L’électronique flexible est une thématique en plein essor, et impacte de nombreux secteurs applicatifs. L’objectif de cette thèse est de développer des composants sur substrats flexibles, pour des applications dans le domaine des radiofréquences. Elle est constituée de deux grandes parties : (i) la fabrication de composants passifs RF en utilisant la technologie d’impression par jet d’encre ; (ii) la fabrication de transistors graphène sur substrats flexibles. Ces travaux sont partiellement intégrés au projet Européen flagship GRAPHENE, et au projet ANR GRACY. La technique d’impression jet d’encre est particulièrement adaptée à la fabrication de composants sur substrats flexibles. L’un des challenges de cette approche technologique est de pouvoir atteindre une définition et une résolution adaptée au fonctionnement en régime radiofréquence. Le travail mené dans cette thèse a permis de réaliser des lignes homogènes de largeur minimale de 50 µm, et une résolution (distance entre 2 lignes de l’ordre de 15 µm. Différents composants passifs ont été fabriqués et caractérisés avec succès, et ce même en appliquant des contraintes en flexion aux dispositifs.Nous avons également développé et optimiser un procédé technologique, adapté à la fabrication de transistors à effet de champ à base de graphène (GFET), sur substrat flexible. Ce procédé présente un bilan thermique faible, et est basé sur l’utilisation d’une grille arrière à base d’aluminium dont l’oxyde naturel sert d’oxyde de grille. De nombreux transistors ont été fabriqués sur substrat kapton, et avec un bon rendement. Les meilleures performances en termes de fréquence de coupure du gain en courant (ft=39 GHz) et la fréquence maximale d’oscillation (fmax=13GHz) ont été mesurées sur un transistor de longueurs de grille Lg=100 nm et un développement de 12µm. Cette performance est à l’état de l’art de GFET flexibles. Ces performances sont conservées pour des contraintes atteignant 0,5%. / Flexible electronic has drawn growing attentions for past several years due to its largely potential applications. The objective of my PhD work is to develop devices based on flexible substrate, for RF applications. There are mainly two parts involved: (i) fabrication of passive devices (transmission lines, antenna, etc) using inkjet printing technology; (ii) fabrication of graphene field effect transistors on flexible substrate using graphene growth by CVD technique. This work is partially involved in the European Flagship program GRAPHENE, and the ANR program GRACY. Inkjet printing is a promising fabrication technology for flexible electronics. The challenge of this technology is the quality and reliability of printed patterns in terms of geometry. Based on optimized printing parameters, the structures of coplanar wave guide (CPW) transmission lines with nice printing quality were realized (definition of 50 µm, resolution down to 20 µm). The RF characterization of these transmission lines combining the considerations of geometric dimensions, sintering temperature, and substrate bending are presented. The outstanding electrical and mechanical properties make graphene suitable for flexible transistors. In this thesis, we have developed and optimized a new low temperature process based on back-gated structure either on rigid substrate than on flexible substrate (here kapton). From flexible transistors, we report as measured current gain cut-off frequency ( ft-DUT ,without any de-embedding) of 39 GHz and maximum oscillation frequency (fmax) of 13 GHz in devices with 100 nm gate length and 12 µm gate width. This result is at the level of the state of art for flexible GFETs.

