Volution Du Mod Le Du Transistor Bipolaire Et Des Techniques D Extraction De Param Tres Pour La Simulation De Circuits Int Gres Logiques Et Analogiques Hautes Fr Quences
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Évolution du modèle du transistor bipolaire et des techniques d'extraction de paramètres, pour la simulation de circuits intègres logiques et analogiques hautes fréquences
AVEC LA REDUCTION DES DIMENSIONS DES DISPOSITIFS, LA MODELISATION A PRIS DE PLUS EN PLUS D'IMPORTANCE DANS LE DEVELOPPEMENT DES CIRCUITS INTEGRES. CETTE REDUCTION A FAIT SURGIR AU PREMIER PLAN DES PHENOMENES PHYSIQUES CONSIDERES JUSQU'ALORS COMME DU SECOND ORDRE. L'OBJECTIF DE CE MEMOIRE EST DOUBLE : D'UNE PART, FAIRE LE POINT SUR LES MODELES POUR TRANSISTORS BIPOLAIRES EXISTANT ET D'AUTRE PART, PROPOSER DES SOLUTIONS PERMETTANT LA PRISE EN COMPTE DES NOUVEAUX EFFETS EVOQUES PRECEDEMMENT. APRES AVOIR SITUE LE TRAVAIL DANS SON CONTEXTE, NOUS AVONS, DANS LE CHAPITRE II, POSER LES BASES DE LA PHYSIQUE DES MODELES COMPACTS UTILISES PAR LES CONCEPTEURS. DANS LE CHAPITRE III, NOUS AVONS FAIT LE POINT SU LES PRINCIPAUX MODELES COMPACTS PRESENTS DANS LES SIMULATEURS ELECTRIQUES. NOUS AVONS EN PREMIER LIEU INSISTE SUR LE MODELE SGPM (SPICE GUMMEL-POON MODEL) QUI RESTE LE PLUS LARGEMENT UTILISE PAR LES CONCEPTEURS. LES AUTRES MODELES ONT ETE PRESENTES RAPIDEMENT EN FAISANT RESSORTIR LEURS SPECIFICITES ET LEURS APPORTS AU REGARD DES LIMITATIONS DU SGPM. LE CHAPITRE IV A ETE CONSACRE A NOTRE MODELE COMPACT (ABYSS, ADVANCED BIPOLAR MODEL FOR HIGH FREQUENCY SIMULATIONS) DONT L'OBJECTIF EST DE RESOUDRE LES PROBLEMES POSES PAR LE MODELE SGPM TOUT EN RESTANT COMPATIBLE AVEC CELUI-CI. POUR CE FAIRE, UN MODELE DE RESISTANCE COLLECTEUR VARIABLE A ETE PROPOSE ET VALIDE. L'ASPECT DYNAMIQUE A ETE AUSSI ABORDE AVEC LE TEMPS DE TRANSIT ET LES CAPACITES DE TRANSITION. L'IMPLEMENTATION DU MODELE COMPACT DANS LE SIMULATEUR ELECTRIQUE ELDO A ETE DETAILLEE. DANS LE CHAPITRE V, NOUS AVONS DONNE LA STRATEGIE D'EXTRACTION DU JEU DE PARAMETRES ABYSS. NOUS AVONS ENSUITE DETAILLE LES PRINCIPALES METHODES PERMETTANT LA DETERMINATION DES PARAMETRES. CHAQUE PROCEDURE A ETE ILLUSTREE PAR DES EXEMPLES ISSUS DE TECHNOLOGIES BICMOS SUBMICRONIQUES. AFIN D'APPRECIER LES DIVERSES AMELIORATIONS APPORTEES PAR LE MODELE ABYSS, DES COMPARAISONS ENTRE LA MESURE, LE MODELE SGPM ET ABYSS ONT ETE MONTREES.
