MMIC : composants - Transistors, technologies et modélisation

Le concepteur de MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuits) dispose de plateformes de conception intégrant tous les outils multiphysiques (électrique, électromagnétique, thermique, mécanique) lui permettant de concevoir, d’optimiser une fonction ou un ensemble de fonctions appelé système et de générer le routage du circuit (on parle de « layout »).

Ces plateformes de conception intègrent également des bibliothèques de composants actifs et passifs, de fonctions élémentaires et de sous-ensembles. Des bibliothèques, dédiées aux diverses technologies et compatibles avec ces environnements de conception, sont mises à la disposition du concepteur par le fabricant de composants et de circuits. Dans le domaine de la microélectronique et des circuits intégrés, on appelle ces fabricants : les « fondeurs ». Ces bibliothèques fournies par les fondeurs sont appelées « Design Kit ». Généralement, un « Design Kit » est propre à une technologie et à un fondeur donnés.

Devant de tels moyens, la conception de MMIC semble au premier abord aisée et très assistée par ces outils. Il n’en est rien pour plusieurs raisons : les MMIC fonctionnent en haute, voire très haute, fréquence ; les technologies sont souvent utilisées aux limites de leurs performances. Même pour une fonction de faible complexité (par exemple un amplificateur HF multiétage), le nombre de paramètres que doit maîtriser le concepteur est très important et les effets engendrés et couplés de ces paramètres sur les caractéristiques du circuit peuvent rapidement dépasser le contrôle du concepteur.

Dans cet article, nous passons en revue les technologies permettant la réalisation de MMIC, tant pour les filières III-V que silicium. Nous décrivons les grands principes des transistors à effet de champ et bipolaires. Ensuite, nous passons en revue la modélisation électrique des transistors à effet de champ et bipolaires. L’idée générale est de permettre au lecteur d’avoir une vision exhaustive afin d’appréhender le choix d’une technologie donnée pour la conception de MMIC.

Un deuxième article [E1427] est consacré aux composants passifs et à la polarisation des composants actifs.