UNIVERSITE DE LIMOGES

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UNIVERSITE DE LIMOGES
ECOLE DOCTORALE SCIENCES ET INGENIERIE POUR L'INFORMATION
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
Laboratoire XLIM Département C2S2 UMR CNRS 6172
These No[73-2009]
Thèse
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE LIMOGES
Discipline : Electronique des Hautes Fréquences, Photonique et systèmes
Présentée et soutenue le 14 Decembre 2009 par
Alaa SALEH
Caractérisation en impulsions étroites et modélisation de transistors
bipolaires à hétérojonction en technologie InP
Directeurs de Thèse : Jean Michel Nebus et Guillaume Neveux
Jury :
Président
Raymond QUERE Professeur, Université de Limoges
Rapporteurs
Joaquin PORTILLA Professeur, Université de BilBao
Nathalie ROLLAND Professeur, Université de Lille
Examinateurs
Jean GODIN Ingénieur, Alcatel-Thalès III-V Lab Marcoussis
Guy JESTIN Ingénieur, CELAR-DGA, CESSON- SÈVIGNÈ
Jean-Michel NEBUS Professeur, Université de Limoges
Guillaume NEVEUX Maître de conférences, Université de Limoges
Invités
Denis BARATAUD Maître de conférences (HDR), Université de Limoges
Tibault REVEYRAND Ingénieur d’etudes CNRS - Université de Limoges

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Remerciements
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Cette thèse a été préparée entre 2006 et 2009 au laboratoire XLIM, Unité Mixte de Recherche
n°6172 du CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) au sein du département C2S2
(Composants Circuits Signaux et Systèmes Hautes Fréquences) sur le site de la Faculté des
Sciences et Techniques de Limoges.
Je remercie dans ce contexte Monsieur CROS de m’avoir accueilli dans ce laboratoire de
recherche.
J’exprime mes sincères remerciements à Monsieur le Professeur Raymond QUERE pour
m’avoir accueilli au sein de son département C²S² « Composants Circuits Signaux et
systèmes Hautes Fréquences » à Xlim.
Je témoigne toute ma gratitude et ma reconnaissance à Monsieur le Professeur Jean-
Michel NEBUS à Monsieur Guillaume Neveux (Maître de Conférence) et Monsieur Denis
Barataud (HDR) pour avoir dirigé mes travaux de thèse de Doctorat. Je les remercie pour leur
encadrement, leur expérience, leur disponibilité, leur aide, leur soutien et leurs conseils
précieux et avisés tout au long de cette thèse.
Je remercie particulièrement Monsieur Tibault Reveyrand (Ingénieur CNRS) pour ses
conseils précieux et pour la qualité des mesures fonctionnelles des transistors dans le domaine
temporel.
Je tiens à remercier chaleureusement l'ensemble des membres du Laboratoire C2S2 pour leur
sympathie.
J’exprime également ma sincère reconnaissance à Madame M.C. LEROUGE pour sa
gentillesse, sa disponibilité et son aide précieuse durant ces trois années.
Enfin j'adresse un remerciement tout particulier à ma famille, notamment à mon père, à ma
mère pour leur soutien, leurs encouragements constants au cours de ces trois années. Je leur
suis reconnaissant aussi d’avoir toujours cru en moi. A mes frères, A mes sœurs, et à tous mes
amis.

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CHAPITRE I 11
PRESENTATION DES TECHNOLOGIES DE TRANSISTORS POUR LES
FONCTIONS ELECTRONIQUES ULTRA RAPIDES 11
I. Introduction générale________________________________________13
II. Technologies de transistors Bipolaires :________________________13
II.1. L’apport de l’hétérojonction..................................................................................... 15
II.2. Hétérojonction III-V................................................................................................. 16
II 3 Heterojonction IV –IV (TBH SiGe ) ...................................................................... 18
II.3. Développement des TBH InP................................................................................... 22
III. La Technologie (MOS) ___________________________________27
IV. Technologie HEMT _______________________________________28
V. La technologie TBH InP d’Alcatel Thalès III-V Lab. _____________30
V.1. Présentation de la structure épitaxiale...................................................................... 31
V.2. Croissance épitaxiale................................................................................................ 34
V.3. Enchaînement technologique ................................................................................... 38
VI. Facteurs de Mérite du TBH _________________________________40
VI.1. Fréquence de transition FT : ................................................................................... 40
VI.2. Fréquence maximale d’oscillation : ........................................................................ 41
VI.3. Densité de courant maximale JKirk : ........................................................................ 41
VI.4. Temps de propagation – Retards............................................................................. 42
VI.5. Quelques aspects importants de dimensionnement et d’optimisation .................... 43
VI.5.1. Diminution des dimensions.............................................................................. 43
VI.5.2. Région de l’émetteur :...................................................................................... 44
VI.5.3. Région de la base : ........................................................................................... 45
VII. Conclusion ______________________________________________54
CHAPITRE II 63
CARACTERISATION ET MODELISATION DE TRANSISTOR BIPOLAIRE A
HETEROJONCTION EN TECHNOLOGIE INP 63
I. Description du banc de mesure ________________________________65
I.1. Objectif ...................................................................................................................... 65
I.2. Mesure de paramètres [S] .......................................................................................... 65
I.3. Mesure de réseaux de caractéristiques I/V: ............................................................... 69
I.3.1. Mesures I/V en mode DC ................................................................................... 70
I.3.2. Mesures I/V en impulsions étroites..................................................................... 75
I.4. Mesures fonctionnelles grand signal :........................................................................ 81
I.4.1. Mesure de puissance à la fréquence fondamentale :........................................... 81
I.4.2. Mesure de formes d’ondes temporelles ............................................................. 83
I.5. Conclusion : ............................................................................................................... 86