Добірка наукової літератури з теми "Caractérisation on-Wafer"

La constante amélioration des technologies silicium permet aux transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) SiGeC (Silicium-Germanium : Carbone) de concurrencer les composants III-V pour les applications millimétriques et sous-THz (jusqu’à 300GHz). Le cycle de développement de la technologie (caractérisation-modélisation-conception-fabrication) nécessite plusieurs itérations, entraînant des coûts élevés. De plus, les méthodologies de mesure doivent être réévaluées et ajustées pour adresser des fréquences plus élevées. Afin de réduire le nombre d’itérations et de permettre la montée en fréquence de la mesure, un travail de fond sur la première étape, la caractérisation, s’avère indispensable.Pour répondre à cette exigence, une description et une étude des instruments de mesure (VNA) est réalisée dans un premier temps. Un état de l’art des méthodes de calibrage permet de choisir la solution la plus pertinente pour la calibration sur puce valable dans la gamme de fréquences sous-THz. Ensuite, après avoir relevé plusieurs défauts dans la méthode choisie (à savoir la méthode Thru-Reflect-Line : TRL), des solutions sont proposées concernant la modification des calculs des coefficients d’erreur et également en modifiant les standards utilisés durant le calibrage. Finalement, une étude sur les méthodes d’épluchage est réalisée. Une amélioration est proposée par la modification de deux standards évitant le principal problème de l’état de l’art, la surcompensation des composants parasites
The continuous improvement in Silicon technologies allows SiGeC (Silicon-Germanium-Carbon) heterojunction bipolar transistors (HBT) to compete with III-V components for millimeter wave and sub-THz (below 300GHz) applications. The technology development cycle (characterization, modeling, design and fabrication) needs several iterations resulting in high costs. Furthermore, the measurement methodologies need to be re-assessed and modified to address higher measurement frequencies. In order to reduce the number of iterations and to allow reliable measurement in the sub-THz band, the characterization procedure has been revisited.First, a description and investigation of the measurement instrument (VNA) has been made. After exploring all possible calibration methods, the best candidate for an “on-wafer” calibration for the sub-THz frequency range has been selected. Then, after analyzing the limits of the chosen calibration method (Thru-Reflect-Line: TRL), workarounds are proposed, by modification of the errors coefficients calculation and by changing the standards used during the calibration process. At last, a study concerning the de-embedding methods is carried out. It is shown, that using two new standards helps to reduce the over-compensation of parasitic components

La rentabilité des cellules à base de silicium est un point essentiel pour le marché photovoltaïque et cela passe notamment par l'amélioration du rendement électrique, la baisse des coûts de production ainsi que le renforcement de la fiabilité/durabilité des wafers. Des procédés innovants émergent, qui permettent d'obtenir des wafers ultra minces avec moins de perte de matière première. Cependant il est nécessaire de mettre en place des méthodes de caractérisation afin d’analyser la rigidité et la tenue mécanique de ces matériaux. Dans ce travail, des essais de flexion ont été effectués pour caractériser à la fois la rigidité et la rupture. Afin d’étudier la rupture fragile, une caméra rapide a été utilisée, des analyses fractographiques ont été menées. La diffraction d'électrons rétrodiffusés et la diffraction par rayon X de Laue ont été utilisées afin d'explorer le lien entre les orientations cristallographiques et les comportements observés. Conjointement, des simulations numériques EF ont été mise en place. Grâce à ce couplage expériences-simulations numériques, une caractérisation fiable de la rigidité des wafers a été effectuée. Une stratégie d'identification de l'origine de la rupture est également proposée. L'étude de la rupture du silicium monocristallin a mis en évidence la stabilité du clivage (110), la grande vitesse d'amorçage de la fissure, la dépendance de la forme du front de fissure à la vitesse de propagation ainsi que l'apparition de "Front Waves" pour les fissures à très grande vitesse. L'étude de la rupture des wafers multi-cristallins démontre une fissuration intra-granulaire. Des éprouvettes jumelles ont permis d’étudier la répétabilité du chemin de fissuration : une attention particulière a été portée à la nature des plans de clivage ainsi que l'effet des joints de grains. Enfin, une modélisation par la méthode des éléments finis étendus est proposée. Elle permet de reproduire le chemin de fissuration expérimentalement observé
