l'intégration de ces technologies dans les systèmes radars, les satellites et en télécommunication rendent les HEMTs très dépendants au paramètre de température de fonctionnement, essentiellement liée à la forte puissance dissipée lors du transfert d'énergie statique/dynamique. En effet, ces composants sont capables de générer des densités de puissance élevées dans le domaine des hyperfréquences. Aussi, l'augmentation de la fréquence de fonctionnement s'accompagne d'une augmentation de la puissance dissipée engendrant le phénomène d'auto-échauffement qui influe sur les performances des composants (ID,max,ft,fmax...). Dans ce contexte, plusieurs solutions ont déjà été proposées dans la littérature (utilisations des substrats composites, passivation des composants, etc...). De plus, la technologie de transfert des HEMTs d'un substrat de croissance initial vers un substrat hôte de bonne conductivité thermique (tel que le substrat de diamant) est une solution prometteuse, encore peu détaillée à ce jour. L'objectif de ce travail de thèse est d'améliorer la dissipation thermique et donc les performances et la fiabilité des transistors HEMT hautes fréquences en utilisant la technologie de transfert de couche. Les hétérostructures AlGaN/GaN sont développées sur substrat de silicium par MOCVD au CHREA. Après la fabrication des HEMTs sur substrat de silicium au sein du laboratoire IEMN, les composants (pour lesquels le substrat silicium a été retiré) sont transférés sur un substrat de diamant. Ce transfert est obtenu grâce à un collage par thermocompression de couche d'AlN pulvérisées sur chaque surface à assembler (face arrière des transistors et substrat diamant). Le procédé de transfert développé n'a pas endommagé la fonctionnalité des transistors HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (Lg = 80 nm). Les transistors de développement 2x35 µm transférés sur diamant présentent un courant ID,max = 710 mA.mm-1, une fréquence de coupure ft de 85GHz et une fréquence d'oscillation fmax de 144GHz. Toutefois, la technique de transfert mérite des phases d'optimisations (notamment pour diminuer l'épaisseur et améliorer la qualité cristalline et la conductivité thermique des couches d'AlN) afin de mieux satisfaire aux contraintes de réduction de résistance thermique de cette couche d'assemblage et ainsi limiter le phénomène d'auto-échauffement relevé à l'issue de ces travaux de thèseWireless telecommunication market largely benefits from new nitride technologies, which reach outstanding performance compared with traditional technologies. Current research is opening up many new strategies and alternative solutions to address simultaneously antagonist considerations such as cost, performances and/or reliability. Most AlGaN / GaN HEMTs are fabricated on a low cost, highly resistive silicon substrate or on a much more expensive and supply sensitive SiC substrate. However, the electrical performance constraints required when these technologies are integrating into radar systems, satellites and in telecommunications systems make them dependent to the operating temperature parameter, mainly linked to the high power dissipation during static/dynamic energy transfer. Indeed, these components are capable of generating high power densities in the microwave range. However, the operating frequency increase leads an increase of the power dissipation, generating the self-heating phenomenon which influences the devices performance (ID,max,ft,fmax...). In this context, several solutions were already proposed in the literature (use of composite substrates, passivation of devices, etc.). Furthermore, the layer transfer technology to report HEMTs from growth substrate onto a host substrate with a good thermal conductivity (such as diamond substrate) is a promising solution, still poorly detailed to date. The objective of this thesis work is to improve the heat dissipation and thus the performance and reliability of high-frequency HEMT transistors by using a layer transfer technology. AlGaN / GaN heterostructures are grown on a silicon substrate by MOCVD at CHREA. After the fabrication of HEMTs on a silicon substrate, AlGaN / GaN devices (for which the silicon substrate has been removed) are transferred onto a CVD diamond substrate. This transfer is obtained by thermocompression bonding of sputtered AlN layers on each surface to be assembled (backside of the transistors and diamond substrate). This transfer process has not damaged the functionality of the transistors with short gate length (Lg = 80 nm). The AlGaN/GaN HEMTs with a 2x35 µm development transferred onto diamond of feature a current ID,max = 710 mA.mm-1, a cutoff frequency ft of 85GHz and an oscillation frequency fmax of 144GHz. However, this transfer technique requires optimization phases (especially to reduce thickness and improve the crystalline quality and thermal conductivity of AlN layers) in order to reduce the thermal resistance of this adhesion layer and to limit the self-heating phenomenon noted at the end of this thesis work
