b. Importance du deembedding pour la modélisation à haute fréquence

cohérentes avec celles attendues, cela peut être un signe du mauvais dimensionnement du deembedding. En effet, plus la fréquence d’utilisation sera élevée, plus les mesures seront sensibles aux inductances parasites et un mauvais dimensionnement des lignes d’accès au transistor décalerait le plan de référence considéré pour l’établissement du modèle du transistor. On obtiendrait alors des valeurs de paramètres du modèle biaisées, pouvant être problématiques lors de la conception de circuits. A titre d’exemple, l’ajout d’une inductance de l’ordre de 30pH devant l’inductance de grille, peut entraîner un décalage significatif de la bande de fréquence d’un amplificateur de plusieurs gigahertz vers les basses fréquences.

Tenant compte de ces observations, pour l’élaboration d’un modèle devant fonctionner à plusieurs dizaines de gigahertz, effectuer le deembedding en utilisant des modèles de lignes fournis par la bibliothèque du logiciel ADS est-il toujours bien adapté ?

Des lignes coplanaires étant présentes sur la plaquette étudiée, nous avons comparé leurs mesures de paramètres [S] avec les résultats de simulation de ces lignes. Pour les simulations, nous avons utilisé le modèle électrique de lignes microruban couplées de type MACLIN3, un modèle électromagnétique (EM) calculé avec l’outil MOMENTUM et un second modèle EM calculé avec l’outil Ansoft Designer. La Figure III.10 présente le layout d’une de ces lignes coplanaires. Ce layout a été utilisé pour la création d’un modèle EM prenant en compte les spécificités des couches du wafer TS567.

Figure III.10 : Layout d’une ligne coplanaire issue du masque Ganak.

La modélisation sous MOMENTUM a été développée en choisissant des ports de simulation coplanaires, c’est-à-dire que l’on force les ports identifiés 3 et 4 sur la Figure III.10 à être les références de masse du port 1 (et de même avec les ports 5 et 6 pour le port 2). Cette technique est censée représenter au mieux le comportement des pointes hyperfréquences. Sous Ansoft

Designer, nous avons essayé deux types de ports différents : le premier essai consistait à positionner les ports sur le bord extérieur des pads d’accès et le deuxième essai testait l’effet des ports de simulations positionnés sur la surface des pads d’accès.

Le modèle à base d’éléments MACLIN3 de la bibliothèque du logiciel ADS, correspondant à cette ligne, est donné Figure III.11.

Figure III.11 : Modélisation de la ligne coplanaire du masque Ganak utilisant des éléments MACLIN3.

Les épaisseurs et les propriétés des différentes couches des matériaux utilisées pour la conception des éléments passifs du wafer TS567 sont données dans le Tableau III.2 ci-dessous.

Tableau III.2 : Paramètres des couches utilisées dans la conception des éléments passifs du wafer TS567 Epaisseur de substrat SiC Constante diélectrique du SiC Perméabilité relative Conductivité du métal Epaisseur du métal Tangente de perte 350µm 10,2 1 3,7x10⁷ S/m 2µm 1x1^-4

L’emplacement des pointes RF ayant servies à la mesure de paramètres [S] de cette ligne est difficile à connaître précisément. Cependant, nous savons que l’ingénieur en charge de ses mesures cherche à se positionner vers le milieu du pad RF. Nous avons donc cherché à ajuster leur position en simulation pour correspondre aux mesures. Pour ce faire, il suffit d’ajuster la longueur des éléments CPW1, CPW2, Clin1 et Clin3 pour le modèle MACLIN3 (cf. Figure III.11) ou de décaler la position des ports le long des pads d’accès pour les modélisations EM. La Figure III.12 présente les comparaisons entre les résultats de mesures de paramètres [S] de la ligne coplanaire du wafer TS567 et les résultats de simulation des modèles EM et MACLIN3 pour le meilleur ajustement de la position des pointes. Les emplacements des pointes correspondant à ces meilleurs ajustements sont schématisés sur la représentation de la ligne insérée dans la Figure III.12.

On constate que les emplacements simulés des pointes RF dans le cas de la modélisation électromagnétique et dans le cas de la modélisation à base d’éléments MACLIN3 sont très différents. En effet, pour retrouver les mêmes résultats qu’en mesure, il faudrait que les pointes soient positionnées à 127µm des bords extérieurs des pads d’accès pour la modélisation EM MOMENTUM (c’est-à-dire au bord de la ligne elle-même), alors que pour la modélisation à base d’éléments MACLIN3, les pointes devraient se trouver à seulement 42µm des bords extérieurs des pads d’accès. Soit une différence de 85µm, que nous ne pouvons expliquer aujourd’hui. La modélisation EM effectuée avec le logiciel Ansoft Designer a donné le même résultat que l’outil MOMENTUM, pour des simulations avec des ports positionnés sur la surface des pads d’accès. Par contre, dans le cas de l’utilisation des ports positionnés sur le bord du pad, nous avons retrouvé un bon accord avec la mesure si le pad était coupé en deux. Ce qui se rapproche du postulat que les pointes ont été posées au milieu du pad lors de la mesure.

Figure III.12 : Comparaisons entre les résultats de mesures de paramètres [S] effectuées sur une ligne du wafer TS567 et les résultats de simulations reposant sur un modèle électromagnétique de l’outil MOMENTUM et sur un modèle à base d’éléments MACLIN3. Le

schéma représentant la ligne indique les positions des pointes à renseigner pour chacune des deux modélisations afin de retrouver ces résultats.

Puisque la mesure de paramètres [S] a été effectuée vers le milieu des pads d’accès, la modélisation circuit à base d’éléments MACLIN3 ou une simulation sous Ansoft Designer avec des ports placés sur le bord des pads découpés en deux semblent donc être à privilégier.

La Figure III.13 illustre la différence de rapport de phase observée pour une modélisation électromagnétique MOMENTUM de cette même ligne, mais pour deux positionnements des pointes RF différents : à 58µm et à 127µm des bords extérieurs des pads d’accès, soit une différence de 69µm entre les deux essais. Cette différence de phase correspond à une inductance équivalente de 96pH (48pH pour une ligne de 69µm). Le moteur de simulation ADS Momentum semble donc être à utiliser avec précautions.

Figure III.13 : Comparaisons des rapports de phase observés entre deux simulations électromagnétiques d’une ligne coplanaire du wafer TS567 considérant deux positionnements

des pointes RF différents.

Ces constatations mettent en avant l’importance des longueurs de lignes en jeux à des fréquences de plusieurs dizaines de gigahertz. Pour la suite de nos travaux, nous avons utilisé le modèle à base de l’élément MACLIN3 car les simulations EM sous l’outil MOMENTUM démontraient un plan de référence trop éloigné du posé de pointes considéré en mesure.