The profitability of silicon solar cells is a critical point for the PV market and it requires improved electrical performance, lower wafer production costs and enhancing reliability and durability of the cells. Innovative processes are emerging that provide thinner wafers with less raw material loss. But the induced crystallinity and distribution of defects compared to the classical wafers are unclear. It is therefore necessary to develop methods of microstructural and mechanical characterization to assess the rigidity and mechanical strength of these materials. In this work, 4-point bending tests were performed under quasi-static loading. This allowed to conduct both the stiffness estimation and the rupture study. A high speed camera was set up in order to track the fracture process thanks to a 45° tilted mirror. Fractographic analysis were performed using confocal optical microscope, scanning electron microscope and atomic force microscope. Electron Back-Scatter Diffraction and Laue X-Ray diffraction were used to explore the relationship between the microstructural grains orientations/textures of our material and the observed mechanical behavior. Jointly, finite element modeling and simulations were carried out to provide auxiliary characterization tools and help to understand the involved fracture mechanism. Thanks to the experiment-simulation coupled method, we have assessed accurately the rigidity of silicon wafers stemming from different manufacturing processes. A fracture origin identification strategy has been proposed combining high speed imaging and post-mortem fractography. Fracture investigations on silicon single crystals have highlighted the deflection free (110) cleavage path, the high initial crack velocity, the velocity dependent crack front shape and the onset of front waves in high velocity crack propagation. The investigations on the fracture of multi-crystalline wafers demonstrate a systematic transgranular cracking. Furthermore, thanks to twin multi-crystalline silicon plates, we have addressed the crack path reproducibility. A special attention has been paid to the nature of the cleavage planes and the grain boundaries barrier effect. Finally, based on these observations, an extended finite element model (XFEM) has been carried out which fairly reproduces the experimental crack path

Les mesures de précision jouent un rôle crucial dans l'électronique, en particulier dans la caractérisation des transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) à base de silicium embarqués dans des dispositifs pour applications THz utilisant la technologie BiCMOS. Grâce aux innovations récentes en termes de fabrication de technologies à l'échelle nanométrique, les dispositifs capables de fonctionner dans la région des ondes submillimétriques deviennent une réalité et doivent répondre à la demande de circuits et de systèmes haute-fréquence. Pour disposer de modèles précis à de telles fréquences, il n'est plus possible de limiter l'extraction des paramètres en dessous de 110 GHz, et de nouvelles techniques permettant d'obtenir des mesures fiables de dispositifs passifs et actifs doivent être étudiées.Dans cette thèse, nous examinerons la caractérisation des paramètres S sur silicium (on-wafer) de différentes structures de test passives et des HBT SiGe en technologie B55 de STMicroelectronics, jusqu'à 500 GHz. Nous commencerons par une introduction de l'équipement de mesure habituellement utilisé pour ce type d'analyse, puis nous passerons aux différents bancs de mesure adoptés au laboratoire IMS, et enfin nous nous concentrerons sur les techniques de calibrage et d’épluchage (de-embedding), en passant en revue les principales criticités de la caractérisation haute-fréquence et en comparant deux algorithmes de calibrage on-wafer (SOLT et TRL) jusqu'à la bande WR-2.2.Deux cycles de production de photomasques pour la caractérisation on-wafer, tous deux conçus à l'IMS, seront présentés: nous introduirons un nouveau design du floorplan et évaluerons sa capacité à limiter les effets parasites ainsi que l'effet de son environnement (substrat, structures voisines et diaphonie). Pour notre analyse, nous nous appuierons sur des simulations électromagnétiques et des simulations EM mixtes de modèle compacte + sonde, toutes deux incluant les modèles des sonde pour une évaluation des résultats de mesure plus proche des conditions réelles.Enfin, nous présenterons quelques structures de test pour évaluer les impacts indésirables sur les mesures d'ondes millimétriques et de nouvelles solutions de conception de lignes de transmission. Deux designs prometteurs seront soigneusement étudiées: le "layout M3", qui vise à caractériser le DUT dans un étalonnage à un seul niveau, et les "lignes à méandre", qui maintiennent la distance entre les deux sondes constante en évitant tout déplacement pendant les mesures sur silicium
Precision measurements play a crucial role in electronic engineering, particularly in the characterization of silicon-based heterojunction bipolar transistors (HBTs) embedded into devices for THz applications using the BiCMOS technology. Thanks to ongoing innovations in terms of nanoscale technology manufacturing, devices capable of operating in the sub-millimeter wave region are becoming a reality, and need to support the demand for high frequency circuits and systems. To have accurate models at such frequencies, it is no longer possible to limit the parameter extraction below 110 GHz, and new techniques for obtaining reliable measurements of passive and active devices must be investigated.In this thesis, we examine the on-wafer S-parameters characterization of various passive test structures and SiGe HBTs in STMicroelectronics' B55 technology, up to 500 GHz. We start with