Intégration monolithique de composants bipolaires et de circuits radiofréquences sur substrats mixtes silicium/silicium poreux

Monolithic integration of bipolar devices and radiofrequency circuits on porous silicon/silicon hybrid substrates

• Auteur / Autrice : Marie Capelle
• Direction : Gaël Gautier, Jérôme Billoue, Patrick Poveda
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 17/12/2013
• Etablissement(s) : Tours
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Énergie, Matériaux, Sciences de la Terre et de l'Univers (Centre-Val de Loire ; 2012-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Laboratoire GREMAN (Tours)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École polytechnique universitaire (Tours)
• Jury : Président / Présidente : Laurent Pichon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Androula Nassiopoulou, Phillippe Ferrari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Silicium poreux

Lignes de transmission pour microondes

Inductance

Filtres électriques

Microélectronique

Silicium -- Substrats

Radiofréquences

Circuits intégrés bipolaires

Mots clés libres

Silicium poreux

Microélectronique

Intégration monolithique

Radiofréquences

Filtres

Inductances

Lignes de transmission

Porous silicon

Microelectronic

Monolithic integration

Radiofrequency

Filters

Inductors

Transmission lines

Résumé

Le récent essor des systèmes de communication sans fil implique le développement de circuits RF performants, à fort taux d’intégration, bas coût, et adaptés à la production de masse. L’intégration monolithique de systèmes RF sur silicium permet de répondre en partie à ces critères. Cependant, le silicium est responsable de pertes dans le substrat dégradant les performances des composants passifs. Pour adresser cette limite, des caissons isolants de silicium poreux peuvent être réalisés au sein du silicium (substrat mixte). Les objectifs de cette thèse sont de montrer la faisabilité de l’intégration monolithique sur substrat mixte et d’étudier son impact sur les performances de circuits RF. Ce manuscrit décrit l’élaboration des substrats mixtes et donne une comparaison des performances de composants passifs intégrés sur silicium poreux et sur substrats standards. Enfin, l’intégration monolithique de circuits RF est menée sur substrat mixte 6’’. La caractérisation de ces démonstrateurs montre une amélioration des performances par rapport au silicium. De plus, la compatibilité du substrat mixte avec un procédé industriel de microélectronique est validée.

The rapid growth of wireless systems involves the development of highly efficient, large-scale, low-cost and radio frequency (RF) systems. Monolithic integration of RF circuits on silicon can enhance the appeal of this technology further. However, in order to fully realize the next generation of system-on-chip on silicon, the losses which results in to degradation in the performances of passive components need to be addressed. This work investigates locally insulating porous silicon regions on silicon substrates, targeting highly efficient passive components. This thesis begins with a detailed description of porous silicon/silicon hybrid substrate fabrication using a novel mask. The influence of the hybrid substrate on fabricated passive device performances was studied and the results were compared to similar devices on conventional silicon substrates. Finally, monolithic integration of passive and active devices was demonstrated on 6” hybrid substrates, with performance improvements when compared with standard silicon. This work has also shown that hybrid substrates can be fully integrated into industrial scale microelectronic processes.