Ce travail a été réalisé dans le cadre du projet GRACY regroupant l’IEMN et d’autres laboratoires de recherche : CALISTO et IMS Bordeaux. Ce manuscrit fait état d’une synthèse exhaustive des études et avancées menées dans le cadre de ce travail de thèse au sein de l’Institut d’Électronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN) dans le groupe CARBON. Le principal axe de réflexion de ce travail repose sur la conception, la modélisation et la caractérisation des dispositifs actifs et passifs sur substrat souples et rigides en vue du développement de nouveaux composants et de circuits électroniques avec des critères de performances de plus en plus importants. Au cours de ce travail, l’accent a été principalement portée sur les étapes essentielles à la réalisation de circuit intégré en ondes millimétriques utilisant la technologie coplanaire en impression jet d’encre et les transistors à effet de champ à base de graphène (GFETs). Ce mémoire montre en particulier l’intérêt et les potentialités du graphène pour son intégration au sein des circuits électroniques. De plus, une attention particulière a été portée sur la modélisation et les techniques de caractérisations relatives aux dispositifs passifs sur substrat souple. Par conséquent, un banc de caractérisation de ces éléments sur substrat flexibles a été développé au cours de cette thèse afin de vérifier et consolider expérimentalement leurs comportements. / This work was carried out under the project involving GRACY IEMN and other research laboratories: CALISTO and IMS Bordeaux. This manuscript reports a comprehensive overview of studies and advanced conducted as part of this thesis in the Institute of Electronics, Microelectronics and Nanotechnology (IEMN) in CARBON group. The main reflection axis of this work is based on the design, modeling and characterization of active and passive devices on flexible and rigid substrates for the development of new components and electronic circuits with increasingly important performance criteria. During this work, the focus was mainly focused on the essential steps to achieving integrated circuit millimeter wave using coplanar technology by inkjet printing and field effect transistors based on graphene (GFETs). This memory in particular shows the importance and potential of graphene for integration into electronic circuits. In addition, special attention was paid on modeling and characterization techniques related to passive devices on flexible substrates. Therefore, a characterization bench of these elements on flexible substrate has been developed during this thesis to verify and consolidate their behavior experimentally.

Les Transistors à Haute Mobilité Electronique (HEMTs) à base de GaN sont les composants les plus prometteurs pour des applications de puissance en gamme d’ondes micrométriques et millimétriques grâce à leurs très bonnes propriétés physiques comme leur grande largeur de bande interdite (3.4eV), induisant un champ de claquage élevé (>106 V/cm) mais également une vitesse de saturation des électrons élevée (>107 cm/s). Dans ce travail, nous avons étudié les effets de canaux courts pour des transistors réalisés sur des hétérostructures AlGaN/GaN et InAlN/GaN. Des grilles de longueur (Lg=75nm) ont été fabriquées permettant d’atteindre des fréquences de coupure du gain en courant et en puissance respectives de 113GHz et 200GHz. Ces performances sont à l’état de l’art de la filière InAlN/GaN sur substrat saphir. En ce qui concerne les hétérostructures AlGaN/GaN, les pièges liés aux états de surface ont été stabilisés grâce à une étape de passivation optimisée consistant en un prétraitement N20 et un dépôt de bicouche SiN/SiO2. Cette dernière a permis de limiter les chutes de courant du transistor en régime dynamique. A partir d’une topologie adaptée, des résultats de puissance hyperfréquence à 40GHz ont été obtenus. Une densité de puissance au niveau de l’art de 1.5W/mm a été mesurée sur un HEMT AlGaN/GaN sur substrat Si(111). Pour une hétérostructure InAlN/GaN sur substrat saphir, les résultats de puissance hyperfréquence sont également à l’état de l’art de la filière avec une densité de puissance en sortie du transistor de 2W/mm et un rendement en puissance ajoutée de 13%. / GaN based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) represent the most promising devices for microwave and millimeter-wave power applications. One key advantage of GaN is the superior physical properties such as a wide band gap (3.4eV) leading to high breakdown fields (>106 V/cm) and a high saturation electron drift velocity (>107 cm/s).In practice, physical limitations appear and avoid reaching expected performances in terms of frequency and microwave power. Short channel effects appear with the decrease of the transistor gate length. In large signal conditions, traps related to surface states of the semiconductor lead to drain current drops. In this work, we have studied short channel effects for transistors fabricated on AlGaN/GaN and InAlN/GaN heterostructures. Devices with 75nm-T-shaped-gates exhibit a current gain cut-off frequency and a power gain cutoff frequency of 113GHz and 200GHz respectively. To the author knowledge, these cut-off frequencies are the highest reported values for InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate. For AlGaN/GaN HEMTs, traps related to surface states were neutralized thanks to optimized passivation steps, permitting to mitigate DC to RF dispersion. It consists of a N2O pretreatment followed by a SiN/SiO2 bilayer deposition. From an appropriate transistor topology, microwave power measurements were performed at 40GHz. An output power density of 1.5W/mm, very closed to the state of the art, was measured for AlGaN/GaN HEMTs grown on Si(111) substrate. For InAlN/GaN HEMTs grown on sapphire substrate, state of the art output power density of 2W/mm was achieved with an associated power added efficiency of 13%.

