Mise au point de banc de mesure de bruit "on" et "off" wafer jusqu’a 325 GHz pour l’évaluation de performances de technologies silicium

Development of low noise setup "on" and "off" wafer up to 325 GHz for the performance evaluation of silicon technology

• Auteur / Autrice : Haitham Ghanem
• Direction : Guillaume Ducournau, François Danneville
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, Microélectronique, Nanoélectronique et Micro-ondes
• Date : Soutenance le 02/12/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Amplificateurs faible bruit

Technologie silicium sur isolant

Transistors bipolaires à hétérojonctions

BiCMOS

Bruit

Transistors sous-térahertz

Rayonnement terahertz

Ondes millimétriques

Mesure

Bruit électronique

Mots clés libres

Paramètres S

Cut-off frequencies

Résumé

La technologie des appareils s’améliore rapidement, ce qui permet de fabriquer des composants électroniques avec des fréquences de coupure élevées où des applications entièrement nouvelles dans la bande des ondes millimétriques et Térahertz deviennent réalisables. Ce développement rapide soulève un ensemble de défis à relever pour pouvoir utiliser avec succès cette partie du spectre. En particulier, les avantages de l’intégration de composants deviennent de plus en plus importants. Afin de surmonter ces défis, une compréhension approfondie des systèmes RF est nécessaire. Pour ce faire, la caractérisation des systèmes électroniques est effectuée par des mesures de paramètres S, des mesures de puissance et des mesures de bruit RF, ce qui reste un défi aux fréquences supérieures à 200 GHz. Cette thèse porte sur le développement de différentes techniques expérimentales permettant des mesures de bruit «off» et «on» wafer pour évaluer les performances de bruit des dispositifs actifs. Un récepteur de bruit est tout d’abord assemblé et caractérisé; ce dernier a permis des mesures de bruit jusqu’à 325 GHz. Par ailleurs, une source de bruit à base de silicium développée dans le cadre de ce projet a été caractérisée et le modèle électrique a été validé jusqu’à 325 GHz. De plus, une source optique a également été étudiée et utilisée pour effectuer des mesures de bruit et de puissance dans la même gamme de fréquences. Enfin, un LNA a été conçu et caractérisé pour être utilisé dans la configuration du banc développée.

Device technology is rapidly improving, making it possible to fabricate electronic components with high cut-off frequencies where entirely new applications in the millimetre-wave and Terahertz band become feasible . This rapid development raise a set of challenges to deal with in order to use this portion of the spectrum successfully. In particular, the advantages of component integration become increasingly important. In order to overcome these challenges a deep understanding of the RF systems is required. To accomplish this, characterization of electronic systems is performed through S-parameter measurements, power measurements and RF noise measurements, which remains a challenge at frequencies above 200 GHz. This thesis addresses the development of a noise set-up to perform noise measurements "off" and "on" wafer to evaluate the noise performance of active devices. A noise receiver is assembled and characterized which enabled noise measurements up to 325 GHz. Moreover, a silicon based noise source developed in the frame work of this project was characterized and the electrical model was developed up to 325 GHz. Furthermore, an optical based source was also studied and used to perform noise and power measurement in the same frequency range. Finally, a LNA was designed and characterized to be used in the developed bench set-up.