Cette thèse expose les travaux effectués au sein du laboratoire central de l’IEMN. La finalité de ce travail est de participer a l’optimisation des transistors HEMTs de la filière AlGaN/GaN sur substrat Si(111), au niveau de leur fabrication et de leurs propriétés électroniques, qui seront a terme intégrés dans des dispositifs de puissance hyperfréquence. Ce manuscrit expose dans un premier chapitre les principales propriétés physiques, électriques et mécaniques des matériaux choisis, ainsi que le principe de fonctionnement du HEMT. Ensuite, toutes les étapes technologiques permettant la conception et la fabrication du HEMT seront décrites dans le deuxième chapitre, parmi lesquelles ont été menées plusieurs études sur leur optimisation. Une attention particulière sera portée sur les verrous technologiques rencontrés durant cette thèse. Le troisième chapitre présente l’ensemble des études effectuées sur les composants fabriqués au laboratoire. Elles s’appuient sur l’analyse des caractéristiques électriques en régime statique, pulsé, et hyperfréquence. Le dernier chapitre concerne l’étude de la fiabilité de HEMT AlGaN/GaN sur substrat SiC de même topologie. Les défauts induits par l’utilisation prolongée de ces transistors seront mis en exergue. / This thesis describes the work performed within iemn laboratory. The design, fabrication and improvement of AlGaN/GaN HEMTs on Si(111) substrate is the main goal of this work, as these transistors are aimed to be integrated in devices for microwave power applications. In the first chapter, this manuscript shows the worthwhile physical, electrical and mechanical properties of the used materials. HEMT working principle is also exposed in this part. Next, every step of the HEMT manufacturing process are described in the second chapter, including several optimization studies. Particular attention will be paid to bottlenecks encountered during the device making. The third chapter presents the whole studies done on these electronic components. Each study relies on electrical characterization in DC, pulsed and microwave modes. The final chapter regards reliability studies of AlGaN/GaN HEMT on SiC substrate having the same topology. Defects induced during more than 3000h ageing in high operating temperature will be highlighted.

Le développement de nombreuses applications nomades, souples, déformables et sur de larges surfaces nécessite la réalisation de circuits mécaniquement flexibles, intégrant des capacités d‘interaction avec l‘environnement, de communication et de traitement de signal. Une part importante de ces applications provient actuellement de l‘industrie de l‘électronique organique, ou intègre des films semiconducteurs à forte mobilité sur des substrats plastiques afin d‘atteindre de meilleures performances. La combinaison de hautes performances électroniques (ondes millimétriques, faible bruit), et d‘une bonne flexibilité mécanique avec la stabilité des propriétés électroniques lors de déformations représente un des grands défis de l‘électronique future. Lors de ces travaux, une procédure d‘amincissement puis de transfert sur un film plastique des composants CMOS initiallement réalisés conventionnellement sur des tranches SOI (silicium sur isolant) a été développée. Cette solution permet la réalisation de transistors MOS flexibles et performants : possédant des fréquences caractéristiques fT/fmax de 150/160GHz et des performances en bruit NFmin/Ga de 0.57/17.8dB. De plus, positionner le plan neutre de l‘ensemble au niveau de la couche active du transistor permet de réduire les variations de propriétés électroniques à 5% même lors de déformations agressives. La réalisation de composants souples, performants et stable a ainsi été démontrée. / The ability to realize flexible circuits integrating sensing, signal processing, and communicating capabilities is of central importance for the development of numerous nomadic applications requiring foldable, stretchable and large area electronics. A large number of these applications currently rely on organic electronics, or integrate high mobility active films on plastic foils to provide higher performance. A key challenge is however to combine high electrical performance (i.e. millimeter wave, low noise electronics), with the mechanical flexibility required to conform to curvilinear surfaces, in addition to high stability of these electrical performance upon deformation. In this work, a solution has been developed, based on thinning and transfer onto plastic foil of high frequency (HF) CMOS devices initially processed on conventional silicon-on-insulator (SOI) wafers. This transfer process first enables the fabrication of high performance electronics on plastic, with n-MOSFETs featuring characteristic frequencies fT/fmax as high as 150/160GHz in addition to low noise potentialities: NFmin/Ga of 0.57/17.8dB. Secondly, by locating the neutral plane of the flexible system in its active layer, the relative variation of these high frequency figures-of-merit can be limited to 5% even after aggressive bending, demonstrating flexibility, high performance and stability.

