Reference Impedance Determination Method

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Evolution des composants actifs micro-ondes

• Sources hyperfréquences disponibles dans les
  années 60
• Tubes
• klystrons
• magnétrons
• carcinotrons
• tubes à ondes progressives
• Problèmes
• besoin dune alimentation haute tension
• poids élevé
• coût
• durée de vie
• Exemple carcinotron CSF
• f 300 GHz, P 10 mW, Valim 10 000 Volts
• durée de vie 1000 heures
• poids plusieurs kg

Source G. Salmer, A. Cappy, E. Constant,
Institut d Electronique et de Microélectronique
du Nord (IEMN), Novembre 2001
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Evolution des composants actifs micro-ondes

• Diodes disponibles dans les années 60
• Matériaux ? Germanium Eg 0.72 eV
• ? Silicium Eg 1.12 eV
• ? GaAs (qualité ??) Eg 1.42 eV
• Possibilités ? Jonction PN
• ? Barrière Schottky
• Applications ? détection
• ? mélange
• ? limiteur
• ? amplificateur paramétrique
• Problèmes ? structure dipôle
• ? diodes à pointes ?résistances série parasites

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Institut d Electronique et de Microélectronique
du Nord (IEMN), Novembre 2001
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Transistor à effet de champ
source
grille
couche active
substrat
?? Applications microondes dans les années 60
?? principe modulation de lépaisseur du canal
en fonction de la tension grille-source Problèmes
? matériau Si ?mauvaise mobilité des
porteurs ?substrat non isolant ?
impossibilité de faire des grilles très
courtes
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Transistor bipolaire silicium
émetteur
base
base
NDE
Si
Rb
eb
Si
collecteur

• pour augmenter fT il faut diminuer eb, mais
  alors Rb augmente
• pour ne pas trop augmenter Rb il faut augmenter
  NAB
• mais le gain en courant est proportionnel à NDE
  /NAB

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Institut d Electronique et de Microélectronique
du Nord (IEMN), Novembre 2001
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Composants nouveaux des années  65
Les diodes à transfert électronique (GUNN) Les
diodes IMPATT
suscitent lintérêt

• Milieux industriels
• technologies de réalisation aisées
• insertion et utilisation faciles dans circuits
  micro-ondes

• Milieux universitaires
• principes de fonctionnement largement innovants
• utilisation de phénomènes physiques découverts
  récemment

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Composants nouveaux des années  65
Les diodes à transfert électronique (GUNN)
anode
Contacts Au
Active layer (GaAs ou InP)
e
cathode
Matériaux ? AsGa ou InP Propriétés ? f en
oscillation souvent proportionnelle à 1/e (10 GHz
si e10 µm) ? fréquence limite de fonctionnement
(150 GHz) limitée par le temps de transfert
intervallée (InP meilleur que GaAs) ? bruit
important Applications ? oscillateur faible
puissance simple et peu coûteux ? radar
Doppler, anticollision, détecteur dintrusion
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Composants nouveaux des années  65
Diodes à avalanche et temps de transit (IMPATT)
Matériaux ? Si puis AsGa ou InP Propriétés ?
fréquence en 1/e (10 GHz si e 3 µm) ? très
nonlinéaire ? bruit très important Application ?
multiplicateur
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Composants nouveaux des années  65

• 3 raisons
• manque de performances
• structure dipole
• progrès des structures tripoles

Mais grâce aux travaux sur ces composants, la
technologie GaAs a beaucoup progressé
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Amélioration du transistor bipolaire en 85
émetteur
base
base
AlGaAs
GaAs
eb
1020 At/cm3
GaAs
collecteur

• Rappel pour ne pas trop augmenter Rb il faut
  augmenter NAB mais le gain en courant est
  proportionnel à NDE /NAB
• Idée utiliser pour la base un semiconducteur de
   gap  plus petit que celui de lémettteur, de
  manière à avoir une discontinuité dEv de la bande
  de valence qui induit un gain en courant de la
  forme
• (NDE/NAB) e(dEv/kT)

Semiconducteurs petits gaps utilisés GaAs
(émetteur AlGas) SiGe (émetteur
Si) GaInAs (émetteur InP)
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Amélioration du transistor à effet de champ (FET)
source
Lg
grille
largeur de grille
drain
couche active
Substrat GaAs
Progrès ? qualité du matériau ? maîtrise du
substrat semi-isolant ? diminution des
longueurs de grille Lg de 1µm à 0.05 µm ?
augmentation du Ft Intérêt ? composant
universel faible bruit, puissance,
amplification, oscillation, mélange ?
possibilité dintégration monolithique
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Amélioration du transistor à effet de champ
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Evolution du facteur de bruit des composants
microondes
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Evolution de la densité de puissance des
composants microondes
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Evolution de la fréquence de coupure des
composants microondes
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