Etude et compréhension du comportement des transistors TBH SiGe au-delà du BVCEO : Définition d’une aire de sécurité (SOA) dans ce régime de fonctionnement

Abstract

Le développement de nouvelles filières BiCMOS permettra, grâce aux améliorations technologiques apportées aux TBH (Transistor Bipolaire à Hétérojonction) SiGe:C, d’atteindre des performance dynamiques au-delà de 0.5 THz. Un aspect important doit être investigué : il s’agit de l’aire de sécurité de fonctionnement (SOA : Safe operating area) au-delà du classique BVCEO. En effet, de par la complexité des futures architectures de TBH(comme la B55X de chez STMicroelectronics) et de par leur taille nanométrique, il est attendu une augmentation des effets physiques présents dans ces transistors. Par ailleurs,en raison de la dépendance croissante de la conception de circuits vis-à-vis des outils logiciels, on s’attend à devoir développer des efforts supplémentaires pour concevoir des modèles compacts davantage prédictifs. Ainsi, le sous-projet SOA est conçu pour décrire l’aire de sécurité de fonctionnement des TBH SiGe :C de taille nanométrique en vue de son intégration dans le modèle compact en tenant compte des aspects critiques.Dans le premier chapitre, une description précise des régimes de fonctionnement au delà de la tension de claquage BVCEO est développée. Le modèle compact HICUM est amélioré pour prendre en compte les mécanismes se produisant dans cette région afin de modéliser précisément le phénomène d’avalanche et l’effet de focalisation du courant au centre de l’émetteur. Une validation de ce nouveau modèle est réalisée au travers de simulations TCAD mais aussi par des caractérisations électriques de différents TBH de tailles variées et pour de multiples températures.Dans le second chapitre, le comportement des transistors bipolaires proche des limites de fonctionnement a été étudié. Une étude de l’effet de focalisation du courant et du phénomène de “snapback” est réalisée pour en définir précisement les limites de fonctionnementà forts courants et tensions et une zone de stabilité est définie.Dans de troisième chapitre, le vieillissement accéléré de TBH est réalisé pour des régimes de fonctionnement aux frontières de la zone de sécurité de fonctionnement. Un modèle de vieillissement est alors développé pour prendre en compte les mécanismes d’usure se produisant dans ces régimes de fonctionnement.En conclusion, ce travail a permis de modéliser de manière précise les TBH SiGe àforts courant et tensions tout en prenant en compte les mécanismes d’usure se produisant dans ces régimes de polarisation.