L’émergence des applications grand public en gamme millimétrique et térahertz, telles que la communication très haut débit, le radar automobile et l’imagerie, est aujourd’hui rendue possible grâce aux progrès continus sur les performances des transistors. La technologie BiCMOS SiGe compte parmi les technologies clés génériques capables d’adresser ces applications. Les transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) de dernière génération montrent en effet des fréquences de coupure supérieures à 300 GHz. Néanmoins, la conception de circuits RF dans les fréquences sub-térahertz nécessite des modèles de transistor précis et fiables, qui sont extraits et validés par des mesures hyperfréquences. L’objectif de ce travail a donc été de caractériser et modéliser les transistors HBT des technologies BiCMOS en régime petit signal et en bruit RF au-delà de 110 GHz. Après la mise au point d’une technique d’épluchage des accès du transistor à partir de mesures en bande G (140 – 220 GHz), la modélisation petit signal des transistors HBT des technologies B9MW, B5T et B55 de STMicroelectronics a pu être réalisée jusqu’à 220 et 325 GHz, tout en montrant les limitations dues à la montée en fréquence. De plus, l’extraction des quatre paramètres de bruit du transistor HBT SiGe a été réalisée pour la première fois dans l’intégralité de la bande 130 – 170 GHz, démontrant l’efficacité de la méthode multi-impédance associé à l’algorithme de Lane à ces hautes fréquences. Dans la perspective d’intégrer le système de mesure de bruit en vue de caractériser en bruit le transistor HBT, un amplificateur et un tuner d’impédance ont été conçus, en technologie B55, pour un fonctionnement de 130 à 170 GHz. / The emergence of millimeter-wave and terahertz applications for the general public, such as very high speed communication, automotive radar and imaging, is now possible thanks to the continuous progress on transistors performances. The SiGe BiCMOS technology ranks among the key enabling technologies able to address these applications. In fact, the heterojonction bipolar transistor of last generations feature cut-off frequencies higher than 300 GHz. Nevertheless, RF circuit design at sub-terahertz frequencies strongly rely on accurate and reliable transistor models, which are extracted and validated by RF measurements. This work aimed to characterize and model the BiCMOS HBTs in small-signal regime and RF noise beyond 110 GHz. Thanks to the development of a transistor access de-embedding technique from measurements in G-band (140 – 220 GHz), the small-signal modelling of HBTs from B9MW, B5T and B55 technologies of STMicroelectronics could be achieved up to 220 and 325 GHz. Furthermore, the four noise parameters extraction of the SiGe HBT was completed for the first time in the entire 130 – 170 GHz frequency range, thus demonstrating the efficiency of source-pull technique associated to Lane algorithm at such high frequencies. In order to integrate the noise measurement system for the HBT noise characterization, an amplifier and impedance tuner were designed, in B55 process, for a 130 – 170 GHz operating frequency range.