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Diette, Frédéric. "Etude des transistors à effet de champ de type HEMT sur substrat GaAs et InP pour l'amplification de puissance en gamme millimétrique." Lille 1, 1998. https://pepite-depot.univ-lille.fr/LIBRE/Th_Num/1998/50376-1998-267.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail concerne le developpement des transistors hemts dans les filieres gaas et inp pour l'amplification de puissance en gamme millimetrique. La premiere partie de ce travail traite des differentes etapes technologiques relatives aux deux filieres etudiees. Si dans le cas de la filiere gaas, les parametres technologiques n'ont pas necessite de reelle amelioration pour la realisation d'un transistor elementaire, nous avons du developper les etapes relatives aux transistors a grand developpement. Dans le cas de la filiere inp, toutes les etapes technologiques (contacts ohmiques et schottky, gravure selective et lithographie de grille a trois couches de resine) ont necessite un effort particulier quant a leur optimisation. Le deuxieme partie de ce travail est consacree a l'etude de la filiere inp. Des etudes de parametres technologiques et de couches actives se concretisent par la realisation d'un grand nombre de transistors avec la longueurs de grille de 0,25 m. . La caracterisation statique et hyperfrequence, nous a permis dans un premier temps, de mettre en evidence les principales limitations de cette filiere. Ces resultats ont servi dans un deuxieme temps, a definir deux structures originales. L'une d'entre elle nous a permis d'egaler l'etat de l'art en puissance a 60 ghz. La derniere partie presente les travaux menes dans la filiere gaas. Dans un premier temps, nous presentons les resultats d'etudes technologiques sur des epitaxies a un ou deux canaux pseudomorphiques. La validation de ces etudes s'est faite, en plus de la caracterisation statique ou hyperfrequence en petit signal, par la caracterisation en puissance a 26 ghz. Enfin, nous presentons les resultats d'un transistor de type metamorphique (alinas/gainas sur un substrat gaas).
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Duszynski, Isabelle. "Réalisation et caractérisation électrique de transistors HEMTs AlInAs/GaInAs de longueur de grille sub-50 nanomètres et de transistors sans couche tampon." Lille 1, 2005. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2005/50376-2005-346.pdf.
Full textAbstract:
"Les travaux de cette thèse ont porté sur l'étude, la réalisation et la caractérisation de transistors HEMTs de la filière AlInAs/GaInAs sur substrat d'InP, pouvant répondre aux différentes applications dans le domaine millimétrique, voire sub-millimétrique. Nous avons pour cela, envisagé deux axes principaux. La première voie qui a été suivie, est passée par une réduction des dimensions des transistors, en particulier la longueur de grille en "T" à quelques dizaines de nanomètres. Cette réduction, nécessaire afin d'augmenter les performances, passe par une amélioration de certaines étapes technologiques indispensables telles que la lithographie de la grille, l'étape de gravure du cap layer ou "recess", mais aussi la prise en compte des règles d'échelle pour la structure de couche. Une première étude technologique sur des grilles sub-100nm a montré qu'une approche différente de l'étape lithographique utilisée habituellement (dite "bicouche de résine") doit être utilisée afin de diminuer les longueurs de grilles. Nous avons alors mis au point deux procédés de lithographie de grille permettant d'obtenir des dimensions inférieures à 50nm. La première technologie qui utilise un " bicouche mixte", a permis l'obtention de grilles de 35nm. La seconde technologie, appelée le "procédé nitrure", permet de réaliser des grilles en T robustes, de 20nm de longueur de grille. Ce deuxième procédé a donc été appliqué à la réalisation de transistors sur différentes structures de couches: une structure à barrière fine, une structure à barrière fine et mixte (utilisant une fine couche d'InP dans la barrière) et enfin une structure à barrière épaisse. L'influence des effets de canal court a donc pu être étudiée et on voit bien que la réalisation de transistors de 25nm sur une barrière épaisse, pour laquelle le rapport d'aspect (distance grille-milieu du canal) est inférieur à l, diminue considérablement les performances fréquentielles. "Ainsi, en augmentant ce rapport à 1,5 (cas des transistors sur barrière fine), on obtient une fréquence ft de 253GHz et une fréquence fmax de 380GHz. La dernière structure, à barrière fine et