Parmi les technologies du 21e siècle en pleine expansion, la télécommunication sans-fil constitue une dimension fondamentale pour les réseaux mobiles, l’aéronautique, les applications spatiales et les systèmes de positionnement par satellites. Dans ce sens, l’alternative de l’exploitation de bande de plus haute fréquence et la multiplication des canaux de transmission sont activement visées par les travaux de recherches actuels. Les technologies à l’étude reposent sur l’utilisation de systèmes intégrés pour répondre aux considérations de coûts de production et d’encombrement des dispositifs. L’élément de base de ces systèmes, le transistor, établit largement la performance du dispositif final en termes de montée en fréquence, de fiabilité et de consommation. Afin de répondre aux défis présents et futurs, des alternatives à la filière silicium sont clairement envisagées. À ce jour, la filière nitrure de gallium est présentée comme la plus prometteuse pour l’amplification de puissance en bande Ka et W au vue de ses caractéristiques physiques et électriques, des performances atteintes par les prototypes réalisées et des premiers produits commerciaux disponibles.L’exploitation de cette technologie à son plein potentiel s’appuie sur la maîtrise des étapes de fabrication, de caractérisation et de modélisation du transistor. Ce travail de thèse a pour objectif le développement d’une modélisation de transistors fabriqués expérimentalement à l’état de l’art. Une partie conséquente de ce travail sera portée sur la caractérisation thermique du dispositif ainsi que sur la modélisation d’éléments passifs pour la conception d’un circuit hyperfréquence de puissance.. / Amongst the emerging and developing technologies of the 21st century, wireless transmission is a fundamental aspect for mobile networks, aeronautics, spatial applications and global positioning systems. In that sense, the use of higher frequency bandwidths and increase of transmission channels are aimed by various current research works. Investigated technologies are based upon integrated systems to meet the criteria of devices costs and size. As the cornerstone of such devices, the transistor largely accounts for the final system performance in terms of working frequency, reliability and consumption. To respond to the challenges of today and tomorrow challenges, alternatives to the dominant current silicon process are clearly considered. To date, gallium nitride based technology is found to be the most promising for hyperfrequency power amplification for Ka and W bands given the associated physical and electrical characteristics, prototypes performance and first commercial “off-the-shelf” products. Exploitation of this technology to its full potential requires controlling and mastering the involved fabrication, characterization and modeling steps related to the transistor. This work aims at establishing a methodology enabling a semi-physical modeling of experimental transistors which exhibit state-of-the-art performance. A significant part of this work will also focus on thermal characterization of devices under test and on modeling of passive elements suited for the design of hyperfrequency power circuits.

