Modélisation des composants M.O.S. de puissance modernes en régimes de commutation et d'amplification radio fréquence ( Radiotéléphonie mobile, 950 et 1900 MHz)

Abstract

Ce mémoire traite de la modélisation électrique des transistors VDMOS et LDMOS de puissance en régimes de commutation rapide et d’amplification de puissance Radio Fréquence (RF) dans les bandes étroites 890-915 MHz et 936-960 MHz dédiées au système européen GSM "Groupe Spéciale Mobile" et 1,8-2,2 GHz qui correspond à la norme DCS 1800 dédiée au système de radiotéléphonie cellulaire (extension de la bande GSM 900 MHz). Dans un premier temps, nous rappelons les différents types de structures VDMOS et LDMOS réalisées actuellement à l’échelle industrielle. Plus précisément, nous décrivons la structure LDMOS moderne et les structures VDMOS à simple niveau d’oxyde, double niveau d’oxyde de la zone intercellulaire ainsi que les structures à grilles partielles qui font l’objet de cette étude. Ensuite, nous présentons un modèle physique complet de ces composants, adapté pour tous régimes de fonctionnement. Tous les éléments du modèle dépendent des données physiques, technologiques et géométrique de la structure, imposées par les règles de destin "Layout" lors de la fabrication. Ce modèle est implanté dans le simulateur de circuit ESACAP, puis nous le validerons en régimes statiques et de commutation "attaque de la grille à courant constant et commutation sur charge résistive". En ce qui concerne les structures LDMOS RF de puissance, nous proposerons un modèle multicellulaire compatible avec le logiciel PSPICE, tenant compte de tous les mécanismes physiques essentiels existants dans ces structures. Plus précisément, le phénomène de quasi saturation est pris en compte. Ce modèle permet de prévoir les performances radio fréquence de ces dispositifs : gain en puissance, puissance de sortie, rendement en puissance ajoutée et puissance dissipée dans le transistor. L’influence de la classe de polarisation ainsi que la tension de l’électrode de drain sur ces performances est également étudiée et analysée. Ce modèle multicellulaire permet de faire une étude de la sensibilité aux valeurs des paramètres électriques. Enfin, nous nous intéressons à l’étude et à l’origine physique de la distorsion d’intermodulation d’ordre trois (IMD3) des transistors VDMOS et LDMOS fonctionnent en régime d’amplification de puissance grand signal. Nous montrons que les performances, au sens de la distorsion d’intermodulation et gain en puissance, sont principalement imposées par les courbes des caractéristiques statiques IDS(VDS) dans la zone ohmique.