Présentation

Article

1 - MATÉRIAUX ET PHYSIQUE DES HÉTÉROJONCTIONS

2 - TRANSISTORS À EFFET DE CHAMP À HÉTÉROJONCTION SUR GAAS ET INP

3 - TRANSISTORS À EFFET DE CHAMP À HÉTÉROJONCTION EN GAN

4 - TRANSISTORS BIPOLAIRES À HÉTÉROJONCTION

5 - SYNTHÈSE COMPARATIVE ET ÉVOLUTIONS

Article de référence | Réf : E2450 v2

Transistors à effet de champ à hétérojonction sur GaAs et InP
Transistors et circuits intégrés à hétérostructures (III-V)

Auteur(s) : André SCAVENNEC, Sylvain DELAGE

Date de publication : 10 nov. 2011

Pour explorer cet article
Télécharger l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !

Sommaire

Présentation

Auteur(s)

Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.

Lire l’article

INTRODUCTION

Le comportement des composants électroniques à semi-conducteurs est largement conditionné par la nature des interfaces ou jonctions qui en séparent les différentes parties constitutives (métalliques, diélectriques ou semi-conductrices) et par la façon dont les porteurs, électrons ou trous, longent ou traversent ces interfaces. Les jonctions semi-conducteur/semi-conducteur intervenant dans les composants et circuits, à base de transistors à effet de champ ou de transistors bipolaires, qui ont dominé jusqu'à la fin des années 1980 la microélectronique, ont longtemps été des homojonctions séparant deux régions de dopages différents d'un même semi-conducteur hôte. En pratique, ce dernier est généralement du silicium (filières NMOS, CMOS bipolaires et BiCMOS) et très rarement de l'arséniure de gallium (filière MESFET GaAs).

Au cours des années 1980, des progrès constants en matière d'élaboration des matériaux, de technologie de fabrication et de physique des structures semi-conductrices complexes ont favorisé l'émergence d'une nouvelle génération de composants microélectroniques dits à hétérojonction. Ces hétérojonctions sont des jonctions où se trouvent juxtaposés deux semi-conducteurs différents. Elles sont le plus souvent en accord ou quasi-accord de maille cristalline [cas des jonctions GaAlAs/GaAs des transistors à hétérojonction à effet de champ, appelés HEMT, et des transistors bipolaires à hétérojonction, dits HBT (§ 2.1 et 4.1)]. Mais ces hétérojonctions peuvent être aussi en léger désaccord de maille (de l'ordre de 1 % comme dans le cas des jonctions GaAlN/GaN des HEMT GaN (§ 3.1) ou Ga0,8 In0,2 As/GaAs des HEMT GaAs dits pseudomorphiques (§ 2.4.1), voire en désaccord plus important, au-delà de ce que peut supporter l'élasticité limitée du réseau cristallin, et impliquant alors des zones cristallines très disloquées [cas des structures dites métamorphiques InP/GaAs (§ 2.4.3) ainsi que des hétérostructures à base de nitrure de gallium (§ 3.1), où les différences de dimensions de mailles cristallines sont de l'ordre de quelques pour-cent entre le substrat de départ et le matériau qui constitue le cœur actif du composant].

Dans tous les cas, cette possibilité de combiner, au sein d'un même composant, des semi-conducteurs de structures de bandes d'énergie différentes apporte des degrés de liberté supplémentaires permettant de développer des composants nouveaux à performances améliorées ou à fonctionnalité originale. En effet, en sus des champs appliqués et des gradients de dopage assurant le contrôle du transport des électrons et des trous dans les composants ordinaires à homostructure semi-conductrice, le fait de pouvoir faire varier l'énergie de bande interdite dans le cas d'une hétérojonction permet des variations spatiales brutales des potentiels et des champs [cf. le puits de potentiel du HEMT utilisé pour séparer porteurs et donneurs (§ 2.1)]. De plus ces variations peuvent être différentes pour les électrons et pour les trous, introduisant ainsi une sorte de filtrage dans le transport de ces deux types de porteurs (cf. l'interface émetteur-base du HBT, § 4.1). L'exploitation de ces degrés de liberté, souvent qualifiée d'ingénierie de bande interdite, a donné lieu à un foisonnement d'innovations, tant en optoélectronique qu'en microélectronique, et ce plus particulièrement dans le cas des matériaux III-V, grâce à la richesse des combinaisons possibles d'éléments III et V, et pour bénéficier de la gamme très étendue des propriétés de transport de ces matériaux.

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v2-e2450


Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(242 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

2. Transistors à effet de champ à hétérojonction sur GaAs et InP

L'utilisation d'une hétérojonction entre matériaux grand gap (dopé N) et faible gap (non dopé), est à la base du fonctionnement des transistors à effet de champ à hétérojonction. Le principe d'une telle hétérojonction a été proposé par les Bell Laboratories à la fin des années 1970. Son intérêt est illustré ci-après dans le cas particulier du transistor HEMT GaAlAs (N)/GaAs (n.d.), qui est apparu au début des années 1980, avec une première démonstration faite par le Laboratoire Central de Recherche de Thomson-CSF, devenu Thales Research and Technology – Fr .

