a. Mesures de paramètres [S] en impulsions

Pour extraire les paramètres du modèle, nous nous appuyons sur des mesures de paramètres [S] effectuées à un point de polarisation précis.

Afin de modéliser le plus fidèlement possible ces composants soumis à des phénomènes de piégeage, deux façons de procéder sont possibles.

La première consiste à utiliser une mesure de paramètres [S] effectuée au point de repos correspondant au point de fonctionnement souhaité dans l’application future. A ce point de polarisation, le fonctionnement du transistor est proche de celui utilisé en régime fort signal, étant donné que l’état thermique et de piège du composant dépendra du point de repos statique choisi et de la puissance du signal hyperfréquence en entrée.

La deuxième méthode consiste à fixer comme point de repos VDS = 0V et VGS = 0V puis de

mesurer les paramètres [S] synchronisés dans des impulsions de tensions de commande VGS et

VDS. Cette polarisation instantanée devant correspondre au point de polarisation statique de

l’application future. Pour ne pas modifier l’état thermique du composant lors de la mesure, il faudra choisir des temps d’impulsions suffisamment courts ainsi qu’un rapport cyclique adapté minimisant les effets mémoires. Avec cette méthode, la contribution des phénomènes de piégeage et dépiégeage ainsi que la contribution des effets thermiques sont minimisées et il faudra alors les modéliser par l’ajout de modules supplémentaires dans le modèle global.

Puisque nous obtenions des résultats de mesure I-V dégradés en choisissant un point de

repos à VDS = 19V, IDS = 100mA/mm sur ce composant, nous avons opté pour une mesure de

paramètres [S] impulsionnelle avec comme point de repos VDS = 0V, VGS = 0V. Nous avons

fixé une durée de pulse de 10µs, pour une période de 100µs. Cette largeur d’impulsion est la plus courte possible vis-à-vis de la dynamique disponible de l’analyseur de réseau vectoriel. Nous verrons, dans la partie III.3 de ce chapitre, que pour des mesures de courant-tension en impulsions sans mesures de paramètres [S], nous utilisons un temps d’impulsion beaucoup plus court : 850ns de pulse pour une période de 10µs.

Nous ajouterons par la suite des modules modélisant les phénomènes de piégeage (cf. § III.6) et de dépendances thermiques (cf. § III.5).

Depuis de nombreuses années, le laboratoire Xlim a développé des bancs et des techniques

de mesure impulsionnelle [45], [46], [69]–[71] dont la valorisation a conduit à la création, par

d’anciens doctorants, de la société AMCAD Engineering. Ainsi, le banc de mesures de paramètres [S] disponible au laboratoire Xlim et utilisé pour cette thèse, repose sur l’utilisation d’un analyseur de réseau vectoriel Rhode & Schwarz ZVA40 couplé à un boitier d’alimentations impulsionnelles de type BILT, fourni par l’entreprise AMCAD Engineering. Le traitement des données se fait au travers du logiciel IVcad, également développé par cette entreprise.

Un synoptique de ce banc de mesure de paramètres [S] impulsionnels est présenté Figure III.8.

Figure III.8 : Synoptique du banc de mesure de paramètres [S] pulsés disponible au laboratoire commun, pour des mesures sous-pointes en température avec chuck thermique.

Le Tableau III.1, donne les valeurs des paramètres extrinsèques et intrinsèques du schéma

équivalent petit signal pour notre transistor au point de polarisation instantanée : VGS = -3,5V ;

VDS = 19V. A ce point de polarisation instantanée, le courant IDS = 30mA (100mA/mm) et le

courant de fuite IGS = 17µA.

GPIB Chuck Thermique -65 °C < T < 200 °C Transistor sous pointes Sonde polarisation drain Té de polarisation RF DC RF+DC Plan de référence de base Plan de référence après calibration Sonde polarisation grille Trigger

Tableau III.1 : Paramètres extrinsèques et intrinsèques pour un modèle petit-signal à une polarisation de VGS = -3,5V ; VDS = 19V ;IDS=100mA/mm. Paramètres extrinsèques Rg(Ω) Rd(Ω) Rs(Ω) Lg(pH) Ld(pH) Ls(pH) Cpg(fF) Cpd(fF) 1,2 3,75 1,5 37,5 10,16 1,4 9,42 23,6 Paramètres intrinsèques Cgs(fF) Cgd(fF) Cds(fF) Ri(Ω) Rgd(Ω) τ(fs) gm(mS) gd(mS) 250 35 44 0.5 15 937 63 4,9

Ces paramètres permettent de construire un modèle petit signal dont les résultats de simulations de paramètres [S] sont présentés Figure III.9, juxtaposés avec les résultats de mesure.

Les comparaisons de résultats de mesures avec ceux obtenus en simulation démontrent un très

bon accord. Seule la forme du paramètre S22 simulé ne correspond pas exactement à la mesure,

autour de 16GHz. Autour de cette fréquence, on observe sur la mesure, dans une représentation en abaque de Smith, une légère cassure due à une remontée observable sur la courbe de la partie imaginaire. Cet effet est difficile à reproduire avec le modèle et nous considérons cette différence comme acceptable vis-à-vis de la bonne correspondance entre les mesures et les

simulations pour les autres paramètres mais aussi car le paramètre S22 est bien modélisé autour

de 30GHz, fréquences auxquelles le transistor devra fonctionner dans son application future. Puisque les paramètres extrinsèques et intrinsèques du modèle ont été extraits à un point de polarisation particulier, nous ne pouvons pas, à ce stade, faire de comparaisons à d’autres points de polarisation. Pour cela, il sera nécessaire de créer un modèle de source de courant et des

modèles de capacités CGS et CGD non-linéaires non-linéaires. Ces deux points sont abordés

Figure III.9 : Comparaisons entre des résultats de paramètres [S] obtenus par la simulation du modèle petit-signal et par des mesures pulsées (VGS0=0V, VDS0=0V) pour le transistor TS567_6x50D2S1G15 au point de polarisation VGS = -3,5V ; VDS = 19V ; IDS = 100mA/mm.

III.2.b.Importance du deembedding pour la modélisation à haute fréquence