Développement d’un banc de mesure load-pull en bande G [140-220 GHz] et application à la caractérisation des transistors HBTs en technologie BiCMOS 55 nm
Auteur / Autrice : | Caroline Maye |
Direction : | Christophe Gaquière, Guillaume Ducournau |
Type : | Thèse de doctorat |
Discipline(s) : | Electronique, microélectronique, nanoélectronique et micro-ondes |
Date : | Soutenance le 21/09/2021 |
Etablissement(s) : | Université de Lille (2018-2021) |
Ecole(s) doctorale(s) : | École doctorale Sciences de l’ingénierie et des systèmes (Lille ; 2021-....) |
Partenaire(s) de recherche : | Laboratoire : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie |
Jury : | Président / Présidente : Christophe Loyez |
Examinateurs / Examinatrices : Philippe Ferrari, Daniel Gloria, Frédéric Gaillard | |
Rapporteurs / Rapporteuses : Nathalie Deltimple, Denis Barataud |
Mots clés
Mots clés contrôlés
Mots clés libres
Résumé
La technologie BiCMOS 55 nm, fabriquée par STMicroelectronics, montre un fort potentiel pour les applications dans les gammes de fréquences millimétriques et sub-millimétriques. Elle dispose d’un transistor bipolaire à hétérojonction (HBT) dont les fréquences caractéristiques, f_t et f_max, atteignent 320 et 370 GHz respectivement. Son développement engage des processus longs de fabrication et de validation. Dans ces travaux, il est ainsi question de développer un banc de caractérisation load-pull aux fréquences supérieures à 140 GHz. La réalisation de ce banc est encore limitée par les performances en puissance des sources, des détecteurs et des synthétiseurs d’impédance disponibles dans le commerce. A travers un état de l’art des solutions précédemment réalisées, une solution hybride est proposée. Pour une utilisation pérenne du banc de mesure, la source, semblable à l’architecture d’une tête d’extension d’un VNA, ainsi que les détecteurs sont conservés off-wafer. Une attention particulière est donnée aux étapes de calibrage au cours desquelles est mise en évidence la difficulté de la mesure scalaire aux fréquences millimétriques. D’autre part, le tuner d’impédance est intégré sur puce avec le HBT afin de s’affranchir des pertes de la sonde RF. Ce tuner est designé en technologie BiCMOS 55 nm. Le nombre de commandes est volontairement minimisé afin d’envisager une mise en boitier pour une utilisation à long terme. Une architecture innovante est également présentée. En parallèle, un programme d’automatisation est mis en place pour améliorer la précision de mesure, effectuer le calcul des paramètres du composant et réduire le temps de mesure. Finalement, des mesures load-pull sont réalisées à 185 GHz sur le transistor bipolaire à hétérojonction et pour plusieurs dimensions.