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Intégration des mécanismes de défaillance dans le modèle compact des TBH SiGe évoluant au plus proche de l’aire de sécurité de fonctionnement

par Laurence Laffont - publié le , mis à jour le

La soutenance de thèse de Marine COURET intitulée “Intégration des mécanismes de défaillance dans le modèle compact des TBH SiGe évoluant au plus proche de l’aire de sécurité de fonctionnement” se déroulera le mardi 15 décembre à 14h00 dans l’amphithéâtre Jean-Paul DOM du laboratoire IMS (Université de Bordeaux).

En raison de la situation sanitaire actuelle, la soutenance sera vidéo-diffusée sur la chaîne YouTube de la BEE Branch.
Voici le lien de diffusion correspondant : https://youtu.be/nnx2UdfZsVc.

Composition du jury :

M. Frédéric ANIEL - Professeur à l’Université Paris-Sud - Rapporteur
M. Fabien PASCAL - Professeur à l’Université de Montpellier - Rapporteur
M. Jean-Baptiste BEGUERET - Professeur à l’Université de Bordeaux - Examinateur
M. Didier CÉLI - Ingénieur à ST Microelectronics - Examinateur
Mme Nathalie DELTIMPLE - Professeur à Bordeaux INP - Examinatrice
M. Gerhard FISCHER - Ingénieur à IHP Microelectronics - Examinateur
M. François MARC - Professeur à l’Université de Bordeaux - Examinateur
M. Chhandak MUKHERJEE - Chargé de recherche CNRS - Invité
Mme Cristell MANEUX - Professeur à l’Université de Bordeaux - Directrice de thèse

Résumé :

Afin de répondre au marché florissant des applications térahertz, les filières BiCMOS atteignent désormais des fréquences de de coupures supérieures à 0,5 THz. Ces performances dynamiques sont obtenues grâce aux améliorations technologiques apportées aux transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) SiGe.
Toutefois, cette montée en fréquence a entraîné un décalage du point de polarisation des transistors au plus proche, voire au-delà, de l’aire de sécurité de fonctionnement (SOA). En conséquence, de nombreux effets physiques parasites sont déclenchés tels que l’ionisation par impact ou bien l’auto-échauffement pouvant potentiellement activer des mécanismes et ainsi limiter la fiabilité à long terme du transistor.
Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche pour la description et la modélisation de la dégradation par porteurs chauds au sein des TBH SiGe fonctionnant aux frontières de la SOA. L’étude est basée sur une caractérisation approfondie en conditions statiques et dynamiques des transistors. Du fait de ses résultats de mesure, une modélisation de l’ionisation par impact etd e l’auto-échauffement a été proposé permettant d’étendre avec précision le domaine de validité des modèles compacts commerciaux (HiCuM). Au vu du fonctionnement aux limites de la SOA, une campagne de vieillissement a été mise en place afin de mieux cerner l’origine physique de ce mécanisme de défaillance. De ce fait, il a été démontré que la dégradation par porteurs chauds entraîne la création de densités de pièges au niveau de l’interface Si/SiO₂ de l’espace émetteur-base induisant un courant de recombinaison supplémentaire dans la base.
Un modèle compact intégrant des lois de vieillissement (HiCuM-AL) a été développé prédisant l’évolution des paramètres électriques d’un transistor ou d’un circuit au travers d’un facteur de vieillissement accéléré. Afin de faciliter son utilisation dans des outils de conception assistée par ordinateur (CAO), les lois de vieillissement ont été adaptées en fonction de la géométrie et de l’architecture de l’espace émetteur-base. Le modèle a démontré sa robustesse et sa précision pour plusieurs technologies de TBH SiGe et ce, pour différentes conditions de vieillissement.
De plus, une étude de la fiabilité de plusieurs architectures de circuits intégrés a été réalisée menant à une localisation précise des régions les plus sensibles au mécanisme de dégradation par porteurs chauds. Le modèle HiCuM-AL ouvre ainsi la voie à des simulations optimisées pour la conception de circuits millimétriques en terme de performance ; mais aussi de fiabilité à long terme.

Mots-clés :
TBH SiGe - Fiabilité - Modèle compact - Porteurs chauds.

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