2.1 Transistors à haute mobilité GaAlAs/GaAs (HEMT)

La structure épitaxiale de ces transistors (7) se présente typiquement sous la forme d'une couche de Ga0,75 Al0,25 As dopée n (couche à grand gap de 1,74 eV dite couche barrière) au-dessus d'une couche de GaAs dite non intentionnellement dopée, de gap plus faible (1,42 eV). De plus en plus le dopage homogène de la barrière est remplacé par un dopage « planaire » de charge équivalente, située proche de l'hétérojonction. À l'équilibre thermodynamique, les électrons associés aux donneurs de la couche barrière à grand gap sont transférés dans la couche GaAs à faible gap. Cette séparation dipolaire entre donneurs ionisés et porteurs a pour effet de créer un puits de potentiel côté GaAs, le long de l'interface GaAlAs/GaAs. L'étroitesse de ce puits (10 à 20 nm) induit de plus une quantification des niveaux d'énergie dans la direction perpendiculaire à la jonction, et le mouvement des électrons se trouve confiné dans un plan parallèle à l'hétérojonction. On parle alors de gaz d'électrons bidimensionnel (2DEG), de densité surfacique N2D, dans un puits quantique tenant lieu de canal (canal 2D).

Les électrons étant ainsi séparés...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(242 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS

Lecture en cours
Transistors à effet de champ à hétérojonction sur GaAs et InP
Sommaire
Sommaire

BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - MATHIEU (H.) -   Physique des semi-conducteurs et des composants électroniques,  -  Masson (1995), Dunod (2004).

  • (2) - SZE (S.M.) -   Physics of semiconductor devices,  -  Wiley Interscience (1981).

  • (3) - ALI (F.), GUPTA (A.) -   HEMTs & HBTs.  -  Artech House (1991).

  • (4) - GOLIO (J.M.) -   Microwave MESFETs & HEMTs,  -  Artech House (1991).

  • (5) - LADBROOKE (P.H.) -   MMIC design : GaAs FETs and HEMTs.  -  Artech House (1989).

  • (6) - CASTAGNÉ (R.), DUCHEMIN (J.P.), GLOANEC (M.), RUMELHARD (C.H.) -   Circuits intégrés en arséniure de gallium.  -  Collection technique et scientifique des Télécommunications, Masson (1989).

  • ...

1 Événements

Les Actes de conférences ont constitué au cours des 10 dernières années la principale source concernant les innovations dans le domaine. On citera en particulier les Conférences : International Electron Devices Meeting (IEDM), Compound Semiconductors IC Symposium (CSICS) et International Microwave Symposium (IMS).

HAUT DE PAGE

2 Annuaire

En 2010, le marché des composants III-V en microélectronique s'élève à environ 5 Milliards de $. Il s'agit essentiellement de produits à base de P-HEMT GaAlAs/InGaAs et HBT GaInP/GaAs sur substrat GaAs et de HEMT GaN. Citons parmi les acteurs industriels les plus importants :

États-Unis :

Triquint http://www.triquint.com/

RFM http://www.rfm.com/

Anadigics http://www.anadigics.com/

Skyworks http://www.skyworks.com/

Agilent http://www.agilent.com/

GCS http://www.gcs.com/

Japon et Asie :

Fujitsu http://www.fr.fujitsu.com/

Sumitomo http://www.sumitomo.com/

NEC http://www.nec.fr/

Mitsubishi

Toshiba http://www.toshiba.fr/

Sony http://www.sony.fr/

WIN

Europe :

UMS ...

Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94% à découvrir.

Pour explorer cet article
Téléchargez l'extrait gratuit

Vous êtes déjà abonné ?Connectez-vous !


L'expertise technique et scientifique de référence

La plus importante ressource documentaire technique et scientifique en langue française, avec + de 1 200 auteurs et 100 conseillers scientifiques.
+ de 10 000 articles et 1 000 fiches pratiques opérationnelles, + de 800 articles nouveaux ou mis à jours chaque année.
De la conception au prototypage, jusqu'à l'industrialisation, la référence pour sécuriser le développement de vos projets industriels.

Cet article fait partie de l’offre

Électronique

(242 articles en ce moment)

Cette offre vous donne accès à :

Une base complète d’articles

Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques

Des services

Un ensemble d'outils exclusifs en complément des ressources

Un Parcours Pratique

Opérationnel et didactique, pour garantir l'acquisition des compétences transverses

Doc & Quiz

Des articles interactifs avec des quiz, pour une lecture constructive

ABONNEZ-VOUS