mixte, nous a permis d'obtenir des fréquences ft de l'ordre de 270GHz rien qu'en augmentant légèrement l'épaisseur de la barrière (puisque la grille a été déposée sur la Couche d'InP). Ces premiers résultats indiquent les potentialités offertes par l'utilisation d'une barrière Schottky mixte. Ces résultats pourraient être améliorés par l'utilisation d'un "double recess", ce qui permettrait de diminuer les zones trop importantes d'extensions de recess, à l'origine de la dégradation des performances fréquentielles de ces composants ultimes. L'amélioration de certains paramètres électriques liée à l'utilisation d'un recess mieux adapté permettrait d'aboutir à une fréquence ft de 520GHz, proche de l'état de l'art. Néanmoins, la réduction des dimensions atteint des limites, c'est pourquoi nous avons envisagé d'étudier des composants en rupture technologique avec les précédents transistors appelés "transistors sans couche tampon". L'idée est de venir supprimer la couche tampon qui est à l'origine d'une augmentation de la conductance de sortie par l'injection de porteurs dans cette couche. La réalisation technologique de ces composants est basée sur la technique de report de substrat, qui a été mise au point et adaptée à la réalisation d'un HEMT sans couche tampon. Les premiers résultats électriques indiquent que la technique de report de substrat affecte peu les caractéristiques de la couche active. Bien que nous ayons réalisé les premiers transistors sans couche tampon de longueur de grille 100nm, les caractéristiques électriques observées ne sont pas celles escomptées. Toutefois l'origine de ces faibles performances a été identifïée, et des solutions d'amélioration sont proposées
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Elias, Caroline. "Étude d'héterostructures HEMT ScAlN/GaN élaborées par épitaxie sous jets moléculaires assistée ammoniac." Electronic Thesis or Diss., Université Côte d'Azur, 2023. http://www.theses.fr/2023COAZ4137.
Full textAbstract:
L'alliage ScAlN est un semiconducteur III-N à large bande interdite connu pour ses propriétés piézoélectriques remarquables. Ses propriétés de polarisation spontanée et piézoélectrique sont également intéressantes pour la réalisation d'hétérojonctions avec le GaN en vue de fabriquer des transistors à haute mobilité électronique (HEMTs). Dans ces hétérojonctions, remplacer le matériau barrière AlGaN habituellement utilisé par ScAlN présente plusieurs avantages, parmi lesquels la possibilité de générer des gaz bidimensionnels d'électrons (2DEGs) avec des densités bien plus importantes. En corolaire, ceci permet de maintenir de grandes densités de porteurs dans les canaux des HEMTs même avec des barrières ScAlN de très faible épaisseur (quelques nanomètres), ce qui en retour permet de conserver des résistances d'accès faibles, des courants de saturation élevés tout en limitant les effets de canal court dans les transistors à grille submicronique des amplificateurs de puissance hyperfréquence. Aussi, l'alliage Sc0.18Al0.82N étant adapté en paramètre de maille avec GaN, la possibilité de réduire notablement les contraintes mécaniques liées au désaccord de paramètre de maille est un atout pour améliorer la fiabilité des composants.Cependant, pour bénéficier de tous ces avantages il est nécessaire de maitriser la croissance cristalline de l'alliage ScAlN sur un film de GaN afin d'obtenir des hétérojonctions présentant la meilleure qualité cristalline possible et le comportement électrique recherché. La littérature récente a rapporté des résultats encourageants au sujet de la croissance d'hétérostructures HEMTs ScAlN/GaN par épitaxie sous jets moléculaires assistée par plasma et de la croissance par épitaxie en phase vapeur aux organo- métalliques. Dans cette thèse, nous nous intéressons à la croissance par épitaxie sous jets moléculaires à l'ammoniac, technique que le laboratoire maitrise depuis plus de vingt ans pour les composés GaN et AlGaN. Pour la première fois à notre connaissance, des alliages ScAlN ont été épitaxiés sur GaN au moyen de cette technique. L'effet de la température de croissance a tout d'abord été étudié pour des films de 25nm d'épaisseur dans une gamme allant de 600°C à 800°C. Un optimum en termes de qualité cristalline est atteint pour 670°C, alors que la teneur en scandium autour 14% et l'épaisseur varient peu à la différence de ce qui est rapporté au sujet de l'épitaxie assistée par plasma. Différentes épaisseurs de barrière allant de 5 à 55 nm ont été étudiées et ont permis d'obtenir une densité maximale de charges dans le 2DEG, autour de 4x1013/cm2 pour une barrière épaisse de 15 nm et 2x1013/cm2 malgré une épaisseur nominale réduite à 5 nm. Les mesures XPS, SIMS et la tomographie par sonde atomique ont confirmé l'absence d'hétérogénéité de composition dans