Études des potentialités des composants à base de nitrure de gallium pour des applications mélangeurs à large bande de fréquence

Les nouveaux systèmes de télécommunication nécessitent des bandes de fréquence de plus en plus larges et de plus en plus élevées. La fonction de base de ces systèmes étant la transposition de fréquence, l'amélioration des performances des mélangeurs est un critère sans cesse recherché. Pour cela, l utilisation de nouvelles technologies émergentes et prometteuses est envisagée. Liés à leurs performances en termes de fréquence et de puissance, les transistors GaN suscitent un intérêt pour des applications de mélange. La première partie de ce travail énonce le potentiel de la filière GaN pour des applications hyperfréquences. Les différentes caractéristiques et architectures sont décrites en se focalisant sur des topologies optimales concernant les mélangeurs à base de transistors FET utilisés par la suite. La suite de ce travail présente l étude de la modélisation électrique des transistors HEMT. La technique de modélisation est tout d abord présentée puis illustrée à l aide de deux composants GaN et d un composant GaAs. Après comparaison mesures/simulations, la modélisation est validée à l aide de mesures grands signaux.La dernière partie présente les éléments externes aux transistors nécessaires pour la conception de circuits de mélange. A l aide des techniques de caractérisation développées de mélangeur, l ensemble des prototypes de mélangeurs froid et chaud à base de transistors GaN et GaAs ont été mesurés afin de mettre en évidence les potentialités des mélangeurs GaN pour différentes architectures et d en déterminer les performances face à des circuits de topologie identique à base de transistor GaAs.Telecommunication systems require wider and higher frequency bands. The basic function of these systems is the frequency transposition and so improved mixer performance is a criterion constantly sought. For this, the use of new emerging and promising technologies is considered. Related to their performance in terms of frequency and power GaN transistors generate interest for mixing applications. The first part of this work establishes the potential of the GaN sector for microwave applications. The various features and architectures are described focusing on optimal topologies for mixers based FETs transistors used thereafter. Then, this work presents the study of non linear electrical modeling of HEMT transistor. The modeling technique is first presented and then illustrated using GaN and GaAs components. After comparing measurements/simulations, modeling is validated using large-signal measurements. The final section presents the externals elements to the transistors required for circuit design of mixer. Using the mixer characterization techniques developed during this Phd, all prototypes mixers "cold" and "hot" based on GaN and GaAs transistors have been measured in order to highlight the potential of GaN mixers for different architectures compare to the same topologies based on GaAs transistor.LILLE1-Bib. Electronique (590099901) / SudocSudocFranceF

Noise characteristics of AlInN/GaN HEMTs at microwave frequencies

International audienceThe microwave noise parameters measured on AlInN/GaN HEMTs devices with different gate length values are presented in this paper. 0.15-µm HEMTs achieve a maximum current density of 700 mA/mm at VGS= 0 V and a measured extrinsic transconductance of 350 mS/mm. The current gain cutoff frequency and the maximum oscillation frequency are 40 GHz and 70 GHz, respectively. At 10 (20) GHz, the device exhibits a minimum noise figure of 0.8 dB (1.8) dB with an associated power gain of 14 (8.8) dB. Below 8 GHz, the gate leakage current and a generation-recombination noise source with a very short time constant limit the noise performance

Self heating and trap characterization and simulation for large signal GaN transistors modeling

International audienceno abstrac

Cellule de commutation de puissance à transistors à effet de champ de type normalement conducteur.

Une cellule de commutation de puissance à transistors à effet de champ de type normalement conducteur, comprend en entrée, un commutateur de courant Ti recevant le signal d'entrée de commande VIN de la cellule sur une entrée d'activation gi, et en sortie, un transistor de puissance T2 pour commuter une haute tension VDD appliquée sur son drain d2, sur sa source s2 reliée au port de sortie Out de la cellule. La commande de la grille g2 du transistor de puissance T2 dont la source s2 est flottante, en fonction du signal d'entrée VIN, est assurée par un circuit d'auto-polarisation P connecté entre sa grille g2 et sa source s2. Le commutateur de courant est connecté entre le circuit d'auto-polarisation P et une référence de tension nulle ou négative. Le circuit d'auto-polarisation comprend un transistor T3 dont la source s3, respectivement le drain d3, est connecté à la grille, respectivement à la source s3 du transistor de puissance. La grille g3 de ce transistor T3 est elle-même polarisée par une résistance d'auto-polarisation R3 connectée entre sa grille g3 et sa source s3, et en série entre le commutateur de courant T1 et la source s3. Les transistors sont avantageusement des transistors de type HEMT, en technologie AsGa ou GaN

Modélisation Large Bande de la Dispersion Fréquentielle de la Conductance de sortie et de la Transconductance dans les HEMTs AlInN/GaN

National audienceUn modèle large bande de la dispersion fréquentielle de la conductance de sortie et de la transconductance dans les HEMTs AlInN/GaN est présenté dans cet article. Ce modèle prend en compte tous les types de dispersion jusqu'aux fréquences micro-ondes ainsi que le caractère distribué des constantes de temps des pièges à l'origine de ces dispersions. Il a été validé en comparant les résultats de modélisation aux paramètres expérimentaux pour plusieurs conditions de polarisation

Broadband Frequency Dispersion Small Signal Modeling of the Output Conductance and Transconductance in AlInN/GaN HEMTs

International audienceFrequency dispersion of transconductance and output conductance in AlInN/GaN high electron mobility transistors is investigated in this paper. Broadband dispersion effects in the microwave frequency range are reported for the first time. A small-signal model is developed. Trapping effects are taken into account with parasitic electrical networks including distributed time constants. The model is compared to experimental data for several bias conditions and different types of dispersion

Modelling of a 4-18GHz 6W flip-chip integrated power amplifier based on GaN HEMTs technology

This paper reports on the design of a cascode GaN HEMT distributed power amplifier demonstrating significant improvement of the best power performances reported to date. The active device is a 8x50µm AlGaN/GaN HEMT grown on siSiC. The distributed power amplifier integrates 4 cascode cells capacitively coupled to the gate line for power optimization. The active part made of the 4 cascode cells is implanted on a GaN-based wafer while the distributed passive part made of the interconnection lines is implanted on an AlN substrate. Finally, the GaN-based wafer integrating the active part is flip-chipped onto the AlN substrate via electrical and mechanical bumps. The flip-chip integrated circuit demonstrates a mean gain of 10dB and input/output matching lower than –10dB over the 4-18GHz bandwidth. At an input power of 29dBm (1db comp.), power simulations exhibit a mean output power of 37.6dBm with a standard deviation of 0.3dB, a power gain of 8.6dB and 16% of PAE over the band. At an input power of 31dBm (2dB comp.), the distributed amplifier achieves a mean output power of 38.6dBm, a power gain of 7.6dB and 18% of PAE

Cellule de commutation à haut rendement et haute vitesse en technologie GaN pour la gestion dynamique de polarisation.

National audienc