Applications aux circuits intégrés
Transistors bipolaires intégrés - Technologies BiCMOS silicium germanium

1 - Fonctionnement et caractéristiques électriques du transistor bipolaire

• 1.1 - Fonctionnement
  Figure 1 - Représentations schématique et électrique d'un transistor NPN Figure 2 - Diagramme de bandes d’un transistor bipolaire en mode direct (V BE > 0 V et V BC < 0 V) et chemins des porteurs dans la structure
• 1.2 - Expressions des courants et gains en courant en régime statique
  Figure 3 - Représentation des différents courants du transistor bipolaire
• 1.3 - Caractéristiques électriques de base en régime statique
  Figure 4 - Tracé de Gummel représentant les densités de courant J B et J C et du gain β d’un TBH Si/SiGe en fonction de V BE Figure 5 - Caractéristiques I C en fonction de V CE d’un TBH Si/SiGe de surface d’émetteur de 0,13 x 3,6 µm2
• 1.4 - Phénomènes non idéaux
  Figure 6 - Caractéristiques de Gummel d’un TBH Si/SiGe illustrant les différents phénomènes non idéaux Figure 7 - Schéma du phénomène d'avalanche dans la jonction B-C Figure 8 - Détermination de la valeur du BV CEO à partir de l’annulation du courant de base avec la tension V CB Figure 9 - Illustration de l’effet Early direct Figure 10 - Mesure de la tension d’Early directe à partir des caractéristiques de sortie Figure 11 - Représentation schématique des résistances série dans un transistor bipolaire Figure 12 - Effet de quasi-saturation
• 1.5 - Fonctionnement en régime dynamique
  Figure 13 - Évolution de f T et f MAX en fonction du courant collecteur pour deux TBH Si/SiGe dont seul le dopage collecteur est différent
• 1.6 - Bruit
• 1.7 - Fiabilité
• 1.8 - Compromis
  Figure 14 - Dépendance des résistances d’émetteur et de base aux dimensions d’un transistor bipolaire

2 - Différentes architectures de transistor bipolaire

• 2.1 - Transistor intrinsèque et transistor extrinsèque
  Figure 15 - Intégration du transistor bipolaire NPN intrinsèque dans le cas d’une architecture auto-alignée utilisant deux couches de polysilicium
• 2.2 - Module collecteur
  Figure 16 - Architecture de collecteurs
• 2.3 - Module émetteur – Base
  Figure 17 - Architectures E-B Figure 18 - Exemple d’architecture E-B non autoalignée utilisant une seule couche de polysilicium Figure 19 - Exemple d’architecture E-B non autoalignée utilisant deux couches de polysilicium Figure 20 - Exemple d’architecture E-B autoalignée utilisant deux couches de polysilicium Figure 21 - Exemple d’architecture E-B autoalignée avec une base extrinsèque monocristalline indépendante de la base intrinsèque
• 2.4 - Dessin des masques
  Figure 22 - Dessin des masques de deux architectures différentes de transistor bipolaire se différenciant principalement par l’alignement ou non des contacts
• 2.5 - Performances
  Figure 23 - Performances de f MAX en fonction de f T relevées dans la littérature au cours de ces 20 dernières années (1999 – 2019) pour des TBH Si/SiGe Figure 24 - Performances de f T en fonction des tensions de claquage BV CEO et BV CBO relevées dans la littérature au cours de ces 20 dernières années (1999 – 2019) pour des TBH Si/SiGe
• 2.6 - Défis de la montée en fréquence
  Figure 25 - Evolution du profil vertical d’un TBH Si/SiGe réalisé dans le cadre de la montée en fréquence Figure 26 - Représentation du lien entre les dimensions géométriques et les paramètres électriques dans le cas de l'architecture DPSA-SEG

3 - Fabrication et intégration avec la technologie CMOS (BiCMOS)

• 3.1 - Enjeux et défis de l’intégration BiCMOS
• 3.2 - Schémas d’intégration et exemple d’intégration BiCMOS
• 3.3 - Autres composants clefs des technologies BiCMOS
  Tableau 1
• 3.4 - Influence du nœud CMOS
  Figure 27 - Évolution des performances des technologies CMOS en fonction du nœud technologique densité Figure 28 - État de l’art des technologies BiCMOS : performances des TBH Si/SiGe en fonction du nœud CMOS associé Figure 29 - Coupes par microscopie à balayage électronique et par transmission de la technologie BiCMOS055 de STMicroelectronics

4 - Applications aux circuits intégrés

• 4.1 - Circuit de pilotage d’un modulateur électro-optique
  Tableau 2
• 4.2 - Capteur millimétrique
  Tableau 3

5 - Conclusion

6 - Glossaire

7 - Symboles