Caractéristiques P in -P out , gain et rendement des amplicateurs

Les amplicateurs sont ensuite placés sur le banc de vieillissement et alimentés en classe B : VDS=50V, IDq=200mA, Tc=25°C. La puissance d'entrée varie de 5 à 30 dBm, par pas de 5 dBm. Ensuite, vers la compression, la puissance varie par pas de 0.5 dBm jusqu'à 35 dBm. La caractéristique Pin-Pout de chaque composant est présentée en gure 2.46.

Le gain linéaire présente une certaine dispersion (voir le tableau 2.2 et la gure 2.47). Cependant, à forte compression, les amplicateurs présentent la même puissance et le même gain en sortie. Les amplicateurs sont au minimum à environ 2 dB de compression, pouvant

5 10 15 20 25 30 35 20 25 30 35 40 45 50 P o u t ( d B m ) Pin (dBm) A1 A2 A4 A5 A6 A7

Figure 2.46  Mesures Pin-Pout sur les amplicateurs à t0.

aller jusqu'à 5 dB au maximum pour le composant A7. Celui-ci présente le gain le plus élevé, ainsi que la hauteur de barrière la plus faible (voir la section sur les mesure en mode diode). Cependant, ce n'est pas le transistor donnant le plus de courant de drain (voir gure2.18). Ces diérences peuvent provenir d'une certaine disparité de l'adaptation d'impédance sur les amplicateurs.

Composant Gain linéaire à 20_{dBm (dB)} ^{Gain à 35 dBm}_(dB) ^{Compression à 35}_{dBm (dB)}

A1 12.5 10 1.8 A2 13.5 9.7 3.9 A4 12.6 10.1 2.3 A5 13.2 10.1 2.6 A6 13.9 10.1 3 A7 15.6 10.4 4.6

Table 2.2  Comparaison des gains pour chaque composant à t0.

L'extraction du rendement en puissance ajoutée (PAE) est présentée en gure 2.48. Son expression est rappelée en équation2.16 :

P AE = ^{P outRF} − P inRF

V_DSI_DS (2.16)

Le transistor A7, polarisé de la même manière que les autres composants et donnant plus de puissance, présente naturellement un rendement plus élevé (60% en compression). Le

5 10 15 20 25 30 35 9 10 11 12 13 14 15 16 17 G a i n ( d B ) Pin (dBm) A1 A2 A4 A5 A6 A7

Figure 2.47  Extraction des caractéristiques Pin-gain sur les amplicateurs à t0. rendement moyen se situe autour de 50% pour les composants A6, A5 et A4. Le composant A2 est celui qui présente les valeurs les plus faibles : 36% en compression. Mis à part ce dernier composant, les valeurs de rendement sont dans l'ordre de grandeur de ce que l'on pourrait attendre de cette classe de fonctionnement (50-60%).

5 10 15 20 25 30 35 0 10 20 30 40 50 60 70 P A E ( % ) Pin (dBm) A1 A2 A4 A5 A6 A7

Figure 2.48  Extraction des caractéristiques Pin-PAE sur les amplicateurs à t0. Les gains des amplicateurs présentent une dispersion notable (de 13 à 16 dB en gain petit signal). Il est possible que cela soit dû à une dispersion sur l'adaptation d'entrée des

amplicateurs puisque les caractéristiques DC de ces composants ne présentent pas de dis-persion de cet ordre de grandeur (gure2.18par exemple). La dispersion du courant de drain de saturation IDSS se situant à 40mA/mm.

2.7 Conclusions du chapitre

Ce deuxième chapitre nous a permis de présenter le composant d'étude. Ce transistor de technologie UMS (LG=0.5 µm) se présente en boitier non adapté, permettant au client plus de liberté sur l'utilisation du composant (classe de fonctionnement). Une analyse physique a été conduite en décapsulant le composant, par observations au microscope optique, au microscope électronique à balayage ainsi qu'au microscope électronique en transmission après découpe au FIB. Le contact Schottky de grille a fait l'objet d'une attention particulière puisque c'est une zone critique du composant. Le contact ohmique de drain a aussi été observé an d'obtenir plus d'informations. Ceci permettra par la suite d'aner les hypothèses sur les phénomènes de dégradations éventuels après vieillissement.