l'alliage. Cependant, la diffraction des rayons X et la microscopie électronique en transmission révèlent la présence d'une épaisseur critique à partir de laquelle des modulations du paramètre de maille apparaissent. Aussi, cette épaisseur critique diminue pour des films contenant des teneurs en scandium autour de 22% et 30%.Nous sommes parvenus à élaborer des hétérostructures HEMTs ScAlN/GaN sur des couches tampons développées d'une part sur substrat silicium et d'autre part sur des tremplins GaN/saphir. Nos réalisations technologiques comprennent l'établissement de contacts ohmiques avec des résistances acceptable (Rc~1 Ω.mm), la fabrication de diodes, de transistors délivrant des courants de drain jusqu'à plus de 1A/mm et des motifs de van der Pauw. Les mesures d'effet Hall réalisées sur ces derniers ont permis d'obtenir une densité d'électrons allant de 2 à 3 x1013/cm2 dans le 2DEG, associée à une mobilité de 500-600 cm2/V.s dans le cas des HEMTs épitaxiés sur silicium. D'autre part, une des structures épitaxiées sur saphir présente des densités de porteurs similaires mais avec une mobilité électronique légèrement améliorée (~ 740 cm2/V.s)ScAlN is a wide bandgap III-Nitride semiconductor well known for its piezoelectric properties. Its spontaneous and piezoelectric polarisation properties are also interesting for achieving heterojunctions with GaN in view of fabricating high electron mobility transistors (HEMTs). In these heterojunctions, the replacement of the AlGaN alloy by ScAlN presents several advantages, among them the possibility to generate two-dimensional electron gases (2DEGs) with much more carriers. It permits also to maintain a high carrier density in the channel of HEMTs with ScAlN barriers as thin as few nanometers, which allows to keep low access resistances and large saturation currents while limiting short channel effects in the submicron gate length transistors of millimeter-wave power amplifiers. Furthermore, the Sc0.18Al0.82N alloy is lattice matched with GaN, which means that noticeably reduced stress can be induced in the devices, an advantage for their reliability.However, to benefit all these advantages, the good control of the crystal growth of ScAlN alloy on GaN is necessary in order to obtain heterojunctions with the best crystal quality and the desired electrical behavior. Recent literature has reported encouraging results on ScAlN/GaN HEMTs grown by plasma- assisted molecular beam epitaxy and metalorganic vapor phase epitaxy. In this thesis, we studied the ammonia-source molecular beam epitaxy, a technique mastered in the laboratory since more than twenty years for GaN and AlGaN compounds. For the first time to our knowledge, ScAlN alloys have been grown on GaN with this technique. The effect of growth temperature has been studied first on relatively thick (25 nm) films in the 600°C to 800°C range. An optimal structural quality has been obtained for a growth temperature around 670°C, whereas the amount of scandium around 14% and the thickness vary very slightly in comparison to what was reported with plasma-assisted molecular beam epitaxy. Then, the effect of barrier thickness on 2DEG concentration has been studied. A maximum concentration around 4x1013/cm2 has been obtained for a thickness of 15 nm and it remained close to 2x1013/cm2 for a nominal thickness of 5 nm. XPS, SIMS and atom probe tomography confirmed the absence of heterogeneities in alloy composition. However, X-ray diffraction and transmission electron microscopy revealed the presence of a critical thickness beyond which crystal lattice parameter modulations appear. Furthermore, this critical thickness is reduced for films grown with scandium amounts around 22% and 30%.We succeeded in elaborating ScAlN/GaN HEMTs on buffer layers developed in one hand on silicon substrates, and in the other hand on GaN-on-sapphire templates. Our technological work consisted in the achievement of ohmic contacts with acceptable resistances (Rc~1 Ω.mm), the device isolation with mesa etching, the fabrication of diodes, van der Paw patterns and transistors able to deliver drain current density superior to 1 A/mm. Hall effect measurements performed on Van der Paw devices confirmed the high carrier concentration of 2 to 3 x1013/cm2 associated to a mobility of 500-600 cm2/V.s in the 2DEGs of HEMTs grown on silicon. HEMTs grown on GaN-on-sapphire exhibited similar carrier densities with slightly enhanced mobility (~740 cm2/V.s)
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Teyssandier, Charles. "Contribution à la modélisation non-linéaire de transistors de puissance HEMT pseudomorphiques sur substrat AsGa : analyse des effets parasites." Limoges, 2008. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/2b4e5b8a-1794-4270-b002-13d46f51d3c2/blobholder:0/2008LIMO4004.pdf.