Les micros résonateurs électromécaniques de type MEMS sont aujourd’hui étudiés pour leur intérêt dans les applications nécessitant des fonctions de capteurs ou d’actionneurs de petites dimensions co-intégrées avec des fonctions électroniques. Actuellement, la majorité des résonateurs sont issus des filières silicium et quartz. Cependant, les propriétés du silicium se dégradent lorsque la température dépasse 200°C alors que la co-intégration monolithique des composants en quartz est impossible. Parmi les matériaux possibles pour pallier ces limites, le nitrure de gallium (GaN) semble être un matériau prometteur. Ses propriétés piézoélectriques ainsi que la possibilité de l’intégrer avec des transistors à haute mobilité électronique AlGaN/GaN sont particulièrement intéressantes. Afin d’améliorer les performances des résonateurs électromécaniques à base d’hétérostructures AlGaN/GaN nous proposons de les miniaturiser. Dans ce contexte, nous avons proposé de développer la croissance épitaxiale de plusieurs structures de seulement quelques centaines de nanomètres. Leurs caractéristiques structurales, électriques et mécaniques ont été étudiées afin de définir la structure optimale pour les applications MEMS. Des architectures d’actionneurs piézoélectriques et électrothermiques ainsi que des détecteurs sans grille pouvant répondre aux critères de miniaturisation ont été étudiées. Les étapes du procédé technologique spécifique à ces composants ont développées. Pour finir, les performances des résonateurs fabriqués sur ces couches minces ont été mesurées afin de mettre en avant l’utilité des structures minces et les performances des différentes architectures des transducteurs. / Micro-electro-mechanical resonant systems are widely investigated for their applications in actuators and sensors of small dimensions and co-integrated with electronic functions. In the area of vibrating resonant devices, most are based on silicon and quartz technologies. Even if Si based resonators exhibit ultrasensitive mass/force detection they lose their mechanical and electrical properties for temperature higher than 200°C whereas quartz devices are not easily co-integrated. To overcome these intrinsic limitations, other approaches such as wide bandgap semiconductor have been investigated. Especially GaN exhibits good piezoelectric properties and benefits of co-integration opportunity with AlGaN/GaN high electron mobility transistors. Therefore it seems to be an ideal candidate to address new generation of MEMS sensors that withstand harsh environment. To optimize the actual resonator based on AlGaN/GaN hétérostructures, we have chosen to study the device downscaling process. In this view, we developped the epitaxial growth, by molecular beam epitaxy, of AlGaN/GaN heterostructures on 3 kinds of thin buffers. Structural, electrical and mechanical characterizations were carried out in order to select the best buffer for MEMS applications. Then, we suggested several designs of piezoelectric and electrothermal actuators as well as a gateless detector that are compatible with downscaling. Specific fabrication steps were developed and optimized. Finally, we compare the performances of resonators fabricated on thin buffers with one processed on thick commercial structure in order to bring forward the advantages of thin buffer and the performances of the transductor design.

Ce document traite de la modélisation et de la caractérisation thermique de transistors de puissance GH25 pour des applications Radar en bande X. Les performances et la fiabilité sont liées à l’auto-échauffement dans les composants. Une estimation précise de la température en conditions réelles d’utilisation est nécessaire. Pour ces raisons, nous avons développé un modèle thermique utilisant un outil paramétrable pour extraire la température maximale du transistor. Les résultats de simulation ont été comparés à des mesures de température en périphérie du point chaud. Ces mesures ont été réalisées par thermographie IR, thermoréflectance et spectrométrie Raman pour valider la précision des modèles thermiques en mode de fonctionnement DC, pulsé et pour la première fois CW. Une nouvelle formule basée sur le comportement thermique réel du transistor a été définie dans le but d’améliorer les calculs du taux de défaillance des systèmes Radar en utilisant la méthode FIDES. / This document deals with the thermal modeling, the thermal characterization and the reliability of the GH25 power transistors for X band applications. The performances and the reliability are linked to the self-heating inside the component. An accurate temperature assessment in real operating conditions is therefore required. For these reasons, a dedicated in-house thermal model has been developed using a parameterized tool to extract the maximum temperature of the transistor. The simulation results have been compared with the temperature measurements in the vicinity of the hotspot. These measurements have been performed using IR thermography, thermoreflectance and Raman spectroscopy to validate the thermal models accuracy in DC, pulsed and for the first time, in CW operating conditions. A new formula based on the real thermal behavior of the transistor has been defined to improve the reliability rate calculation in Radar mode using the FIDES methodology.