Plusieurs composants ont ensuite été caractérisés en mesures IV pulsé (réseaux IDS

-V_DS, IDS-VGS et transconductance). Les composants sont capables de fournir une densité de courant autour de 0.45 A/mm en saturation. Les diérents points de repos sur ces mesures pulsées ont mis en évidence le faible impact du gate-lag sur le composant. Cependant, le drain-lag a beaucoup plus d'inuence puisqu'il est capable d'augmenter la tension de pincement mesurée de 0.5 V ((VGS0,VDS0) = (-7V,50V)).

La méthodologie d'extraction des paramètres thermoïoniques a ensuite été présentée. En utilisant les fonctions de Lambert, les hauteurs de barrière et coecients d'idéalité ont été extraits sur les composants. La hauteur de barrière moyenne se situe à 0.87 eV à 25°C et le coecient d'idéalité autour de 1.47. Le traçé de ΦB en fonction de n (à partir de mesures I-V-T) a montré une dépendance ane entre les deux paramètres, signe de non homogénéité de la barrière Schottky. Cette dépendance est relativement courante sur ce genre de jonctions. La tension d'inversion entre les caractéristiques directe et inverse est décalée d'environ 0.6V, signe d'une densité de charges localisées sous la grille, probablement côté source (mesures en mode grille-source et grille-drain).

Le phénomène de belly shape a été observé sur cette technologie. Ce courant de fuites assisté par pièges disparaît complètement sous mesures UV, ce qui permet de retrouver le coecient d'idéalité initial (avant apparition du courant parasite). Cependant, ce type de mesure n'est pas applicable pendant un vieillissement, la décapsulation étant prohibée. Les mesures de diode grille-drain et grille-source n'ont pas montré de diérence en direct, signe que le courant n'est pas surfacique et correspond bien à un passage assisté par piège aux coins de grille.

La résistance thermique moyenne du composant a été extraite via mesure électrique. La valeur mesurée (3.54°C/W) est en accord avec les données d'UMS à 4.3% près.

Enn, des amplicateurs ont été conçus et réalisés an de permettre le fonctionnement des transistors à 3 GHz tout en supportant les mesures in-situ. Les transistors ont ensuite été caractérisés à cette fréquence. La puissance de sortie moyenne est de 45 dBm à 35 dBm en puissance d'entrée. Le rendement en puissance ajoutée moyen se situe autour de 50% (valeur cohérente avec la classe B). Le gain linéaire présente des disparités importantes, notamment pour le composant A7. Cependant, le gain en compression est stable pour tous les composants, autour de 10 dB.

Banc athermique de caractérisation

des pièges longs

Le deuxième chapitre a traité des premières caractérisations du composant d'étude. Ces mesures statiques et dynamiques sont un bon point de départ avant une étude de abilité. L'étude des pièges au sein du transistor est néanmoins une composante essentielle de l'état initial. Dans ce chapitre, nous allons tout d'abord décrire certaines des mesures existantes utilisées pour la caractérisation des pièges (DLTS - Deep Level Transient Spectroscopy, DLOS - Deep Level Optical Spectroscopy, bruit basse fréquence). Ensuite, les diérentes méthodes d'extractions utilisées an de traiter les transitoires de courant seront abordées. Elles seront par la suite comparées sur la base de leur précision. Un modèle de courant de drain en fonction des densités de pièges sera proposé an de permettre l'extraction d'informations supplémentaires à partir des transitoires de courant.

An de simuler les eets thermiques dans les transitoires à mesurer, un modèle simplié de la source de courant sera présenté. Deux cas de gures seront envisagés : Un transitoire en mode DC et un transitoire en mode pulsé (A-DCTS - Athermal Direct Current Transient Spectroscopy). L'intérêt d'une mesure athermique de pièges sera souligné. Un complément aux extractions par A-DCTS par mesure de bruit basse fréquence sera eectué an de compléter la caractérisation de l'état de piégeage dans le composant.

3.1 Descriptif des mesures de transitoires existantes

Les eets des phénomènes de piégeage étant réellement conséquents dans les technologies III-V (et particulièrement le GaN ces dernières années), un arsenal de méthodes a été mis en place an de les caractériser et les localiser. La liste de méthodes présentée ci-dessous n'est pas à caractère exhaustif, elle représente diérentes techniques usuelles destinées à la mesure de pièges par transitoires de courant. Les gammes temporelles et thermiques explorées sont parfois diérentes et soulignent la complémentarité de ces mesures.