MODELISATION NUMERIQUE BIDIMENSIONNELLE DES EFFETS THERMIQUES DANS LES TRANSISTORS DGMESFET, NMOSFET ET HEMT METAMORPHIQUE

Abstract

A cause des besoins grandissant en matière de communication liés notamment au développement de l’internet, les systèmes électroniques pour le haut débit exigent, aujourd’hui, de grande capacité et de grande rapidité. Les progrès technologiques accomplis ces dernières années permettent de disposer des transistors rapides fonctionnant à des fréquences très élevées et donc de réaliser des circuits intégrés de hautes performances. La conception de tels circuits nécessite non seulement la prise en compte du comportement statique et dynamique non linéaire des composants mais aussi les effets électrothermiques qui dégradent leurs performances et par la suite celles des circuits et systèmes. En particulier, ces dégradations augmentent avec l’augmentation de la densité d’intégration due à La miniaturisation poussée des systèmes actuels. Ceci exige le développement de modèles physico-thermiques capables de prévoir l’impact des effets thermiques sur les performances des transistors. Les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’étude de l’influence de l’effet thermique sur les performances de quatre technologies de transistors à effet de champ NMOSFET en Si, DGMESFET en GaAs et GaN, MHEMT et MOSMHEMT In0.40Al0.60As/In0.40Ga0.60As. Dans ce cadre, un modèle physico-thermique issu d’un couplage d’un modèle de dérive-diffusion et d’un modèle thermique et basé sur la méthode des éléments finis a été développé pour chacun des quatre transistors. Ce modèle prend en compte la température de réseau en tout point des composants. Il permet l’étude et l’analyse détaillée de l’effet de la température sur l’ensemble des paramètres de ces composants. Le modèle a été exploité pour étudier et analyser l’impact des effets thermiques sur les performances statiques et dynamique hyperfréquence de ces composants. Nous l’avons également utilisé pour mettre en évidence le mécanisme d’ionisation par impact dans les transistors MHEMT et MOS-MHEMT via l’analyse du courant de grille. En particulier, des résultats de simulations obtenus pour le HEMT métamorphique à canal composite sur substrat GaAs ont été comparés aux mesures pour valider le modèle proposé. Ces comparaisons mesures/simulations nous ont permis de mieux interpréter les résultats de mesure.