Alors que nous approchons des nœuds technologiques ultimes dans le domaine de la logique numérique, la réduction de leurs dimensions est d’avantage impactée sur la longueur de leurs contacts plutôt que sur leur grille. Dès lors, il apparait nécessaire de réduire significativement la résistivité de ces contacts afin de ne pas dégrader les performances des futurs nœuds technologiques.Cependant, à cause de l’ancrage du niveau de Fermi, la plupart des métaux utilisés dans la micro-électronique présentent un travail de sortie effectif très éloigné de sa valeur théorique lorsque mis en contact avec du silicium. Prévenant toute modification de la hauteur de barrière Schottky à l’interface, ce phénomène empêche l’optimisation de la résistivité de contact. Afin de l’endiguer, une approche récente consiste à insérer une couche de diélectrique au sein du contact formant ainsi une jonction Métal/Isolant/Semi-conducteur (MIS). Néanmoins, la plupart des études présentées dans l’état de l’art ont été réalisées dans des environnements non-industriels, visant d’avantage à l’obtention de preuves de concept plutôt qu’à l’intégration de contacts MIS dans des produits manufacturés.Ce travail de thèse consiste donc à i) analyser le schéma optimal d’intégration de contacts MIS simultanément sur substrats n et p présentant des concentrations de dopants relativement élevées ; ii) Evaluer l’impact de tels contacts sur les performances des nœuds avancés ; iii) Fabriquer des contacts MIS dans un environnement semi-industriel en utilisant les matériaux conventionnement utilisés en micro-électronique avancée ; iv) Evaluer les propriétés effectives des contacts MIS ainsi fabriqués. / As we reach the ultimately scaled digital logic CMOS nodes, the scaling is more and more reflected on the contact length decrease rather than on that of the gate length in order to preserve well-behaved MOSFET characteristics. As a consequence, meeting the performance requirements for the upcoming devices generations implies to drastically decrease the contact resistivity value.However, due to Fermi level pinning, most of the metals used in the microelectronics today feature an effective metal work function almost independent from their reference value when contacted to silicon. This phenomenon hinders the optimization of the Schottky barrier height at the interface and thus of the contact resistivity. An innovative approach consists in inserting a dielectric layer between the metal and the semiconductor of the contacts thus forming Metal/Insulator/Semiconductor (MIS) junctions. Recently, studies of sub-nanometric TiOx insertions have shown promising results on n-type Si. Nevertheless, most of the studies of the state-of-the-art were performed in a non-industrial environment and were more focused on achieving a proof of concept rather than implementing MIS contacts in existing manufactured products with all their constraints. The work of this thesis consists in i) analyzing the optimal co-integration scheme of MIS contacts on n- and p-type semiconductors presenting relatively high doping concentration; ii) Evaluating the impact of such contacts on advanced MOSFETs nodes; iii) Implementing MIS contacts in a semi-industrial environment using the materials commonly found in advanced microelectronics; iv) Gauging the effective electrical properties of MIS contacts.

Les transistors bipolaires à hétérojonction (TBH) Si/SiGe offerts dans les technologie BiCMOS actuellement en production atteignent des fréquences maximales d’oscillation fMAX proches de 300 GHz. Il est ainsi possible d’adresser des applications dans le domaine millimétrique jusqu’à 100 GHz, telles que les radars anticollision pour automobiles (77 GHz), les communications optiques (100 Gb/s) et sans fil haut débit (60 GHz) avec ces technologies BiCMOS. L’objectif des travaux présentés dans ce manuscrit était d’améliorer les performances en fréquences des TBH Si/SiGe, et plus particulièrement fMAX, afin de préparer la prochaine génération de technologie BiCMOS. Tout d’abord, les principes de fonctionnement du transistor bipolaire sont rappelés et l’architecture du composant étudié est présentée. Les différents paramètres définissant le profil de dopage sont étudiés et leurs influences sur les performances fréquentielles du transistor et notamment sur le compromis entre la fréquence de transition du gain en courant fT et fMAX. sont détaillées. La réduction des dimensions latérales du transistor dont le but est de diminuer les résistances et capacités parasites a fait l’objet d’une étude dont les résultats ont montré les bénéfices, mais également les limitations, quant à l’augmentation de fMAX. Ces études ont permis de démontrer la faisabilité d’intégrer un TBH de fT ~ 300 GHz et fMAX ~ 400 GHz dans un nœud CMOS 55 nm. Enfin, les différentes générations de composant mis au point pendant ces travaux, pour lesquelles des valeurs de fT entre 250 GHz et 320 GHz, et des valeurs de fMAX entre 330 GHz et 420 GHz, sont comparées entre elles ainsi qu’à la technologie BiCMOS9MW (fT = 220 GHz, fMAX = 280 GHz) actuellement en production. Cette comparaison concerne les