THÈSE DE DOCTORAT ÉLECTRONIQUE DE L

THÈSE DE DOCTORAT ÉLECTRONIQUE DE L'UNIVERSITÉ DE LILLE I
présentée et soutenue publiquement le 13 novembre 1998 par
Pascal CHEVALIER
CONCEPTION ET RÉALISATION DE TRANSISTORS À EFFET DE CHAMP DE LA FILIÈRE
AlInAs/GaInAs SUR SUBSTRAT InP.
APPLICATION À L'AMPLIFICATION FAIBLE BRUIT EN ONDES MILLIMÉTRIQUES.
JURY
E. CONSTANT
Président, Professeur à l'Université de Lille I (Villeneuve d'Ascq)
R. FAUQUEMBERGUE
Directeur de thèse, Professeur à l'Université de Lille I (Villeneuve d'Ascq)
D. PAVLIDIS
Rapporteur, Professeur à l'Université du Michigan (USA)
M. ILEGEMS
Rapporteur, Professeur à l'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse)
H. VERRIÈLE
Examinateur, Ingénieur à la Délégation Générale pour l'Armement (Paris)
G. APERCÉ
Examinateur, Ingénieur chez Dassault Electronique (Saint Quentin en Yvelines)
A. CAPPY
Examinateur, Professeur à l'Université de Lille I (Villeneuve d'Ascq)
X. WALLART
Examinateur, Chargé de Recherches CNRS à l'IEMN (Villeneuve d'Ascq)
RÉSUMÉ :
L'essor des applications hyperfréquences fonctionnant en ondes millimétriques nécessite le développement de nouvelles
filières de circuits intégrés. Un composant clef de ces circuits est le transistor à effet de champ à hétérojonction : le HEMT
(High Electron Mobility Transistor). Nous développons dans ce mémoire les résultats de l'étude de HEMT AlInAs/GaInAs
réalisés sur phosphure d'indium (InP). Après avoir introduit les bases relatives au fonctionnement et aux domaines
d'applications de ce transistor, nous présentons les outils théoriques et expérimentaux utilisés pour nos travaux. Ces derniers
contribuent d'une part à la mise au point technologique et d'autre part à l'optimisation de la structure épitaxiale. Les
recherches menées en technologie concernent principalement la technologie de grille et plus particulièrement la lithographie
électronique des grilles en té en tricouche de résines ; un logiciel simulant le processus de révélation a d'ailleurs été développé.
La réalisation de grilles de 0,1 µm de longueur, de faible résistivité, a permis la fabrication de transistors performants,
présentant notamment une fréquence de coupure extrinsèque fT proche de 250 GHz et une transconductance intrinsèque de
1,5 S/mm. L'optimisation de l'épitaxie, visant à dépasser les limitations des transistors à canal GaInAs adapté en maille sur le
substrat, a conduit à l'étude des canaux composites GaInAs/InP. Nous avons mis en évidence leur efficacité pour réduire le
phénomène d'ionisation par impact et ainsi améliorer les performances du composant. Les performances en puissance de
transistors à canal GaInAs/InP/InP n+ (355 mW/mm à 60 GHz) ont montré toutes les potentialités de structures à canal
composite pour la génération de puissance en ondes millimétriques. Ces études ont bénéficié du développement d'un logiciel
de simulation Monte-Carlo prenant en compte de nombreux aspects technologiques. Enfin, dans le cadre d'un projet avec la
société Dassault Electronique, les résultats de conception de circuits ont montré l'intérêt de notre filière HEMT InP 0,1 µm
pour la réalisation d'amplificateurs monolithiques faible bruit à 60 GHz et 94 GHz.
