Modélisation de transistors à effet de champ pour les applications térahertz

Modelling of field effect transistors for terahertz applications

• Auteur / Autrice : Abdelhamid Mahi
• Direction : Luca Varani, Christophe Palermo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 16/12/2014
• Etablissement(s) : Montpellier 2 en cotutelle avec Université Tahri Mohammed de Béchar
• Ecole(s) doctorale(s) : Information, Structures, Systèmes (Montpellier ; École Doctorale ; 2009-2014)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d’Electronique et des Systèmes / IES
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Luca Varani, Christophe Palermo, Jean-Luc Thobel, Nicolas Cavassilas, Javier Mateos, Dominique Coquillat
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-Luc Thobel, Nicolas Cavassilas

Mots clés

Mots clés contrôlés

Hydrodynamique

Excitation électronique

Oscillations de plasma

Rayonnement terahertz

Mots clés libres

Oscillations collectives

Térahertz

Excitation de plasma

Hydrodynamique

Collective oscillations

Terahertz

Plasma excitation

Hydrodinamics

Résumé

L'objectif de ce travail de thèse est l'exploitation des oscillations de plasma bidimensionnelles dans les transistors à haute mobilité électronique à base d'InGaAs, matériaux de grand intérêt pour les applications Terahertz grâce à sa haute mobilité électronique. Ce travail s'insère dans le contexte d'études récentes dans lesquelles l'utilisation de dis- positifs basés sur l'excitation d'ondes de plasma bidimensionnelles a été proposée pour des applications Terahertz. Cette étude est menée au travers du développement d'un outil numérique de simulation basé sur le modèle hydrodynamique couplé avec l'équation de Poisson pseudo 2D. La réponse continue du courant à une excitation électrique de fréquence THz a été étudiée et l'influence sur les résonances de plasma des différents paramètres de transistor est mise en évidence. Une étude de la densité spectrale de la fluctuation du courant est alors présentée en vue d'établir une coordination entre le bruit dans les HEMT et la détection directe d'un signal électrique THz. La réponse de HEMT à différentes perturbation au niveau de drain et de la grille est enfin évaluée par le biais de la description du régime petit-signal, ce qui permettrait éventuellement une étude plus approfondie des ondes de plasma dans les transistors HEMT.

The objective of this work is the use of plasma oscillations mechanism in the electron mobility transistors channel that based of InGaAs, this materials characterize by it great interest for Terahertz thanks to its high electron mobility applications. This work registered in the context of recent studies in which the use of devices based on wave excitation of two-dimensional plasma has been proposed for Terahertz applications.This study is conducted through the development of a simulation tool based on the hydrodynamic model coupled with the Poisson equation 2D. the continued current response to THz electrical excitation has been studied and the influence of the different parameters of transistor on plasma resonances is demonstrated. A study of the spectral density of the current fluctuation is then presented, we demonstrate that the main resonances in the drain current noise spectrum are the same as those observed in the current response to an external THz excitation. The current response at different perturbation applied upon the drain and the gate of the HEMT is finally evaluated by means of the description of the small-signal equivalent circuit, which would possibly further studies of plasma oscillation in HEMT transistors.