performances en bruit et en puissance (grand signal) aux fréquences millimétriques. Les bénéfices de nos travaux ont également été démontrés à travers les résultats de circuits réalisés par des partenaires universitaires. Un de ces circuits a notamment été utilisé pour la fabrication d’un démonstrateur d’imagerie active à 160 GHz. / SiGe heterojonction bipolar transistors (HBT) available in production qualified BiCMOS technologies today reach maximum oscillation frequencies fMAX close to 300 GHz. These technologies address millimeter-wave applicationsuntil 100 GHz, as collision avoidance radar for automotive (77 GHz), 60 GHz high date rate wireless communications and 100 Gb/s optical communications.. Objective of the work presented in this manuscript was to increase the transit frequenciess, and more especially fMAX, of SiGe HBTs in order to prepare the next BiCMOS generation. First, the theory of the bipolar transistor and the architecture of the device used for our studies are presented. Then, the different parameters defining the vertical doping profile are investigated and their influences on frequency performances, in particular on the trade-off between the current gain transit frequency fT and fMAX are detailed. The reduction of the lateral dimensions of the transistor, performed to reduce parasitic resistances and capacitances, exhibited the benefits but also the limitations of the scaling toincrease fMAX. Those studies enabled to demonstrate the feasability to integrate a 300-GHz fT and 400-GHz fMAX HBT in a 55-nm CMOS node. Finally, the different generations of devices fabricated during this work, exhibiting fT values between 250 GHz and 320 GHz and fMAX values between 330 GHz et 420 GHz, are compared between them and with BiCMOS9MW, a production qualified technology featuring 220 GHz fT and 280 GHz fMAX. This comparison deals with both the noise and the power (large signal) performances at millimeter-wave frequencies. The benefit of the work carried out in this PhD thesis is also demonstrated through the results of circuits designed by partners from different universities. One of those circuits in particular had been used to demonstrate a prototype of an active imaging system at 160 GHz.

De nombreuses applications ont émergées ses dernières années pour les gammes de fréquences millimétriques (le radar, l’imagerie, les communications inter-satellitaire ou à faible distance/haut débits,…). Pour ce type d’applications, le silicium est longtemps resté en retrait, du fait de ses performances limitées par rapport aux composants III-V. Dans le contexte du projet Européen DotFive, plusieurs entreprises et laboratoires (STMicroelectronics, Infineon, IMEC, IHP, Dresden University,….) ont pour ambition la production de composants en technologie silicium proposant des fréquences maximales supérieures à 0.5 THz d’ici à 2013. Dans ce contexte STMicroelectronics a récemment publié des résultats sur des composants montrant une fréquence FMAX> 400 GHz, l’état de l’art se situant aujourd’hui à 0.5 THz (toujours dans le contexte du projet DotFive). Le silicium semble donc aujourd’hui en bonne voie pour rattraper son retard et répondre aux besoins pour les applications millimétriques. L’intérêt du Silicium étant principalement de pouvoir proposer des applications grand public, bas coût et de pouvoir intégrer les fonctions digitales et RF sur une même puce. Toutefois, les performances de cette technologie, notamment dans le domaine du non linéaire sont peu connue en gamme millimétrique. Pour pouvoir étudier ces performances, il est nécessaire d’avoir les bancs de mesures en gamme millimétrique. L’I.E.M.N. et STMicroelectronics n’étant équipés dans le domaine non linéaire que jusque 40 GHz (18 GHz pour STMicroelectronics). La problématique de cette thèse consistera donc à repousser les limites de la mesure de puissance jusqu’à 200 GHz.D’abord, un banc de mesure load-pull en bande W (75 GHz-110 GHz) sera mis en place. L’extraction du paramètre S11 en non linéaire permettra d’obtenir une très bonne précision du banc. Du fait de l’indisponibilité de tuners précis et offrant une bonne répétabilité en bande G (140 GHz-220 GHz) et des pertes importantes des sondes dans cette même bande de fréquence, l’utilisation de tuners intégrés sera envisagée, permettant ainsi de générer de forts coefficients de réflexion en sortie du dispositif. Ces tuners d’impédance devront répondre à un cahier des charge définit en terme de couverture et de linéarité. De plus, la difficulté de trouver des systèmes de mesure de puissance rapide et précis dans cette bande de fréquence nous amènera à développer un prototype de détection en utilisant une technologie III-V. Puis, l’ensemble des bancs étant mis en place, les performances des composants seront étudiées et les principales limitations physiques (thermique, ionisation,…) intervenant sur la puissance seront évaluées grâce à des mesures allant du DC jusque 200 GHz. Nous verrons que cette technologie offre une densité de puissance très intéressante et permettra ainsi de répondre à de nombreuses applications. C’est travaux de thèse sont réalisés