Calibrage sur plaquette et caractérisation des dispositifs à ondes (sub)millimétriques

Abstract

Les mesures de précision jouent un rôle crucial dans l'électronique, en particulier dans la caractérisation des transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) à base de silicium embarqués dans des dispositifs pour applications THz utilisant la technologie BiCMOS. Grâce aux innovations récentes en termes de fabrication de technologies à l'échelle nanométrique, les dispositifs capables de fonctionner dans la région des ondes submillimétriques deviennent une réalité et doivent répondre à la demande de circuits et de systèmes haute-fréquence. Pour disposer de modèles précis à de telles fréquences, il n'est plus possible de limiter l'extraction des paramètres en dessous de 110 GHz, et de nouvelles techniques permettant d'obtenir des mesures fiables de dispositifs passifs et actifs doivent être étudiées.Dans cette thèse, nous examinerons la caractérisation des paramètres S sur silicium (on-wafer) de différentes structures de test passives et des HBT SiGe en technologie B55 de STMicroelectronics, jusqu'à 500 GHz. Nous commencerons par une introduction de l'équipement de mesure habituellement utilisé pour ce type d'analyse, puis nous passerons aux différents bancs de mesure adoptés au laboratoire IMS, et enfin nous nous concentrerons sur les techniques de calibrage et d’épluchage (de-embedding), en passant en revue les principales criticités de la caractérisation haute-fréquence et en comparant deux algorithmes de calibrage on-wafer (SOLT et TRL) jusqu'à la bande WR-2.2.Deux cycles de production de photomasques pour la caractérisation on-wafer, tous deux conçus à l'IMS, seront présentés: nous introduirons un nouveau design du floorplan et évaluerons sa capacité à limiter les effets parasites ainsi que l'effet de son environnement (substrat, structures voisines et diaphonie). Pour notre analyse, nous nous appuierons sur des simulations électromagnétiques et des simulations EM mixtes de modèle compacte + sonde, toutes deux incluant les modèles des sonde pour une évaluation des résultats de mesure plus proche des conditions réelles.Enfin, nous présenterons quelques structures de test pour évaluer les impacts indésirables sur les mesures d'ondes millimétriques et de nouvelles solutions de conception de lignes de transmission. Deux designs prometteurs seront soigneusement étudiées: le "layout M3", qui vise à caractériser le DUT dans un étalonnage à un seul niveau, et les "lignes à méandre", qui maintiennent la distance entre les deux sondes constante en évitant tout déplacement pendant les mesures sur silicium.