Full textAbstract:
Le principal objectif de ce travail est la modélisation précise d’une filière de transistor PHEMTs fabriquées à UMS. Notre modèle se base sur une démarche de caractérisation complète et il est facilement intégrable dans les simulateurs de circuit CAO afin de le rendre utilisable dans un contexte industriel. Dans le domaine des télécommunications, la génération de fortes puissances va entraîner un échauffement du transistor, il est donc important de prendre en compte les effets thermiques lors de la conception des circuits. Plusieurs méthodes sont étudiées pour déterminer la résistance thermique, à partir de cette étude deux modèles thermiques ont été mis au point : le premier est constitué de cellules RC et le deuxième est un modèle distribué extrait à partir de simulations physiques thermiques 3D. Comme les effets de pièges, les phénomènes d’avalanche font partie des effets parasites présents dans les PHEMTs AsGa. Analyser leur comportement permet de limiter la zone d’utilisation de ces composants. Nous nous sommes attardés à étudier et modéliser l’avalanche due à l’ionisation par impact. La comparaison mesures/modèles des cycles de charges et des mesures de paramètres [Y] pulsées nous ont permis de déterminer une fréquence de coupure pour le phénomène d’ionisation par impactThe main objective of this work is the accurate modeling of UMS PHEMTs transistors process. Our model is based on extensive characterizations and can be easily integrated into nonlinear simulators that make it possible to use it in an industrial context. For telecommunication applications such as power amplifier, dissipated high power often leads to the increase of the internal of device temperature and hence to device performance degradation. The Design of MMICs based on GaAs PHEMTs process requires transistor models which take into account thermal effects. In this study, several methods are investigated to determinate thermal resistance and two thermal models are developed: the first consists of RC cells and the second is a distributed model extracted from 3D thermal simulations. As trap effects, breakdown phenomena are a part of dispersive effects in microwave transistors. Their behavior analysis gives limits of these components. We have specially studied impact ionization modeling. Measurements and simulations of load cycles and pulsed Y-parameters have been compared to determinate a cutoff frequency for impact ionization phenomenon
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Meliani, Chafik. "Circuits intégrés amplificateurs à base de transistors HEMT pour les transmissions numériques à très haut débit (≥40 Gbit/s)." Paris 7, 2003. http://www.theses.fr/2003PA077172.
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Arehart, Aaron R. "Investigation of electrically active defects in GaN, AlGaN, and AlGaN/GaN high electron mobility transistors." The Ohio State University, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1253626881.
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Kolanowski, Christophe. "Conception, réalisation et analyse de mélangeurs millimétriques en technologies hybride et intégrée utilisant des transistors à effet de champ Hemt de types monogrille et bigrille." Lille 1, 1996. http://www.theses.fr/1996LIL10048.