dans le cadre d’une thèse CIFRE avec l’IEMN et STMicroelectronics. / Many applications are emerging at millimeter wave frequencies (radar, imaging, satellite or point to point communications). The ‘DotFive’ project gather industries and laboratories working in microelectronics field (STMicroelectronics, Infineon, IMEC, IHP, Dresden University,.) with the aim to product silicon devices with fMAX>500 GHz for year 2013. In this context, STMicroelectronics recently published results on SiGe HBT showing fMAX>400 GHz. The state of the art in this field is 0.5 THz (Dotfive). Thanks to these high performances, silicon technology seems to be a good challenger for millimeter wave applications. Main advantages of this technology are its ability to propose low cost production and the capability to integrate digital and radiofrequency applications on a single chip. However, non linear performances of the silicon technology have never been studied at millimeter wave frequencies. To this aim, non linear test bench are needed. Before this PhD, I.E.M.N. and STMicroelectronics were limited to 40 GHz. Thus, the goal of this thesis focus on the development of load pull test bench up to 220 GHz. First a W band (75 GHz-110 GHz) load pull test bench has been developed. The main innovation is the ability to extract non linear S11 parameter, in order to obtain an extremely high precision. Then, a G band load pull test bench has been developed with integrated impedance tuner for load impedance variation. The use of integrated impedance tuner was justified by unavailability of external tuner and the high probe losses at these frequencies. The designed integrated tuners have to respect fixed specifications for covered smith chart area and linearity. Due to the difficulty to find fast power measurement devices, we also developed a diode detector on III-V technology.These previously developed test bench allow studies on non linear behavior of CMOS and BiCMOS devices and on the mains physical effects (thermal effect, breakdown,…) which limit power performances from DC to 200 GHz. We will see that BiCMOS technology offer state of the art power density measured at 94 GHz. Finally, integration of a complete load pull test bench on silicon wafer is envisaged. This work have been done for the common laboratory I.E.M.N./STMicroelectronics.

Les propriétés électriques et mécaniques exceptionnelles du graphène font de ce matériau bidimensionnel à base de carbone, l’un des matériaux phare de la micro-électronique. L’objectif des ces travaux de recherche est de démontrer les possibilités nouvelles offertes par le graphène dans le domaine des transistors ultra-rapides et faible bruit. La fabrication de transistors RF a été réalisée sur des échantillons obtenus par graphitisation de substrat SiC. Ce travail s’est déroulé dans le cadre du projet ANR MIGRAQUEL, en partenariat avec le Laboratoire de Photonique et de Nanostructures (LPN), le Laboratoire Pierre Aigrain (LPA) de l’ENS, et l’Institut d’Electronique Fondamentale (IEF). Les couches de graphène utilisées dans cette thèse ont été synthétisées au LPN. Le développement et l’optimisation des différents procédés technologiques se sont déroulés en salle blanche. Les propriétés du matériau tels que la mobilité, la résistance par carré, ainsi que certaines caractéristiques technologiques comme les résistances de contact sont déduites de structures spécifiques. Ensuite, des caractérisations électriques en régime statique et dynamique effectuées sur des transistors graphène à effet de champ (GFET) ont été effectuées. Les meilleures performances hyperfréquence ont été obtenues sur des transistors à base de nano-rubans de graphène (GNRFET), avec une fréquence de coupure « intrinsèque » du gain en courant ft_intr=50GHz et une fréquence maximale d’oscillation fmax=29GHz; et ce pour une longueur de grille de Lg=75nm à Vds=300mV. / Outstanding electrical and mechanical properties of graphene make this two-dimensional carbon-based material, one of the leading microelectronics materials. The aim of this thesis is to demonstrate the new possibilities offered by graphene in the field of high-speed and low-noise transistors. RF transistors have been produced on samples obtained by graphitization of SiC substrates. This was possible through the ANR program MIGRAQUEL in partnership with the Laboratory of Photonics and Nanostructures (LPN), the Pierre Aigrain Laboratory (LPA) of ENS and the Institute of Fundamental Electronics (IEF). Graphene samples used in this thesis were synthesized in LPN. The development and optimization of the different technological steps process took place in clean-rooms. Material properties such as mobility, sheet resistance and some technological parameters such as contact resistance are made using specific samples. Then, each GFET and GNRFET (Graphene Nano-Ribbons FET) transistor were analyzed both in static and high-frequency regime. Finally, the best RF measurement in terms of intrinsisc current gain cut-off frequency and maximum oscillation frequency are respectively fr_intr=50GHz and fmax=29GHz; for a gate length of Lg=75nm at Vds=300mV.

