Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Cet article traite des circuits intégrés microondes (MMIC). Il décrit les principes de fonctionnement des transistors à effet de champ et bipolaires relatifs aux principales filières technologiques de circuits intégrés hautes fréquences. L'article insiste sur une description précise des filières technologiques disponibles aux concepteurs de MMIC, et des diverses approches de modélisation électrique de ces transistors.
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Christian RUMELHARD : Professeur au Conservatoire national des arts et métiers Laboratoire de physique des composants électroniques
INTRODUCTION
La conception des circuits intégrés monolithiques micro-ondes implique une connaissance approfondie des composants actifs et passifs pour plusieurs raisons.
Lors de la réalisation du premier circuit intégré analogique monolithique micro-onde, il existait un seul transistor : le MESFET GaAs. Maintenant, les transistors fonctionnant en micro-ondes sont devenus très nombreux et peuvent se trouver sur différents substrats. À chacun de ces composants actifs correspond une technologie ayant des performances et une maturité différentes. La première étape de la conception d’un circuit devra se soucier du choix du composant actif, donc d’une technologie.
Une fois le choix du composant actif effectué, il faut disposer de modèles qui décrivent les performances correspondant au circuit à réaliser et ceci en fonction de la largeur des grilles pour les FET ou de la longueur de l’émetteur pour les transistors bipolaires à hétérojonction. Ces deux dimensions ou bien le nombre de doigts des transistors pourront toujours varier en fonction des besoins. Selon les circuits, les grandeurs demandées aux modèles de composants actifs sont très différentes. Cela peut aller du schéma équivalent petit signal, qui est en général connu, aux performances en bruit de phase en basse fréquence qui impliqueront souvent des mesures complémentaires.
Ensuite il faut connaître les modèles des composants passifs qui seront toujours plus ou moins les mêmes quelle que soit la technologie. Ce sont ces modèles qui sont présentés. Certains d’entre eux, comme les modèles d’inductances sur substrat silicium sont encore susceptibles d’évoluer.
Dans les circuits intégrés monolithiques micro-ondes, toutes les connexions sont des tronçons de lignes et sont donc aussi des composants. De plus, ces composants peuvent être couplés entre eux et ainsi provoquer des perturbations importantes dans les circuits. La conception de ces circuits impose donc d’avoir des outils de caractérisation électromagnétique des lignes. Ce sujet ne sera pas abordé dans cet article.
Dans les circuits analogiques, les polarisations continues ne doivent pas interférer avec les signaux hautes fréquences. Avant de concevoir des circuits, il faut donc savoir polariser les composants actifs. Cela se fait avec des composants passifs ou actifs et selon des méthodes qui dépendent de la fréquence. C’est ce qui sera examiné dans le dernier paragraphe.
Cette étude des circuits intégrés monolithiques micro-ondes se compose de plusieurs articles :
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MMIC- Évolution et technologie, traitant de l’évolution et de la technologie des MMIC,
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[E 1 426] qui passe en revue les composants passifs et actifs micro-ondes,
-
MMIC- Déphaseurs et amplificateurs qui décrit les MMIC déphaseurs et amplificateurs,
-
MMIC - Oscillateurs, mélangeurs, convertisseurs qui traite de la modulation, démodulation et conversion de fréquence,
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- Version courante de nov. 2015 par Gilles DAMBRINE, Didier BELOT, Pascal CHEVALIER
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Composants passifs et leurs modèles1. Choix des composants actifs et description de leurs modèles
1.1 Différents types de composants actifs
La structure de base des composants actifs est la jonction. Si la jonction est entre deux semi-conducteurs identiques dopés différemment (P ou N), il s’agit d’une homojonction (par exemple, la jonction base/collecteur de la plupart des transistors bipolaires). Si la jonction est effectuée entre deux semi-conducteurs différents ou entre un matériau conducteur ou isolant et un semi-conducteur, il s’agit d’une hétérojonction (jonction métal-semi-conducteur, jonction entre deux semi-conducteurs ayant des bandes interdites différentes, jonction métal-oxyde-semi-conducteur, etc.). Selon la nature des semi-conducteurs en présence, la différence de bande interdite peut se retrouver en partie du côté bande de conduction pour créer un puits de potentiel (transistor à effet de champ à hétérojonction) ou presque en totalité du côté bande de valence pour diminuer le courant de trous d’un transistor NPN et ainsi améliorer l’efficacité d’injection. C’est le cas du transistor bipolaire à hétérojonction. Le transport des électrons peut avoir lieu perpendiculairement au plan de la jonction comme dans les transistors bipolaires ou bien parallèlement au plan de la jonction comme dans les transistors à effet de champ. Les jonctions métal-semi-conducteur des FET sont polarisées en inverse, ce qui correspond à un courant très faible et il est ainsi possible de créer une capacité variable (varactor) ou une résistance variable avec une puissance de commande quasiment nulle. Lorsque les jonctions sont polarisées en direct ou lorsque les polarisations continues sont appliquées à des contacts ohmiques, les courants générés obligent à dissiper des puissances qui peuvent devenir importantes et il faudra alors se préoccuper du rendement électrique des circuits et de la température des puces. Les références utiles pour cette partie sont ...
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Choix des composants actifs et description de leurs modèles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - ALI (F.), GUPTA (A.) - HEMTs and HBTs : Devices, Fabrication, and Circuits (Les HEMT et les TBH : les composants, la fabrication, les circuits) - , Artech House, 1991.
-
(2) - GOLIO (J.M.) - Microwave MESFETs and HEMTs (Les MESFET et HEMT micro-ondes) - , Artech House, 1999.
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(3) - ROULSTON (D.J.) - Bipolar Semiconductor Devices (Les composants bipolaires à semi-conducteurs) - , McGraw Hill Publishing Company, 1990.
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(4) - CASTAGNÉ (C.), DUCHEMIN (J.P.), GLOANEC (M.), RUMELHARD (Ch.) - Circuits intégrés en Arséniure de gallium - , Masson, 1989.
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(5) - GOLIO (J.M.) - The push toward low voltage devices (La poussée vers les dispositifs à faible tension d’alimentation) - , IEEE Microwave Magazine, March 2000, p. 38-45.
-
(6) - RUMELHARD (C.) - État et évolutions des technologies - ,...
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