Transistor GaN sur Si 200mm compatible CMOS pour l'amplification de puissance en bande Ka : optimisation de l'empilement de grille - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2022

Transistor GaN on Si 200mm CMOS compatible for Ka band amplification : optimization of gate stack

Transistor GaN sur Si 200mm compatible CMOS pour l'amplification de puissance en bande Ka : optimisation de l'empilement de grille

Résumé

Scaling down transistor's dimensions for high frequency applications creates technological challenges in order to mitigate short channel effects and gate leakage. Moreover, the development of GaN on silicon technology with CMOS compatible process is the key to meet the requirements for large-scale production at a lower cost. In this manuscript, we review the major stakes for the evolution of GaN/Si technologies with CMOS process compatibility and we present the first HEMT on 200 mm silicon substrate developed at CEA Leti for Ka band applications. During the third chapter, the influence of processes on the electrical performance is studied through the comparison of different wafers and promising large-signal results are shown (PAE=40 % and Pout=2,4 W/mm at 30 GHz). Then, the transistors are characterized with small-signal measurements performed at IEMN, in order to identify the limiting factors for higher frequency applications. Finally, the last chapter present preliminary aspects on reliability with the evolution of electrical characteristics after cumulative annealings and the extraction of thermal resistance on two GaN on silicon stacks.
La brique de grille des transistors GaN nécessite un dimensionnement plus compact avec une longueur plus courte (Lg~150 nm) et une barrière plus fine (<10 nm) pour le fonctionnement en bande Ka (~30 GHz). De plus, la compatibilité de fabrication avec les technologies CMOS implique de modifier les techniques de fabrications et les métallisations sans dégrader les performances. Après avoir rappelé les enjeux du développement des technologies GaN/Si compatibles CMOS autour de 30 GHz, le procédé de fabrication des premiers transistors GaN sur substrat silicium 200 mm pour les applications radiofréquence développé au CEA Leti est présenté. L'influence des procédés de fabrications sur les performances électriques est ensuite étudiée en comparant plusieurs plaques démontrant des résultats d'amplification encourageants (PAE=40 % and Pout=2,4 W/mm à 30 GHz). Une analyse des facteurs limitant le fonctionnement en fréquence du transistor est ensuite menée à l'aide de caractérisations petit-signal réalisées à l'IEMN. Finalement, des aspects préliminaires sur la fiabilité des composants sont abordés en observant les variations des performances électriques après des recuits successifs ainsi qu'en extrayant la résistance thermique de deux empilements GaN/Si.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-04088113 , version 1 (03-05-2023)

Identifiants

  • HAL Id : tel-04088113 , version 1

Citer

Antoine Chanuel. Transistor GaN sur Si 200mm compatible CMOS pour l'amplification de puissance en bande Ka : optimisation de l'empilement de grille. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Université de Lille, 2022. Français. ⟨NNT : 2022ULILN034⟩. ⟨tel-04088113⟩
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