Full textAbstract:
Les systèmes de communication hyperfréquences connaissent actuellement un développement considérable vers de nouvelles applications. Parmi celles-ci on peut distinguer les systèmes anticollisions, les communications par satellites ou encore les radiocommunications sans fils. Dans tous ces systèmes, les mélangeurs ont un rôle clé, tant en émission qu'en réception. Ce travail a consisté essentiellement en l'élaboration de méthodologies spécifiques d'analyse et de conception pour la réalisation de circuits mélangeurs millimétriques. Dans un premier temps, nous avons développé un modelé électrique non linéaire de hemt mono grille, spécifique a l'application mélangeur par grille. Ensuite ce modelé a été implanté dans le simulateur hyperfréquence mds et utilise pour la conception et la réalisation de mélangeurs par grille en bande ka (26-40 gHz), en technologie hybride. Une analyse complète a permis de mettre en évidence les limites fréquentielles de cette technologie. Toutefois, grâce a une méthodologie rigoureuse, les circuits réalises ont obtenu des performances très satisfaisantes. La deuxième partie de ce travail a été consacrée a l'étude et au développement de mélangeurs en technologie mmic avec des transistors à effet de champ (tec) bigrille de type pm-hemt et fonctionnant en bande v (50-75 gHz). L'inexistence de modelés non linéaires pour ces tecs bigrilles nous a conduits à élaborer notre propre modelé électrique. Les circuits réalises par la fonderie Thomson tcs ont donné des performances égalant l'état de l'art pour la bande v. A l'issue de l'étude complète a été analyse le fonctionnement très complexe du dispositif. Ces travaux, réalises dans le cadre de contrats européens esprit iii (aims et classic) ont donné lieu à une étroite collaboration avec des partenaires industriels en vue d'un transfert vers des applications spécifiques. Les résultats obtenus ont montré que l'utilisation de tec pour la fonction mélange est une solution très prometteuse pour la bande millimétrique.
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Ravindran, Vinod. "Design and fabrication of boron-containing III-nitrides based high electron mobility transistors." Diss., Georgia Institute of Technology, 2013. http://hdl.handle.net/1853/47606.
Full textAbstract:
GaN-based HEMTs are among the most promising candidates for high-power and high-frequency applications; a niche for millimeter-wave technologies. Nitride materials indeed outperform other mainstream III-V materials (InP or GaAs) because of several properties, including wider bandgaps, high peak and saturation velocities, large breakdown voltages, together with good thermal conductivities. Nonetheless, the state-of-the-art of nitrides is not yet industrially mature to exploit the entire millimeter-wave range.
A way to push further performance is to develop innovative designs, notably by exploring novel materials. The purpose of this research was therefore to investigate the use of boron-containing III-nitrides in high electron mobility transistors (HEMTs).
The study was first conducted theoretically, through solving the Schrodinger-Poisson equation. Key parameters and relevant equations were derived to implement BGaN materials in our simulations. A GaN/ultrathin-BGaN/GaN heterojunction was showed to provide an electrostatic barrier to electrons and to improve the confinement of the two-dimensional electron gas. GaN back-barrier layers happen to limit leakage in the GaN buffer thanks to two effects: (i) a polarization-induced band discontinuity and (ii) a resistive barrier originating from excellent insulation properties of BGaN.
The study was then, experimentally, several growth campaigns were carried out that led to the fabrication of devices. First, we confirmed the key characteristics of BGaN materials by electrical and optical measurements. Second, we demonstrated the evidence of a significant enhancement of performance of standard AlGaN/GaN structures by the introduction of a BGaN layer in the buffer layer.
Compared to conventional AlGaN/GaN HEMTs, structures grown with BGaN back-barriers showed a significant improvement of static performances, transport properties, and trapping effects involving a limited current collapse in dynamic regime.
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Elkhou, Majda. "Modélisation hydrodynamique bidimensionnelle de transistors à effet de champ : analyse physique des limitations et des performances hyperfréquences des filières pHEMT sur GaAs et HEMT sur GaN pour l'amplification de puissance." Lille 1, 2004. https://pepite-depot.univ-lille.fr/RESTREINT/Th_Num/2004/50376-2004-49.pdf.
Full textAbstract:
Ce travail est axé sur la simulation des FETs pour l'amplification de puissance hyperfréquence. Dans ce but, 'nous. Avons développé des modèles de type hydrodynamique bidimensionnel pour analyser le phénomène de claquage par avalanche dans les pHEMTs sur GaAs, ainsi que pour étudier les HEMTs AlGaN/GaN. Ces modèles sont des outils précis qui permettent d'analyser des composants de puissance dont les topologies sont proches des structures réelles. La confrontation des résultats théoriques avec ceux issus des mesures s'avère être très satisfaisante. L'étude du pHEMT sur GaAs, nous a permis de comprendre le mécanisme de claquage par avalanche dans ce type de composant. Ainsi, le pHEMT à double recess de grille et à deux plans de dopage constitue la structure la mieux adaptée pour l'amplification de puissance hyperfréquence. Le modèle adapté pour étudier les HFETs AlGaN/GaN, permet de montrer les excellentes potentialités de cette filière dans le domaine de l'amplification de puissance.