an introduction of the measuring equipment usually employed for this type of analysis, then moving on to the various probe stations adopted at the IMS Laboratory, and finally focusing on calibration and deembedding techniques, reviewing the major criticalities of high-frequency characterization and comparing two on-wafer calibration algorithms (SOLT and TRL) up to the WR-2.2 band.Two photomask production runs for on-wafer characterization, both designed at IMS, are considered: we introduce a new floorplan design and evaluate its ability to limit parasitic effects as well as the effect of the environment (substrate, neighbors, and crosstalk). For our analysis, we rely on electromagnetic simulations and joint device model + probe EM simulations, both including probe models for an evaluation of measurement results closer to real-world conditions.Finally, we present some test structures to evaluate unwanted impacts on millimeter wave measurements and novel transmission line design solutions. Two promising designs are carefully studied: the "M3 layout", which aims to characterize the DUT in a single-tier calibration, and the "meander lines", which keeps the inter-probe distance constant by avoiding any sort of probe displacement during on-wafer measurements

À l'ère des technologies de l'information, nous assistons à une augmentation continue du volume de données échangées. Celle-ci s'accompagne d'un besoin constant d'augmenter la bande passante des systèmes de communications optiques et radio-fréquences. Cette demande continue d'augmentation de la bande passante nécessite la conceptions de circuits toujours plus rapides capables de supporter la demande croissante de trafic de données. Ces circuits doivent eux-même s'appuyer sur des technologies de composants électroniques toujours plus rapides. C'est dans ce contexte que sont développés les transistors bipolaires à double hétérojonction (TBDH) en InP/InGaAs. Grâce aux propriétés des semi-conducteurs III-V, ces composants sont capable de fonctionner à des fréquences très élevées (> 500 GHz) tout en maintenant une tension de claquage relativement élevé (> 4V).Les travaux de cette thèse portent sur l'amélioration des performances de ces composants. Nous commencerons par nous intéresser à l'amélioration des mesures haute-fréquences des transistors afin de pouvoir évaluer leurs performances fréquentielles. Nous détaillerons les différents choix associées aux mesures (calibration, de-embedding, modèle de pointes RF) et proposerons des nouveaux plots de mesure. Dans un second temps, nous développerons un modèle analytique tenant comptes des spécifités du dessin et de la technologie du composant. Une fois calibré sur des mesures, celui-ci servira à déterminer les principaux axes d'amélioration des performances. Ensuite nous étudierons les performances de plusieures structures épitaxiales dans le but de réduire le temps de transit des électrons tout en maximisant les performances fréquentielles. Une nouvelle structure, optimisée pour maximiser la fréquence transition, sans dégrader la fréquence maximale d'oscillation, sera proposée. Par la suite nous étudierons les phénomènes physiques qui limitent la tension de claquage du transistor. Enfin, nous nous intéresserons au phénomène d'auto-échauffement qui dégrade les performances du transistor. Nous proposerons une modélisation de la résistance thermique et les pistes d'améliorations associées
In the era of information technology, we are witnessing a continuous increase in the volume of exchanged data. This comes with a constant need to enhance the bandwidth of optical and radio-frequency communication systems. The ongoing demand for increased bandwidth requires the design of faster circuits capable of supporting the growing data traffic. These circuits, in turn, must rely on ever-faster electronic component technologies. It is in this context that double-heterojunction bipolar transistors (DHBTs) in InP/InGaAs are developed. Thanks to the properties of III-V semiconductors, these components can operate at very high frequencies (> 500 GHz) while maintaining a relatively high breakdown voltage (> 4V).This thesis focus on improving the performance of these components. We will begin by addressing the improvement of high-frequency measurements of transistors to evaluate their frequency performance. We will delve into various choices associated with measurements (calibration, de-embedding, RF probe models) and introduce new measurement pads. In the second part, we will develop an analytical model, taking into account the specifics of the design and technology of the component. Once calibrated on measurements, this model will be used to determine the main axes for improving performance. Next, we will study the performance of several epitaxial structures with the aim of reducing electron transit time while maximizing frequency performance. A new structure, optimized to maximize the transition frequency without degrading the maximum oscillation frequency, will be proposed. Subsequently, we will investigate the physical phenomena limiting the breakdown voltage of the transistor. Finally, we will focus on the self-heating phenomenon that degrades transistor performance. We will propose a thermal resistance model and associated improvement strategies