Transistor bipolaire Si/SiGe C en nœud CMOS avancé pour applications (sub)-millimétriques

Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHz.