Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Cet article décrit le fonctionnement du transistor bipolaire et présente les procédés de fabrication associés dans le cas plus spécifique du transistor bipolaire à hétérojonction silicium/silicium germanium intégré en technologie BiCMOS. Les avantages et les contraintes de différentes architectures de transistor et des nœuds CMOS les intégrant sont détaillés. Les états de l’art des transistors et des technologies BiCMOS sont également revus et les défis de la montée en fréquence sont discutés. Enfin, les principales applications radiofréquences en gamme d’onde millimétrique (fréquence > 30 GHz) sont brièvement abordées et des performances de circuits intégrés sont présentées.
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This paper explains the bipolar transistor device physics and presents the related manufacturing processes in the case of the Silicon / Silicon Germanium Heterojunction Bipolar Transistor integrated in BiCMOS technology. Advantages and constraints of different transistor architectures and CMOS nodes integrating them are covered. State-of-the-arts are presented for both the bipolar transistor and BiCMOS technologies and the challenges to further improve the frequency performance are debated. Finally, main radiofrequency applications in the millimetre-wave domain (frequency > 30 GHz) are briefly discussed and performances of integrated circuits are showed.
Auteur(s)
-
Pascal CHEVALIER : Ingénieur (PhD) - STMicroelectronics, Crolles, France
INTRODUCTION
Les transistors bipolaires intégrés avec les technologies CMOS ont donné naissance aux technologies BiCMOS (bipolar/CMOS), qui présentent l’intérêt de combiner les avantages des transistors bipolaires pour les circuits analogiques et radiofréquences (RF) à ceux des transistors à effet de champ (MOS) pour les fonctions numériques. Les principaux atouts des transistors bipolaires par rapport aux transistors MOS sont un gain supérieur (transconductance gM plus forte et conductance de sortie gD plus faible), un bruit basse fréquence plus faible, une meilleure tenue en tension (à vitesse égale), ainsi qu’une meilleure fiabilité. Les technologies BiCMOS regroupent plusieurs familles qui peuvent se classer en fonction de la gamme de tensions et de fréquences couvertes, et in fine des applications visées. Les technologies adressant les circuits haute tension intègrent généralement des transistors DMOS (Drift MOS) haute tension et sont de fait appelées BCD (bipolar/CMOS/DMOS). Les technologies intégrant des transistors bipolaires NPN et PNP complémentaires dans une technologie CMOS s’appellent C-BiCMOS (Complementary BiCMOS). Elles sont utilisées pour les circuits spécifiques dont les amplificateurs opérationnels. Enfin, les technologies auxquelles cet article s’intéresse plus particulièrement sont les technologies BiCMOS dites « rapides ». Elles sont principalement utilisées dans les réseaux d’infrastructures de communications optique et sans fil (RF), ainsi que pour les radars d’assistance à la conduite automobile. Leur principale caractéristique est d’intégrer des transistors bipolaires NPN à hétérojonction (TBH) silicium (Si)/silicium germanium (SiGe). Le fonctionnement et les caractéristiques électriques du transistor bipolaire, ainsi que les compromis associés, sont d’abord expliqués. Les différentes architectures de transistors, l’état de l’art des performances, ainsi que les défis de la montée en fréquence sont ensuite présentés. L’intégration BiCMOS et plus particulièrement les avantages et contraintes liés au nœud CMOS sont discutés. Enfin, quelques exemples d’applications des technologies BiCMOS rapides sont revues et les performances des circuits associées sont comparées avec ceux réalisés avec d’autres technologies.
Le lecteur trouvera en fin d'article un glossaire et un tableau des symboles utilisés.
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KEYWORDS
heterojunction bipolar transistor | silicon germanium | BiCMOS | radiofrequency
VERSIONS
- Version archivée 1 de nov. 1998 par Jean DE PONTCHARRA
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Fabrication et intégration avec la technologie CMOS (BiCMOS)
En anglais
2. Différentes architectures de transistor bipolaire
2.1 Transistor intrinsèque et transistor extrinsèque
Comme dans la partie précédente, le fonctionnement du transistor est généralement décrit pour le composant intrinsèque représenté sur la figure 1. Cette partie intrinsèque est connectée aux autres éléments du circuit via des éléments extrinsèques, qui constituent l’architecture du transistor. Cette architecture aura une influence directe sur les performances du transistor. L’architecture se compose de deux éléments principaux illustrés sur la figure 15 :
-
l’architecture du système E-B qui détermine la façon dont les parties intrinsèques de l’émetteur et de la base sont connectées ;
-
l’architecture du collecteur dont le rôle est de connecter la partie intrinsèque du collecteur.
Les procédés de fabrication de ces architectures sont abordés dans l’article [E 1 425].
HAUT DE PAGE2.2 Module collecteur
2.2.1 Différents types de collecteur et techniques d’isolation associées
On retrouve principalement deux types de collecteurs :
-
les collecteurs implantés,
-
les collecteurs épitaxiés.
-
Les collecteurs implantés
Ces collecteurs (figure ...
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Différentes architectures de transistor bipolaire
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MATHIEU (H.), FANET (H.) - Physique des semiconducteurs et des composants électroniques. - Dunod (2009).
-
(2) - ASHBURN (P.) - SiGe Heterojunction Bipolar Transistors. - Wiley-Blackwell (2003).
-
(3) - ESAKI (L.) - New Phenomenon in Narrow Germanium p − n Junctions. - Phys. Rev. 109, p. 603 (1958).
-
(4) - LAGARDE (D.) et al - Band-to-band Tunneling in Vertically Scaled SiGe :C HBTs. - IEEE Electron Device Letters, vol. 27, n° 4, p. 275-277 (2006).
-
(5) - KRAFT (J.) et al - Usage of HBTs beyond BVCEO . - Actes de la conférence IEEE BCTM, p. 33-36 (2005).
-
(6) - KIRK (C.T.) - A Theory of Transistor CutOff Frequency (fT) Falloff at High Current Densities. - IRE...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Google SOLI (détection des gestes par un radar)
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Conférence : IEEE BiCMOS and Compound Semiconductor Integrated Circuits and Technology Symposium (BCICTS).
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