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Fatimy, Abdelouahad El. "Détection et Emission Terahertz par les ondes de plasma dans des transistors HEMT à base d'hétérostructures GAN/AlGaN et InGaAs/InAlAs." Montpellier 2, 2007. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00182726.
Full textAbstract:
Les détecteurs et émetteurs travaillant dans la gamme dite Terahertz sont très coûteux et fonctionnent généralement à basse température. Les Professeurs Dyakonov et Shur ont proposé en 1993 une théorie sur l’instabilité des ondes de plasma dans un gaz d’électrons bidimensionnel. Cette théorie énonce qu’un transistor peut fonctionner comme un détecteur ou un émetteur des radiations Terahertz quand la longueur de grille est de taille nanométrique. Dans ce manuscrit, nous présentons une source de radiation Terahertz par un Transistor HEMT à base de l’hétérostructures GaN/AlGaN, cohérente et potentiellement accordable à température ambiante, intense avec une puissance de 0. 1µW, de taille nanométrique et peu coûteuse. En second lieu, nous proposons des détecteurs Terahertz à base de la technologie GaN/AlGaN et InGaAs/InAlAs, accordable à température ambiante. Notre étude, d’intérêt pluridisciplinaire, vise à explorer les limites physique et technologique sur les performances des transistors HEMT sur l’Emission et la Détection de radiation Terahertz, l’estimation du NEP (Noise Equivalent Power) a été réalisée. D’un point de vue fondamental, cette étude nous permettra de mieux connaître les propriétés de la détection et de l’émission par un gaz d’électrons bidimensionnel par le biais des ondes de plasmaWe report on detection of terahertz radiation by high electron mobility nanometer InGaAs/InAlAs transistors. The photovoltaic type of response was observed at the 1. 8–3. 1 THz frequency range, which is far above the cut-off frequency of the transistors. The experiments were performed in the temperature range from 10 to 80 K. The resonant response was observed and was found to be tunable by the gate voltage. The resonances were interpreted as plasma wave excitations in the gated two-dimensional electron gas. The minimum noise equivalent power was estimated, showing possible application of these transistors in sensing of terahertz radiation. Also, we report on the demonstration of room temperature, tuneable terahertz detection obtained by 50 nm gate length InGaAs/InAlAs High Electron Mobility Transistors (HEMT). We show that the physical mechanism of the detection is related to the plasma waves excited in the transistor channel and that the increasing of the drain current leads to the transformation of the broadband detection to the resonant and tuneable one. We also show that the cap layer regions significantly affect the plasma oscillation spectrum in HEMT by decreasing the resonant plasma frequencies. In addition we report on terahertz emission by two-dimensional electron plasma oscillations in nanometric transistors at room temperature. Previously, the THz emission was reported only at 4,2 K in a 60 nm InGaAs high electron mobility transistor. We observe the room temperature emission for transistors based on two types of heterostructures- InGaAs/InAlAs and AlGaN/GaN. For both types we obtain a well defined source drain voltage threshold for the integrated emission, which depends on the gate bias. For InGaAs/InAlAs, we observe only emission signal integrated over the total frequency range (0. 1 – 10 THz). High intensity of the Thz emission from GaN/AlGaN structures allowed analysing its spectral content. The emission is interpreted as resulting from a current driven plasma instability leading to oscillations in the transistor channel (Dyakonov–Shur instability)
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Astre, Guilhem. "Fiabilité des dispositifs HEMT en technologie GaN." Phd thesis, Toulouse 3, 2012. http://thesesups.ups-tlse.fr/1980/.
