Bibliographie & annexes
Présentation
RÉSUMÉ
Les composants semiconducteurs utilisés dans les systèmes hyperfréquences peuvent être divisés en quatre groupes : les composants discrets non linéaires, les composants discrets permettant la génération de puissance hyperfréquence, les composants discrets tripôles et les circuits intégrés monolithiques micro-ondes. Les principes physiques régissant le fonctionnement de ces divers composants sont précisés, ainsi qu’un état de l’art des performances obtenues à ce jour en laboratoire et en production de série.
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The semiconductor components used in hyperfrequency systems can de divided into four groups: discreet non-liner components, discreet components allowing for the generation of hyperfrequency power, tripole discrete components and monolithic microwave integrated circuits. The physical principles ruling the operation of these various components are precised as well as the state of the art performances obtained to date in laboratories and series production.
Auteur(s)
-
Gilles DAMBRINE : Professeur à l'Université des Sciences et Technologies de Lille
-
Sylvain BOLLAERT : Maître de conférences à l'Université des Sciences et Technologies de Lille
INTRODUCTION
Cet article a pour but de présenter les différents composants semiconducteurs utilisés dans les systèmes hyperfréquences. Ces composants peuvent être divisés en quatre groupes.
1) Les composants discrets non linéaires (diodes Schottky, PIN et varactors) qui permettent de traiter les signaux hyperfréquences en modifiant leur amplitude (atténuateurs, modulateurs), leur fréquence ou leur phase (détecteurs, mélangeurs, multiplicateurs, déphaseurs).
2) Les composants discrets permettant la génération de puissance hyperfréquence : ce sont principalement les diodes à avalanche et temps de transit et les diodes à effet Gunn.
3) Les composants discrets tripôles (transistors à effet de champ ou transistors bipolaires) qui permettent non seulement l'amplification faible bruit ou l'amplification de puissance des signaux mais également la génération de puissance hyperfréquence (oscillateurs).
4) Les circuits intégrés monolithiques micro-ondes qui réunissent, sur un même substrat semiconducteur, différents composants actifs et passifs afin de réaliser une fonction complète.
Les principes physiques régissant le fonctionnement de ces divers composants seront précisés et un état de l'art des performances obtenues à ce jour tant pour des composants de laboratoire que pour des composants commerciaux sera donné en termes de fréquences limites, puissance, rendement, gain, facteur de bruit, etc.
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Présentation
Circuits intégrés hyperfréquences3. Tripôles (transistors)
Si l'utilisation des diodes pour la réalisation des oscillateurs est assez simple, il n'en est pas de même dans le cas des amplificateurs. Pour cette application, il est donc préférable d'utiliser des transistors, beaucoup plus simples d'emploi et très performants tant pour les applications faible signal - faible bruit que pour les applications de puissance. En hyperfréquences, deux familles de transistors, les transistors bipolaires et les transistors à effet de champ, sont utilisées. Durant la dernière décennie, la structure de ces composants a évolué grâce aux énormes progrès de la microlithographie et des techniques de croissance épitaxiale et d'implantation ionique. Ces progrès ont permis de diminuer significativement les dimensions horizontales (microlithographie) et verticales (épitaxie) des composants. L'utilisation des hétérojonctions dans les structures bipolaires et dans les structures à effet de champ a permis une amélioration considérable des performances des transistors (gain, facteur de bruit, puissance).
3.1 Performances micro-ondes
En fait, les dispositifs tripôles à commande de charges sont toujours considérés comme des quadripôles. En régime linéaire (faible signal), ces quadripôles peuvent être caractérisés soit par un schéma équivalent à éléments localisés, soit par une boîte noire définie par des paramètres impédance Z, admittance Y, S (scattering) ou toute représentation équivalente (chaîne...). Afin de comparer les performances des différents types de dispositifs, on a l'habitude de définir un certain nombre de grandeurs caractéristiques qu'il nous semble important de préciser ici. Bien que ces facteurs de mérite des quadripôles puissent être définis à l'aide des paramètres impédance ou admittance, les paramètres de répartition [Sij] seront le plus souvent utilisés.
HAUT DE PAGE3.1.1 Performances fréquentielles
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Gain en puissance disponible maximale Gmax : il est donné par la relation :
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Tripôles (transistors)
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - FISCHETTI (M.) - Monte Carlo simulation of transport in technologically significant semiconductors of the diamond and zinc-blende structures - (Simulation des propriétés de transport dans les semiconducteurs les plus importants par la méthode Monte Carlo). IEEE Trans. Elec. Devices, vol. ED-38, no 3, 1991, p. 634 à 639.
-
(2) - CONSTANT (E.), CARNEZ (B.) - Amplificateur hyperfréquences à diode Gunn, avalanche et Barrit - . L'Onde Électrique, vol. 56, no 8-9, 1976, p. 349 à 357.
-
(3) - ROLLAND (P.A.), SALMER (G.), CONSTANT (E.), FAUQUEMBERGUE (R.) - Comparative frequency behaviour of GaAs, InP and GaInAs transferred electron devices. Dérivation of a simple comparative criterion - (Comparaison des comportements des diodes à transfert d'électrons en fonction de la fréquence. Déduction d'un critère de comparaison simple.) IEEE Trans. Electron Devices, vol. ED-28, no 3, 1981, p. 342 à 343.
-
(4) - CARNEZ (B.), CAPPY (A.), KASZYNSKI (A.), CONSTANT (E.), SALMER (G.) - Modelling of a submicrometer gate field-effect transistor including effects of non stationary electron dynamics - (Modélisation des transistors à effet de champ à grille submicronique incluant les effets de la dynamique électronique...
ANNEXES
1 Principaux fabricants de composants semiconducteurs et de circuits intégrés pour hyperfréquences
Alpha Industries Inc (États-Unis)
Litton Solid State (États-Unis)
MA/COM (États-Unis)
Noise Com (États-Unis)
HAUT DE PAGE
Fujitsu (Japon)
Mitsubishi (Japon)
NEC (Japon)
Sony (Japon)
Texas Instruments (États-Unis)
Freescale (États-Unis)
ST Microelectronics (France)
Philips (Pays Bas)
Toshiba (Japon)
Filtronic (Grande Bretagne)
HAUT DE PAGE
Anadigics (États-Unis)
UMS (Allemagne)
OMMIC (France)
Texas Instruments (États-Unis)
TriQuint Semiconductor (États-Unis)
TRW (États-Unis)
M/A COM (États-Unis)
WIN Semiconductors (Taiwan)
Filtronic (Grande Bretagne)
Freescale (États-Unis)
ST Microelectronics (France)
Philips...
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