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Detailed view PhD thesis
Université Paul Sabatier - Toulouse III (2008-03-03), F.MORANCHO (Dir.)
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Manuscrit-Olivier_Bon.pdf(7.3 MB)
Conception de transistors haute tension complémentaires en technologie 65nm sur substrat silicium sur isolant fin pour applications RF et conversion de puissance
Olivier Bon1

Le marché croissant des télécommunications est demandeur de circuits à la fois très performants (vitesse de commutation, haut débit, etc.) mais aussi à faible consommation, surtout dans le cas de systèmes portables. Le SOI-CMOS a déjà démontré son potentiel pour réduire la consommation à même vitesse de commutation par rapport au CMOS sur matériau silicium massif, à condition que le film de SOI soit suffisamment mince (inférieur ou égal à la profondeur de jonction source/drain). Plus récemment, la caractérisation de fonctions RF dans ce type de technologie a montré que le SOI pouvait être un bon candidat pour mixer des fonctions RF et digitales. Cependant, ce type d'intégrations dites « System On Chip » ne peut être complet sans une intégration des fonctions de puissances associées. La faisabilité d'intégrer en technologie CMOS sur SOI mince (< 0.1¼m) des composants haute tension (BVds de l'ordre de 15V) de type LDMOS, leur conception et les performances sont étudiées dans cette thèse. Dans un premier temps, les différentes technologies de puissance sur silicium sont présentées, en particulier les différentes applications visées, les types de composants existants et enfin le problème central de l'introduction d'une haute tension dans un circuit : l'isolation entre blocs. Ensuite, en plus des avantages que présente une technologie SOI, l'intérêt du SOI pour des applications de puissance est démontrée. Dans les deux dernières parties, la conception des transistors haute tension sur SOI fin est expliquée. Les aspects de caractérisations statiques et dynamiques, de fiabilité, de comportement thermique et énergétique sont abordés ; ce qui permet de conclure qu'une telle solution technologique est tout à fait industrialisable et permet d'atteindre l'état de l'art actuel.
1:  LAAS - Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes [Toulouse]
Transistors – LDMOS – Silicium sur isolant – SOI – Radiofréquence – RF – Amplificateur de puissance

The growing telecommunication market is applicant of very efficient circuits (speed switching, broadband, and so on.), but also low consumption, especially in the case of portable systems. The SOI-CMOS has already demonstrated its potential to reduce consumption at the same switching speed, compared to CMOS silicon massive material, provided that the film SOI is sufficiently thin (less than or equal to the depth of junction source / drain). More recently, characterizing RF functions in this type of technology has shown that the SOI could be a good candidate to mix RF and digital functions. However, this type of integration called System On Chip cannot be complete without an integration of functions associated powers. The feasibility of incorporating LDMOS type high voltage components (BVds of about 15V) in a CMOS technology on SOI thin (<0.1 ¼m), their design and performance are studied in this thesis. As a first step, the different power technologies on silicon are presented, in particular the various applications referred, the types of existing components and the central problem introducing high voltage in a circuit: insulation between blocks. Then, in addition to the advantages of SOI technology, the value of SOI for applications such as power is demonstrated. In the last two parts, the design of high-voltage transistors on a thin SOI film is explained. Aspects of static and dynamic characterization, reliability and thermal energy are addressed. This allows us to conclude that such a technological solution may quite be industrialized and achieves the state of the art.

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