InP-HEMT for THz applications

InP-HEMT pour les applications THz Le développement de technologies III-V devrait permettre de répondre aux besoins du marché qui nécessite la conception de composants électriques fonctionnant dans les gammes millimétriques et submillimétriques (fréquences THz). On peut citer par exemple le développement de caméra utilisant les ondes millimétriques pour la sécurité et le contrôle d'accès (stade, concert, enregistrement en aéroport…), le spatial, la spectroscopie…Un autre champ d'application important concerne les communications ultra-haut débit sans fil pour la téléphonie mobile actuelle (5G) et surtout future (6G).Il s'avère donc nécessaire de développer des transistors ayant des fréquences de fonctionnement au THz. Les transistors HEMTs sont les meilleurs candidats en termes de performances pour le développement de circuits intégrés de réception d'ondes submillimétriques. La fréquence maximale d'oscillation fmax est un paramètre important pour l'amplification de ces signaux analogiques. Cette fréquence doit être dans la gamme du THz. Des premiers résultats obtenus à l'IEMN indiquent une fréquence maximale d'oscillation de 1,1THz pour des transistors HEMT InAlAs/InGaAs/InAs sur substrat InP. Cette fréquence a été obtenue par extrapolation du gain unilatéral de Mason U mesuré jusque 110GHz. Afin de valider ce résultat à l'état de l'art, il est nécessaire de le confirmer par des mesures au-delà de 110GHz, dans les gammes d'ondes submillimétriques.Dans ces travaux de thèse, nous proposons une caractérisation hyperfréquence sous pointes d'un même transistor jusque 1,1 THz. Cette caractérisation nécessite l'utilisation de plusieurs bancs de mesures sous pointes : 0.25-110GHz, 140-220GHz, 220-325GHz, 325-500GHz, 500-750GHz et 750-1100GHz. Pour cela, nous avons conçus une méthodologie de caractérisation on-wafer large bande (250 MHz - 1,1 THz) basée sur la méthode d'étalonnage multiline Thru-Reflect-Line (mTRL). Un kit d'étalonnage mTRL a été développé à l'aide de l'outils de simulation électromagnétique HFSS-Ansys ; les transistors HEMTs InAlAs/InGaAs/InAs sur substrat InP ont été optimisés et adaptés pour permettre cette mesure large bande. Afin de valider cette conception, le kit mTRL large bande ainsi que des HEMTs ont été fabriqués sur substrat d'InP. Les paramètres petit signal Scattering S d'un transistor HEMT ont été mesurés de 250MHz à 1.1THz. A partir de ces paramètres S, nous avons pu déterminer les principaux gains du transistor jusque 1.1THz et extraire plus précisément les valeurs des fréquences de coupures fT/fmax du HEMT.