Caractérisation et modélisation non-linéaire des effets thermiques et de pièges dans les transistors microondes MESFET et HEMT

Abstract

Dans ce travail, nous proposons un nouveau modèle non-linéaire des transistors MESFET et HEMT microondes qui est capable de prendre en compte les effets limitatifs, thermiques et de pièges, présents dans ces dispositifs. Le modèle, associé à une topologie adéquate de circuit électrique équivalent et à une procédure spécifique d’extraction de ses paramètres, permet de reproduire le comportement du transistor à un large intervalle de température ambiante sous les conditions de fonctionnement suivantes : régime statique (DC), régime impulsionel pour différents points de polarisation de repos, et régime RF petit et grand-signal. Ainsi, le modèle proposé, qui est facilement implémentable dans les logiciels de CAO des circuits, inclut une description dynamique des effets de pièges sur les caractéristiques électriques et des phénomènes thermiques, permet d’augmenter la précision des modèles classiques ainsi que leurs domaines de validité. Les résultats de simulation, comparés avec les mesures petit et grand-signal effectuées sur différents dispositifs de différentes technologies (GaAs MESFET/HEMT, GaN HEMT), démontrent sa précision et son très large domaine d’utilisation. Avant la description du modèle, une méthode de caractérisation des effets thermiques (auto-échauffement, température ambiante) et de pièges (gate-lag, drain-lag, collapse) basée sur les mesures en impulsions a été proposée. Cette approche expérimentable sépare les effets de pièges des effets thermiques ; ceci nous permet d’une part, de connaître l’influence de ces effets sur les performances du dispositif, et d’autre part, d’obtenir toutes les informations utiles pour leur modélisation.