Etude de la fiabilité des transistors RF LDMOS de puissance en mode pulsé pour des applications hyperfréquences

par Mohamed Gares

Thèse de doctorat en Physique. Électronique, optronique et systèmes

Sous la direction de Jérôme Marcon.

Soutenue en 2008

à Rouen .

mots clés

• Rf ldmos
• Transistors -- Fiabilité
• Radar

Résumé

Depuis toujours la longueur de pulse et le rapport cyclique n’ont cessé d’augmenter afin d’accroître les performances du radar. Ces fortes exigences de fonctionnement ont augmenté la quantité de contraintes appliquées aux transistors qui constituent les modules de puissance dans les radars et ont un impact direct sur leurs temps de vie. Une connaissance approfondie de cet impact est nécessaire pour une meilleure estimation de la fiabilité des modules et des transistors qui la composent. C’est pour toutes ces raisons, qu’une étude a été engagée pour élaborer de nouvelles méthodes d’investigations de la fiabilité des composants RF de puissance en conditions de fonctionnement Radar pulsé. Par conséquent, ce travail présente un banc de fiabilité, dédié spécifiquement à des tests de vie sur des composants RF de puissance sous des conditions de pulse RF pour une application radar. Un transistor RF LDMOS a été retenu pour nos premiers tests en vieillissement accélérés sous diverses conditions (DC, RF, température et TOS). Des caractérisations électriques (I-V, C-V et paramètres [S]) ont été effectués. Ainsi, un examen complet de ces paramètres électriques critiques est exposé et analysé. Toutes les dérives des paramètres électriques après un vieillissement accéléré sont étudiées et discutées. D’après l’analyse de ces résultats, on constate que plus la température est basse, plus les dérives des paramètres électriques significatives sont élevées. Pour comprendre les phénomènes physiques de dégradation, mis en jeu dans la structure, nous avons fait appel à une simulation physique 2-D (Silvaco-Atlas). Finalement, le mécanisme de dégradation proposé pour le RF LDMOS est la création d’états d’interface par les porteurs chauds (pièges)

Titre traduit

Reliability syudy of power RF LDMOS transistors in pulsed mode for ultra high frequencies applications.

Résumé

Since their early implementation, the length of pulses and the cyclic report/ratio did not cease increasing in order to increase the radar performances. These strong requirements of operation increased the quantity of pressure applied to the transistors, which constitue the modules of power in the radars and have a direct impact over their life times. A thorough knowledge of this impact is necesary for a better estimation of the reliability of modules and transistors, which make it up. It is for all these reasons that a study was committed to work out new investigation methods of the power RF components under RF pulses conditions for a radar application. A transistor RF LDMOS was retained for our first tests in accelerated ageing under various conditions (DC, RF, temperature and TOS). Electric characterizations (I-V, C-V and [S] parameters) were carried out. Thus, a complete examination of these critical electric parameters is exposed and analysed. All electric parameter drift after an accelerated ageing are studied and discussed. According to the analysis of these results, one notes that the lower the temperature is, the more important the drifts int the significant electric parameters. In order to understand the physical degradation phenomena inside the structure, we performed a 2-D physical simulation (Silvaco-Atlas). Finally, the degradation mechanism proposed for RF LDMOS is the interface states creation by the hot carriers (traps).