Conception et Etude de la Fiabilité des Amplificateurs de Puissance Fonctionnant aux Fréquences Millimétriques en Technologies CMOS Avancées

Thomas Quémerais (1)

1 IMEP-LAHC - Institut de Microélectronique, Electromagnétisme et Photonique - Laboratoire d'Hyperfréquences et Caractérisation

With the emergence of millimeter-wave applications such as automotive radar or WHDMI, the reliability became a very important issue for the industry. In a radio transceiver, the main reliability problems concern the MOS transistors used in the power amplifiers, due to the high power level. These devices are subject to deterioration by the hot carrier phenomenon. This impacts heavily the power amplifiers performances. This thesis work concerns the design and the study of the reliability of millimeter-wave power amplifiers in advanced CMOS technologies. The manuscript is divided into four chapters. The two first one concern the study, the design, the modeling and the characterization of integrated active and passive elements on silicon and used into power amplifiers at millimeter wave frequencies. The third chapter describes the three power amplifiers designed and realized for reliability tests. The final chapter provides a comprehensive study of the reliability of these circuits to calculate their lifetime.

Avec l'émergence d'applications millimétriques telles que le radar automobile ou le WHDMI, la fiabilité est devenue un enjeu extrêmement important pour l'industrie. Dans un émetteur/récepteur radio, les problèmes de fiabilité concernent principalement les transistors MOS intégrés dans les amplificateurs de puissance, compte-tenu des niveaux relativement élevé des puissances. Ces composants sont susceptibles de se détériorer fortement par le phénomène de l'injection de porteurs chauds impactant lourdement les performances des amplificateurs. Ce travail de thèse concerne la conception et l'étude de la fiabilité des amplificateurs de puissance fonctionnant aux fréquences millimétriques en technologies CMOS avancées. Le mémoire est articulé autour de quatre chapitres. Les deux premiers chapitres concernent l'étude, la conception, la modélisation et la caractérisation des éléments actifs et passifs intégrés sur silicium et utilisés pour réaliser des amplificateurs de puissance aux fréquences millimétriques. Le troisième chapitre décrit les trois amplificateurs de puissance conçus et réalisés pour les tests de fiabilité. Enfin, le dernier chapitre propose une étude complète de la fiabilité de ces circuits jusqu'au calcul de leur temps de vie.

Mots clés: power amplifiers; 45 nm and 32 nm; millimeter-wave frequencies; microstrip lines; MOM capacitors; MOS transistors; reliability; circuit lifetime.

Mots clés: amplificateurs de puissance; CMOS 65 nm; 45 nm et 32 nm; fréquences millimétriques; lignes microruban; capacités MOM; transistors MOS; électromigration; fiabilité; temps de vie des circuits.

Domaines: Micro et nanotechnologies/Microélectronique

Thomas Quémerais. Conception et Etude de la Fiabilité des Amplificateurs de Puissance Fonctionnant aux Fréquences Millimétriques en Technologies CMOS Avancées. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG, 2010. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00558711⟩