Full textAbstract:
Le point sensible inhérent à la commercialisation d'une technologie émergente est la maturité des processus utilisés garantissant la qualité de l'épitaxie, de la métallisation du contact de grille ou encore de la passivation. Les études de fiabilité s'imposent alors comme un aspect indissociable de la maturation de la technologie. En ce sens, les composants à grands gap représentent un réel problème car les outils classiques de caractérisation ne sont pas toujours adaptés aux contraintes imposées (thermiques, RF, DC. . . ). Dans cette thèse, nous détaillons une technique originale pour améliorer la fiabilité des dispositifs AlGaN/GaN par diffusion de deutérium et nous présentons l'ensemble des résultats issus des campagnes de mesures menées à l'aide des outils disponibles sur des lots de composants issus des filières UMS et TRT. Les principaux résultats concernent les mesures de bruit basse fréquence, la caractérisation électrique, la spectroscopie des pièges profonds et les mesures en température de courant de grille qui ont été réalisés sur des lots de composants témoins et ayant subi différents types de stressReliability in GaN based devices still motivates numerous studies because the involved degradation mechanisms are different from that in III-V narrow bandgap devices. Direct investigations on high electron mobility transistors (HEMT) are performed with low frequency noise (LFN) measurements, pulsed electrical characterization and deep level transient spectroscopy. The first part of this thesis deals with generalities on AlGaN/GaN High electron mobility transistors and their technological particularities. The second part deals with the presentation of the diagnostic tools used in this study. A low frequency noise bench developed in LAAS-CNRS allowing measurements from few hertz up to 1 MHz is described, an original method of electrical pulsed characterization has and current deep level spectroscopy bench. In the third part of this study, low frequency noise is used to assess effects of deuterium (H+ ions) in diffusion condition on the robustness of 0. 25 *2*75 µm² gate area AlGaN/GaN high electron mobility transistors (HEMT) grown on Si substrate. H+ Ions are diffused from the above AlGaN/GaN layer through the AlGaN/GaN interface and GaN layer, notably under the gated channel where the defects are located. In the fourth part, undoped AlGaN/GaN devices grown on silicon substrate have been stressed at a junction temperature of 175°C. Gate-lag and drain-lag measurements method have been performed versus different quiescent bias points and under different pulse conditions. This method allows the discrimination of each lag phenomenon as well as the thermal contribution. Thus it is possible to track and model the trapping mechanisms versus bias conditions. This electrical modeling is completed with LFN measurements and deep level transient spectroscopy, which is largely used for reliability investigations
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Malonis, Andrew C. "Quantitative defect spectroscopy on operating AlGaN/GaN high electron mobility transistors." The Ohio State University, 2009. http://rave.ohiolink.edu/etdc/view?acc_num=osu1259597046.
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MELIANI, Chafik. "Circuits intégrés amplificateurs à base de transistors HEMT pour les transmissions numériques à très haut débit (>=40 Gbit/s)." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00007587.
Full textAbstract:
La systématisation de la conversion analogique/numérique a eu pour effet d'uniformiser le mode de transmission de données aux transmissions numériques ; et notamment sur fibre optique. Dans ce cadre, cette thèse traite des méthodologies de conception et faisabilité de circuits amplificateurs de signaux rapides. Après l'étude de l'effet des éléments parasites sur les structures amplificatrices de base (spécifiquement, les problèmes de chemins de masse, et de référencement de signaux d'entrée), la théorie de distribution est appliquée à la technologie coplanaire InP ; où via une méthodologie que nous avons cherché à systématiser (notamment pour les conditions d'égalité et de faible variation des délais de groupe), sont réalisés des amplificateurs large bande avec Fc=92GHz et entre autres, un produit gain-bande à l'état de l'art de 410 GHz. Au delà des problèmes posés par la technologie coplanaire tels que les discontinuités de masse et la nécessité de préserver le mode de propagation coplanaire, elle ouvre de nouvelles possibilités telles que des lignes artificielles d'entrée/sortie à longueurs identiques, et permet une compacité plus élevée que celle des techniques micro-ruban. Les limites de l'amplification différentielle sont ensuite investies et repoussées, en proposant une structure innovante : la paire différentielle distribuée ; alliant ainsi le fonctionnement à courant constant du mode différentiel (donc avec un degré de liberté supplémentaire, pour le potentiel DC en sortie), à l'aspect large bande du distribué. Des amplificateurs avec 4 Vpp en sortie à 40 Gbit/s ont ainsi été réalisés en pHEMT GaAs. Ce résultat, permettrait à terme, l'élimination des capacités de passage dans les modules driver et la conception de drivers de modulateur mono-puce.