Technologie et physique de transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGeC auto-alignés à très hautes performances
Institution:
Paris 11Disciplines:
Directors:
Abstract EN:
This thesis has for main purpose the study and optimization in industrial environment of Si/SiGe heterojunction bipolar transistors having very high performances for telecommunication and radar detection applications. The first chapter is a reminder of the theory of the bipolar transistor, both in its static and dynamic operations. We present in the second chapter a history of the fabrication technologies of SiGeC HBTs, explaining the reasons leading to a fully self aligned structure with selective epitaxial growth of the base. Performances obtained in this thesis are compared with the state of the art. The third chapter deals with the classical optimization of the bipolar transistor, and we demonstrate how, by several optimizations made on the vertical profile and the lateral extension of the device, we could push up the performances from 200GHz up to 300GHz reached at the end of this work. Chapter IV deals with the optimization of the BVceo voltage by technological processes breaking out from the standard optimization scheme. Significant improvements of the breakdown voltage are demonstrated, which enables to get state of the art fTxBVceo products. Finally, the last chapter has for objective the study of the HBT behavior with temperature: We describe first the self-heating of the transistor, and its impact on dynamic performances. We finish by the study of the bipolar transistor at cryogenic temperatures. Dynamic performances are strongly improved at low temperature, we can deduct from the extraction of the several delays on the device interesting perspectives for further optimization of the transit times, to reach ultimate performances.
Abstract FR:
Cette thèse a pour objet l'étude et la réalisation en milieu industriel de transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGeC à très hautes performances pour les applications de télécommunications et de détection radar. Le premier chapitre rappelle la théorie de fonctionnement du transistor bipolaire, aussi bien en régime statique qu'en régime dynamique. Nous présentons ensuite un historique des technologies de fabrication des TBH SiGe, en expliquant les choix pris en faveur d'un auto-alignement complet et d'une épitaxie sélective de la base. Les performances obtenues dans cette étude sont comparées à l'état de l'art. Le chapitre III a pour objet l'optimisation classique du transistor bipolaire, et nous démontrons comment, par différentes optimisations du profil vertical et de l'extension latérale du composant nous avons pu augmenter les performances de 200GHz jusqu'à 300GHz. Le chapitre IV traite de l'optimisation de la tenue en tension par des procédés technologiques en rupture avec l'optimisation standard du transistor. Des améliorations significatives de la tenue en tension ont pu être démontrées, ce qui permet d'obtenir des produits fTxBVceo à l'état de l'art. Le dernier chapitre étudie le comportement du TBH en fonction de la température : Nous décrivons tout d'abord l'auto-échauffement du transistor, et son impact sur les performances dynamiques, nous terminons par l'étude du transistor bipolaire aux températures cryogéniques. Les performances étant fortement améliorées à basse température, nous en tirons de l'extraction des différents retards du composant des perspectives d'amélioration des temps de transit, pour atteindre des performances ultimes.