Ce travail de thèse a consisté à faire une étude théorique et expérimentale des transistors HEMTs Al(In,Ga)N/GaN . Il a été réalisé au sein du groupe Composants et Dispositifs Micro-ondes de Puissance à L’IEMN. Il s’articule autour de quatre chapitres qui permettent d’abord d’évoquer les principales propriétés physiques des matériaux nitrurés, de présenter les principes de fonctionnement des HEMTs Al(In,Ga)N/GaN et d’exposer à travers l’état de l’art, leurs performances en termes de puissances hyperfréquences. Ensuite l’analyse des contacts de type Schottky et ohmique a été réalisée notamment à températures cryogéniques dans le but d’identifier les différents modes de conduction qui s’opèrent en leur sein. Puis les caractéristiques statique et hyperfréquence de transistors HEMTs Al(In, Ga)N/GaN fabriqués pour les besoins de cette thèse ont été étudiées et présentées. Celles-ci ont permis d’étudier les performances fréquentielles de ces transistors au travers d’une étude originale basée sur le temps de transit. Enfin les effets de pièges d’interfaces qui constituent l’une des limites fondamentales inhérentes à ce type de composants ont été caractérisés et quantifiés par différentes méthodes de spectroscopies de défauts (méthode de la pente sous le seuil, de la conductance, haute fréquence - basse fréquence …). / This PhD work consisted in a theoretical and experimental study of Al(In, Ga)N/GaN HEMTs (High Electron Mobility Transistor). It was carried out in Microwave Power Devices group at IEMN (Institut d’électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie). The manuscript is shared in four chapters: The first chapter deals with the main physical properties of nitride materials. It presents the main specificities of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs and exposes through the state of art, their performance in terms of microwave power. The second part describes Schottky and Ohmic contacts analysis based in particular to cryogenic temperatures measurement in order to identify the different conduction modes occurring within. In the third chapters, we studied static and microwave characteristics of Al(In,Ga)N/GaN HEMTs manufactured for the purposes of this thesis. They are used to examine the frequency performance of these transistors through an original study based on transit time. And finally, the last chapter explains the effects of traps interfaces that constitute one of the fundamental limitations inherent to this type of components. They are characterized and quantified by several defects spectroscopy methods such as subthreshold slope method, conductance method, high frequency - low frequency method...

Aujourd’hui, l’amélioration des fréquences de coupure des transistors sur silicium en technologie CMOS et BiCMOS permet la conception d’applications au-delà de 110 GHz. Des recherches antérieures dans le cadre du laboratoire commun entre STMicroelectronics et l’IEMN ont permis le développement de méthodologies et d’outils de caractérisation en régime petit signal jusque 325 GHz et en bruit jusque 110 GHz. L’objectif de cette thèse est la conception d’un outil de caractérisation en bruit au-delà de 110 GHz pour permettre l’extraction des quatre paramètres de bruit des transistors. Après une présentation des difficultés liées à la caractérisation millimétrique sur silicium, la deuxième première partie de ce travail se consacre au développement d’un banc de mesure de bruit dans la bande 130 – 170 GHz. Son optimisation a permis d’obtenir un facteur de bruit du récepteur inférieur à 7 dB sur toute la bande de fréquences. La conception de tuners intégrés sur silicium en technologie BiCMOS9MW est ensuite détaillée. Leur réalisation a permis l’extraction des quatre paramètres de bruit d’un transistor bipolaire en technologie BiCMOS9MW dans la bande 130 – 170 GHz. La dernière partie de ce travail présente la mesure et l’extraction des modèles petit signal et de bruit jusque 110 GHz des transistors MOSFET et TBH avancés de STMicroelectronics permettant l’établissement d’une base de données pour des caractérisations au-delà de 110 GHz. Enfin, une ouverture vers un système de mesure de bruit totalement intégré sur silicium est évoquée pouvant permettre des caractérisations en bruit au-delà de 170 GHz. / Today, cut-off frequencies improvement of silicon transistors in CMOS and BiCMOS technologies allow the design of applications over 110 GHz. Prior research in common lab between STMicroelectronics and IEMN allowed methodologies and characterization studies in small signal up to 325 GHz and noise up to 110 GHz. This thesis objective is the development of noise characterization setup over 110 GHz to allow silicon transistor four noise parameters extraction. After a presentation of characterization difficulties on silicon, the second part of this work is devoted to noise setup development in 130 – 170 GHz frequency range. The optimization of the setup allowed us to obtain a receiver noise factor below 7 dB. Silicon in-situ tuner design is then detailed. Achievement of these tuners gave us the possibility to extract the four noise parameters of a bipolar transistor in BiCMOS9MW technology in 130 – 170 GHz frequency range. The last part of this work presents small signal and noise model extraction up to 110 GHz of STMicroelectronics advanced MOSFET and HBT transistors to allow database building which will be useful to permit noise characterizations of these transistors over 110 GHz. Finally, the possibility to develop complete on wafer noise system on silicon is mentioned to provide noise characterization over 170 GHz.