Caractérisation et modélisation de transistor bipolaire à double hétérojonction (TBdH) sur InP pour la conception de circuits à haut débit
Les avancées dans les systèmes de communication et de traitement de l'information nécessitent des circuits à haut débit qui doivent s'appuyer sur des transistors aux performances en vitesse et en puissance élevées. Les Transistors Bipolaires à Hétérojonction (TBH) III-V constituent un bon compromis. Le TBH-InP est l'un d'entre eux. Il convient d'autant mieux pour le développement de systèmes de télécommunications à des débits supérieurs à 60 Gbits/s que sa technologie permet l'intégration de composants optoélectroniques de longueur d'onde comprise entre 1,3 mM et 1,55 mM. Le regain d'intérêt pour ces technologies a mis en lumière les problèmes et les contraintes liés à la modélisation compacte. Le travail présenté s'inscrit dans le cadre d'une collaboration entre le CNET Bagneux/OPTO+ et l'IEF. Il a pour objet l'étude expérimentale et la modélisation électrique des TBDH-InP. Quatre technologies auto-alignées qui diffèrent par la nature du dopage de base (béryllium ou carbone) et par la présence d'un gradient d'indium dans la base ont été étudiées. Pour chaque technologie un grand nombre de dispositifs a été analysé et une masse importante de données expérimentales a permis d'obtenir les paramètres du modèle de Gummel-Poon de ces composants. Ces modèles ont ensuite été utilisés par les concepteurs de circuits intégrés d'OPTO+ pour réaliser des circuits pour la logique "haut débit" (multiplexeur, circuit de décision, bascule D, driver, ...). La volumineuse base de données a également permis d'étudier l'auto-échauffement dans les TBH-InP d'abord par une approche expérimentale puis par une modélisation numérique de l'équation de Fourier. Le travail de modélisation a permis de dégager des pistes pour réduire l'auto-échauffement. Pour mieux cerner le fonctionnement physique des TBH, une analyse expérimentale à température variable a été réalisée sur une des quatre technologies. Enfin, une analyse de sensibilité des paramètres du modèle de Gummel-Poon à 300K sur le temps de commutation des paires différentielles (technologie CML/ECL) a été effectuée: -Le temps de retard t(FF) et le temps de charge R(BB),C(jC) sont les deux contributions intrinsèques les plus importantes, -L'extraction de certains paramètres du modèle est imprécise (C(jE), Rc entre autre) et se répercute sur le t(FF) on perçoit la nécessité de développer des approches fiables pour extraire ces éléments.
MODELISATION NON LINEAIRE DES TRANSISTORS BIPOLAIRES A HETEROJONCTION POUR LA CONCEPTION DES CIRCUITS MICRO-ONDES. METHODES DE CARACTERISATION ASSOCIEES AU MODELE
AU COURS DE CE TRAVAIL NOUS AVONS DEVELOPPE UN MODELE NON LINEAIRE DU TBH POUR LA CONCEPTION DES CIRCUITS MICRO-ONDES, AINSI QUE DES PROCEDURES DE CARACTERISATION ASSOCIEES A CE MODELE. LE MODELE TIEN COMPTE DES PROPRIETES PHYSIQUES PROPRES AU TBH ET DE L'AUTO ECHAUFFEMENT DU TRANSISTOR. LA PRISE EN COMPTE DE L'AUTO ECHAUFFEMENT DU TRANSISTOR CONSTITUE UNE ORIGINALITE DE CE TRAVAIL. LE TRANSISTOR EST DECRIT PAR UN MODELE ELECTROTHERMIQUE, CONSTITUE D'UN MODELE ELECTRIQUE ET D'UN MODELE THERMIQUE AVEC INTERACTION ENTRE LES DEUX MODELES. LA TEMPERATURE QUI N'EST PLUS CONSTANTE DURANT LA SIMULATION COMME C'EST LE CAS DES MODELES IMPLANTES DANS LES SIMULATEURS STANDARDS, CONSTITUE UNE ELECTRODE DE COMMANDE DU TRANSISTOR AU MEME TITRE QUE LES ELECTRODES DE BASE, DE COLLECTEUR ET D'EMETTEUR. UNE METHODOLOGIE DE CARACTERISATION NON LINEAIRE PERMETTANT DE DETERMINER L'ENSEMBLE DES PARAMETRES STATIQUES DU MODELE ELECTRIQUE A ETE DEVELOPPEE. D'AUTRE PART NOUS AVONS PROPOSE UNE NOUVELLE METHODE D'EXTRACTION QUI PERMET D'OBTENIR DIRECTEMENT L'ENSEMBLE DES PARAMETRES ELECTRIQUES DU CIRCUIT LINEAIRE EQUIVALENT DU TBH SANS AUCUNE OPTIMISATION. DE PLUS ELLE NE NECESSITE AUCUNE INFORMATION GEOMETRIQUE NI TECHNOLOGIQUE CONCERNANT LE TRANSISTOR. CETTE METHODE EST BASEE SUR DES EQUATIONS PUREMENT ANALYTIQUES QUI EXPRIMENT LES PARAMETRES Z DU TRANSISTOR EN FONCTION DES PARAMETRES ELECTRIQUES DU CIRCUIT LINEAIRE EQUIVALENT UTILISE. LA VALIDATION DE LA METHODE EST EFFECTUEE SUR DEUX TRANSISTORS GAINP/GAAS DE FREQUENCE DE COUPURES DIFFERENTES 20 GHZ ET 80 GHZ. LE MODELE NON LINEAIRE EST VALIDE EN REGIME STATIQUE ET EN REGIME DYNAMIQUE PETITS SIGNAUX ET FORTS SIGNAUX, UN EXCELLENT ACCORD EST OBTENU ENTRE LA MESURE ET LA SIMULATION.