Modelling, fabrication and characterization of localizable carrier depletion and trapping techniques in high-resistivity silicon substrates for advanced radiofrequency technologies
Modélisation, fabrication et caractérisation des techniques de désertion et de piégeage des charges localisables dans les substrats de silicium à haute résistivité pour les technologies radiofréquence avancées
Résumé
Telecommunication standards are presently undergoing a notable transformation, driven particularly by the recent integration of 5G technology into the realm of electronics. The escalating demand for data consumption, facilitated by increasingly potent mobile devices designed primarily for greater self-sufficiency, presents a significant challenge for the field of microelectronics research. Additionally, the extensive utilization of wireless sensors in domains such as self-driving vehicles, aviation, railways, and the Internet of Things underscores the necessity for innovative technological remedies to address these pressing requirements.Silicon-on-insulator (SOI) technologies are exceptionally well-suited to navigate these dynamic shifts. Among them, FD-SOI technology stands out due to its transistors, known for their adaptability in radio frequency (RF) applications and low energy consumption. Nevertheless, it's noteworthy that microelectronics research has long fixated on the transistor itself, often neglecting the underlying substrate. Since 2013, the inclusion of a polysilicon layer rich in traps has exhibited its efficacy, significantly contributing to the overall enhancement of SOI products.However, in the context of advanced technologies, especially those below the 45 nm threshold, the fabrication of this polysilicon layer, originally executed on a substrate-wide scale, has grown progressively intricate. Within the scope of this thesis, our primary focus revolves around producing material layers akin to the industry-standard trap-rich polysilicon, albeit in a localized manner. This approach strives to render these novel material layers compatible with advanced technologies. The goals of this thesis encompass the cost-effective manufacture of these layers while ensuring their resilience and adherence to the standards of both current and future telecommunications networks. Throughout this thesis, we will demonstrate that it's feasible to attain solutions exhibiting comparable, if not equivalent, electrical performance to the industrial benchmark of wafer-scaled polySi trap-rich. The proposed solutions emerge as viable candidates for advanced RF technologies, offering an alternative to the trap-rich approach that has been in use for the past decade.
Les normes de télécommunication sont actuellement en train de subir une transformation significative, en particulier avec l'introduction récente de la technologie 5G sur le marché grand publique. La demande croissante en consommation de données via des appareils mobiles de plus en plus puissants, principalement axés sur l'obtention d'une plus grande autonomie, constitue un défi majeur pour la recherche en microélectronique. De plus, l'utilisation généralisée de capteurs sans fil dans des domaines tels que les véhicules autonomes, les avions, les trains et l'Internet des objets souligne la nécessité de nouvelles solutions technologiques pour répondre à ces demandes.Les technologies de silicium sur isolant (SOI) sont particulièrement bien adaptées pour répondre à ces dynamiques. Parmi elles, la technologie FD-SOI se distingue par ses transistors, reconnus pour leur adaptabilité aux applications RF et leur faible consommation d'énergie. Cependant, il convient de noter que pendant longtemps, la recherche en microélectronique s'est concentrée sur le transistor lui-même, négligeant souvent le substrat. Depuis 2013, la présence d'une couche de polysilicium riche en pièges a démontré son efficacité, contribuant de manière significative à l'amélioration globale des produits SOI.Cependant, dans le contexte des technologies avancées (inférieures à 45 nm), la fabrication de cette couche de polysilicium, initialement produite à l'échelle du substrat, est devenue de plus en plus complexe. Dans le cadre de cette thèse, notre objectif sera de créer des couches de matériaux similaires au polysilicium riche en pièges conforme à la norme industrielle, mais de manière localisée. Cette approche vise à rendre ces nouvelles couches de matériau compatibles avec les technologies avancées. Les objectifs de cette thèse comprennent la production rentable de ces couches tout en garantissant leur résilience et leur conformité aux normes des réseaux de télécommunication actuels et futurs. Nous verrons à travers cette thèse qu'il est possible d'obtenir des solutions présentant des performances électriques comparables, voire équivalentes, à la référence industrielle du polysilicium riche en pièges à l'échelle des plaquettes. Les solutions proposées se positionnent comme des candidats viables pour les technologies RF avancées, offrant une alternative à l'approche du polysilicium riche en pièges qui est utilisée depuis une décennie.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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