De l’étude de bruit basse fréquence à la conception d’oscillateur en bande X à partir de transistor AlGaN/GaN HEMT

par Geoffroy Soubercaze-Pun

Thèse de doctorat en Micro-électronique

Sous la direction de Jean-Guy Tartarin.

Soutenue en 2007

à Toulouse 3 .


  • Résumé

    L'objectif de ce travail est d'étudier les transistors à effet de champ à haute mobilité électronique (HEMT) réalisés en Nitrure de Gallium par des mesures en bruit basse fréquence et de réaliser un oscillateur à faible bruit de phase en bande-X. Dans la première partie, nous décrivons succinctement les propriétés du matériau, le transistor ainsi que les sources de bruit basses susceptibles d'êtres présentes dans une structure de type HEMT. La méthodologie de mesure et le banc de bruit basse fréquence sont présentés. Une étude comparative est réalisée sur les comportements en bruit basse fréquence des composants épitaxiés sur différents substrats (Si, SiC, Al2O3). Enfin, une les variations de l'index de fréquence g du bruit en 1/fg relevées sur certains composants sont corrélées au mécanisme de transport des électrons dans la structure : pour cela, nous avons confronté les mesures en bruit basse fréquence avec des simulations physiques. La seconde partie s'intéresse aux composants épitaxiés sur un substrat de Carbure de Silicium. Une méthodologie d'extraction de composantes mathématiques du spectre de bruit basse fréquence est présentée puis validée. Des études en fonction de la polarisation et de la température ont permis de découvrir l'origine des pièges et de les localiser. Enfin, une corrélation avec une étude physique (SIMS) est présentée. Dans la troisième partie, nous développons un modèle large signal afin de réaliser un démonstrateur en bande X. Les performances à l'état de l'art de l'oscillateur sont ensuite présentées (POUT=20dBm, Lf(100kHz)=-105 dBc/Hz à 10 GHz).

  • Titre traduit

    From the study of low frequency noise to X-band Oscillator Design using AlGaN/GaN HEMT


  • Résumé

    This work is dedicated to the study in the field of low frequency noise characterization of Gallium Nitride High Electron Mobility Transistors (HEMT) and to the design of an X-Band low phase noise oscillator. First of all, we describe the Gallium Nitride intrinsic properties, the HEMT structure and the associated noise sources that can occur in such device. The low frequency noise (LFN) measurement methodology is also presented. Then, a comparative study is exposed using low frequency noise measurement between devices grown on different substrate (Si, SiC, Al2O3). Finally, an investigation on the 1/fg noise and the frequency index g is performed, indicating a correlation between the frequency index g and the transport mechanism of the carriers in the two dimensional electron gas (2DEG) or in a parasitic AlGaN channel between drain and gate. This study makes use of both LFN measurements and physical simulations. The second part focuses on HEMT grown on SiC substrate: low frequency noise spectra are investigated, and a mathematical extraction procedure is presented. Then, an accurate study is lade thanks to the mathematical extraction of the noise sources versus biasing and under different thermal stress conditions to find the origin of G-R centers. A correlation between this study and SIMS measurements is presented. The last section of this work deals with large signal modelling and X-band oscillator: an original, accurate and fast modelling technique is proposed as an alternative to the usually time consuming traditional techniques. Thus the oscillator is designed, and its performances are discussed (POUT=20dBm, Lf(100kHz)=-105 dBc/Hz at 10 GHz).

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Informations

  • Détails : 1 vol. (172 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 162-164

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007TOU30081
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