Fabrication et caractérisation du HEMT InP pour amplification faible bruit THz

Fabrication and characterization of the HEMT InP for low noise amplification THz

• Auteur / Autrice : Mohammed Samnouni
• Direction : Sylvain Bollaert, Nicolas Wichmann
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Électronique, Microélectronique, Nanoélectronique et Micro-ondes
• Date : Soutenance le 16/12/2019
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithographie par faisceau d'électrons

Amplificateurs faible bruit

Rayonnement terahertz

Arséniures

Hétérostructures

Phosphure d'indium

Transistors à effet de champ à dopage modulé

Mots clés libres

Fréquence de transition

Paramètres S

Millimeter and sub-millimeter wave range

Résumé

Les avancées des technologies III-V permettent aujourd’hui de concevoir des composants électroniques fonctionnant en gammes millimétrique et submillimétrique (fréquences Terahertz) pour répondre aux besoins émergeants du marché des télécommunications et de l’électronique à destination de différents secteurs industriels. L’électronique THz trouve des débouchées importantes dans les applications d’imagerie, entre autres pour la sécurité et les communications sans fils ultra haut débit (5G plus).La technologie des transistors HEMT InP a connu ces dernières années un progrès remarquable dans la réalisation des circuits intégrés à très hautes fréquences (fréquence de fonctionnement à 1 THz) et de faible bruit. Peu d’acteurs mondiaux de la microélectronique (aucun en France) ont établi des performances atteignant ces fréquences THz. Nous proposons de développer une technologie répondant à cette demande.Dans ces travaux de thèse, nous proposons de développer des HEMT InAlAs /InGaAs/InAs sur substrat d’InP de fréquence de coupure THz pour amplification faible bruit dans les systèmes de réception-détection THz. Nous avons pour cela optimisé la structure semiconductrice utilisée afin d’obtenir un meilleur compromis mobilité/charges électroniques. Nous avons également apporté des modifications géométriques (longueur de grille, taille du recess et espacements des électrodes du transistor) qui ont permis d’augmenter considérablement les fréquences de fonctionnement du transistor. Nous avons réalisé des mesures de paramètres S jusque 750 GHz et en bruit jusque 110 GHz, afin de valider les optimisations technologiques apportées à la structure HEMT.

Progress of III-V technologies are now making it possible to design electronic components operating in the millimeter and sub-millimeter wave range (THz) are facing the needs of the telecommunications and electronics market for various industrial sectors. The technology of InP High Electron Mobility Transistor (HEMT) allowed in recent years a remarkable progress in the realization of integrated circuits at very high frequencies (operating frequency at 1 THz) and low noise. Few world players in microelectronics (none in France) have established performances reaching these THz frequencies. We propose to develop a technology that meets this demand.We propose to develop InAlAs /InGaAs/InAs HEMT with THz cutoff frequency and low noise, mainly for reception-detection THz electronic system. The work will therefore focus on the determination of an optimal epitaxial structure using InAlAs/InGaAs/InAs materials by performing Hall effect measurements of several heterostructures, in order to determine the layer offering a better mobility / electronic charges tradeoff. The modifications of the transistor geometry (gate length, recess size and the spacings of the electrodes of the transistor) made it possible to considerably increase the operating frequency of the transistor. We achieved the characterizations of S-parameters up to 750 GHz and noise up to 110 GHz, in order to validate the technological optimizations.