Depuis quelques années, l’électronique flexible connait un essor de grande envergure, notamment pour l’affichage sur grande surface comme les écrans plats (LCD, AMOLED..). Une alternative au silicium amorphe (a-Si), abondamment utilisé dans ces technologies, est l’emploi des semi-conducteurs à base d’oxydes métalliques. En effet, ces matériaux aux propriétés électriques remarquables présentent plusieurs combinaisons intéressantes de propriétés peu observées usuellement : ils sont transparents grâce à leur grande bande interdite, leur structure peut être amorphe ou cristalline, la mobilité peut atteindre 10 cm2V-1s-1 dans l’état amorphe, soit une décade de plus que celle du silicium amorphe. Ces travaux de thèse présentent dans un premier temps la mise en place d’un procédé complet de type sol-gel pour l’élaboration de semi-conducteurs de type In-(X)-Zn-O (IXZO) avec différents dopants X (Ga, Sb, Be, Al…). Ce procédé novateur pour ce type de semi-conducteur nous a permis de déterminer la meilleure composition chimique en termes de stabilité et de performances électriques. Après avoir identifié et optimisé les verrous technologiques (composition, dopants, concentration, interfaces…), nous avons caractérisé la nanostructure de ces matériaux et mis en évidence une ségrégation de phase des oxydes élémentaires permettant une compréhension plus fine des propriétés de transport dans ces semi-conducteurs et proposons un modèle de conduction par percolation validé pour une large gamme de dopants étudiés. Finalement, grâce à la mise au point d'un recuit combiné à un procédé lampe flash UV, nous démontrons la faisabilité de l’intégration de ces matériaux sur substrat flexible. / Flexible electronics has experienced major advances in these last years. Indeed, the boom of flat panel displays (LCDs, AMOLED.) market is undergoing an exponential increase. One of the alternative solutions to amorphous silicon (a-Si) commonly used nowadays in these products is the development of metal oxide semiconductors. These materials are experiencing a huge consideration in both academic and industrial research, as well as in development labs due to their multiple performances. Besides their high electrical properties, with typical charge carrier mobilities in the order of 10 cm2V-1s-1. They can also be processed giving crystalline or amorphous structures. In this work, we have chosen to develop a complete chemical process based on the sol-gel technique to elaborate ternary metal oxide semiconductors, refered as In-(X)-Zn-O (IXZO) using different metal X as dopants. This innovative process for metal oxide semiconductors has allowed us to determine the best chemical composition, leading to a high stability and excellent electrical performances. Then, after having optimized the technological barriers (composition, doping, concentration, interfaces ...), we have characterized the nanostructure of these materials and evidence a phase segregation of the elementary oxides inside the material. We have also obtained a better understanding of charge transport properties in these semiconductors and assessed a percolation-based conduction model valid over a wide range of metal dopants. Finally, we have developed and optimized a combined thermal and UV flash lamp annealing process and demonstrated the feasibility of the integration of metal oxides on flexible substrates.