MOTS-CLÉS :
TRANSISTOR À EFFET DE CHAMP
HEMT
HÉTÉROSTRUCTURE
MMIC
ONDES MILLIMÉTRIQUES
LITHOGRAPHIE ÉLECTRONIQUE
FAIBLE BRUIT
PUISSANCE
ADRESSE DU LABORATOIRE :
INSTITUT D'ÉLECTRONIQUE ET DE MICRO-ÉLECTRONIQUE DU NORD - DÉPARTEMENT
HYPERFRÉQUENCE ET SEMI-CONDUCTEURS - CITÉ SCIENTIFIQUE - AVENUE POINCARÉ B.P. 69 59652 VILLENEUVE D'ASCQ CEDEX - FRANCE
Publications et communications : 1996-1998
PUBLICATION
P. CHEVALIER, X. WALLART, B. BONTE AND R. FAUQUEMBERGUE
“V-band high-power/low-voltage InGaAs/InP composite channel HEMTs”
Electronics Letters, 19th February 1998, Vol. 34, No. 4, pp. 409-411
COMMUNICATIONS INTERNATIONALES AVEC ACTE
F. DESSENNE, P. CHEVALIER, F. BANSE AND R. FAUQUEMBERGUE
“Monte-Carlo investigation of the influence of technological parameters on the performance of LM-HEMT on
InP”
Proceedings of 6th International Conference on Simulation of Devices and Technologies (ICSDT’98),
Cape Town (South Africa), 14-16 October 1998, pp. 113-116
P. CHEVALIER, X. WALLART, F. MOLLOT, B. BONTE AND R. FAUQUEMBERGUE
“Composite channel HEMTs for millimeter-wave power applications”
Proceedings of 10th IEEE International Conference on Indium Phosphide and Related Materials (IPRM’98),
Tsukuba (Japan), 11-15 May 1998, pp. 207-210
P. CHEVALIER, F. DESSENNE, M. BADIROU, J. L. THOBEL, R. FAUQUEMBERGUE
“Interest of 0.15 µm gate length InGaAs/InP composite channel HEMTs for millimeter-wave MMIC amplifiers”
Proceedings of the 5th IEEE International Workshop on High Performance Electron Devices for Microwave and
Optoelectronic Applications (EDMO’97), London (UK), 24-25 November 1997, pp 193-198
COMMUNICATIONS NATIONALES ET INTERNATIONALES SANS ACTE
P. CHEVALIER, F. DESSENNE, M. BADIROU, J. L. THOBEL, R. FAUQUEMBERGUE
“Impact of an InGaAs/InP composite channel on performance of 0.15 µm gate length HEMT’s on InP”
7th European Workshop on Heterostructure Technology (HETECH’97), Jülich (Germany),14-16 September 1997
P. CHEVALIER, M. BADIROU, F. MOLLOT, X. WALLART, R. FAUQUEMBERGUE
“HEMT sur substrat InP de longueur de grille Lg=0,15 µm : comparaison entre un canal GaInAs et un canal
composite GaInAs/InP”
10èmes Journées Nationales Micro-ondes (JNM’97), Saint-Malo (France), 21-23 mai 1997, pp. 596-597
P. CHEVALIER
“Systèmes multicouches de résines en lithographie électronique : application à la réalisation de grille en T de
longueur Lg≤0,15 µm pour les HEMT”
4ème Journée du Réseau Doctoral en Microtechnologies, Besançon (France), 21 mars 1997, p. 9
P. CHEVALIER, E. DELOS, V. HÖEL, R. FAUQUEMBERGUE
“Amélioration des performances des HEMT AlInAs/GaInAs sur substrat InP réalisés en technologie nitrure de
longueur de grille Lg=0,15 µm”
6èmes Journées Nationales de Microélectronique et Optoélectronique III-V (JNMO’97), Chantilly (France),
29-31 janvier 1997, pp. 160-161
V. HÖEL, P. CHEVALIER, S. BOLLAERT, H. FOURRE, J.M. BELQUIN, S. LEPILLET, A. CAPPY
“Influence des capacités parasites liées à la technologie nitrure sur les performances de HEMT adapté en maille sur
InP de longueur de grille submicronique”
6èmes Journées Nationales de Microélectronique et Optoélectronique III-V (JNMO’97), Chantilly (France),
29-31 janvier 1997, pp. 164-165
P. CHEVALIER
“HEMT GaInAs/AlInAs sur substrat InP : composant pour l’amplification faible bruit en ondes millimétriques”
Doctoriales Sciences et Défense 1996, Fréjus (France), 29 septembre au 4 octobre 1996