Depuis quelques années, nous assistons à l’essor d’une nouvelle filière d’électronique basée sur des supports flexibles. De nombreuses applications difficilement atteignables par l’électronique classique sont visées, c’est notamment le cas des tags RFID, des capteurs mobiles, des écrans flexibles…. Cette électronique est essentiellement basée sur des matériaux organiques pour lesquels la faible mobilité (<1cm2 /V.s) limite considérablement les performances hyperfréquences des composants. Dans ce contexte, l’intégration hétérogène de composants des filières GaN et graphène sur substrat flexible apparait comme une solution prometteuse pour des applications de puissance hyperfréquence où la conformabilité sur surface non plane est souhaitée. Ces travaux présentent d’une part, une méthode de transfert de composants HEMTs AlGaN/GaN sur ruban flexible et d’autre part, une technique de manipulation du substrat souple et de fabrication directe des composants à base de graphène sur celui-ci. Des HEMTs AlGaN/GaN à faible longueur de grille (LG = 100nm) ont été transférés sur ruban flexible et ont permis d’atteindre des résultats à l’état de l’art en termes de puissance hyperfréquence avec un gain de puissance linéaire (Gp) de 15,8 dB, une densité de puissance de sortie (Pout) de 420 mW / mm et une puissance ajoutée (PAE) de 29,6%. Pour les composants à base de graphène, une technique de manipulation du substrat flexible a été développée et a permis de fiabiliser le procédé technologique de fabrication. Une fréquence de coupure ft de 1GHz et une fréquence maximale d’oscillation fmax de 3 GHz ont été obtenues. / In recent years, the field of flexible electronics has been expanding. Many applications difficult to achieve by conventional electronics are targeted as RFID tags, mobile sensors, flexible screens… This field is essentially based on organic material for which the poor mobility (<1cm2 /V.s) limits considerably the device performances. In this context, the heterogeneous integration of GaN and graphene devices on a flexible substrate appears to be a promising solution for microwave power applications where conformability on a non-planar surface is needed. This work presents, on the one hand, a method to transfer AlGaN/GaN HEMTs onto flexible tape and, on the other hand, a technique for handling and manufacturing graphene-based components directly on the flexible substrate. HEMTs with short-gate length (LG = 100 nm) have been transferred onto flexible tape and showed state of the art results in terms of microwave power with a linear power gain (Gp) of 15.8 dB, an output power density (Pout) of 420 mW/ mm and an added power efficiency (PAE) of 29.6%. Concerning graphene-based devices, a flexible substrate handling technique has been developed making the manufacturing process more reliable. A cut-off frequency ft of 1 GHz and a maximum oscillation frequency fmax of 3 GHz were obtained.

Les transistors à haute mobilité électronique à base de Nitrure de Gallium sur substrat de silicium (GaN-sur-Si) sont des candidats prometteurs pour les futures générations de convertisseur de puissance. Aujourd’hui, plusieurs verrous techniques ralentissent la commercialisation de cette technologie au niveau industriel, en particulier pour les applications requérant de haute tension (≥ 600 V). Dans ce contexte, ces travaux constituent une contribution au développement de composants innovants à base de GaN-sur-Si fonctionnant au-delà de 1kV. Nous nous sommes principalement focalisés sur l’amélioration de la tenue en tension de ce type de transistors au travers du développement d’un procédé de gravure localisée du substrat en face arrière permettant de supprimer le phénomène de conduction parasite localisé entre les couches tampons et le substrat. Ce procédé ainsi que l’utilisation de structures d’épitaxie innovantes nous ont permis d’observer une amélioration drastique des performances électriques des transistors à haute tension. Nous avons pu notamment démontrer pour la première fois la possibilité de délivrer des tenues en tension de plus de 3 kV sur cette filière émergente. Ces résultats obtenus, supérieurs à l’état de l’art, laissent envisager l’utilisation des technologies GaN-sur-Si pour les moyennes et hautes gammes de tension (>1000V). / GaN-based High Electron Mobility Transistors (HEMTs) on Silicon substrate (GaN-on-Si) are promising candidates for future generations of power converters. Today, technical limitations need to be overcome in order to allow the industrial commercialization of this technology, particularly for high-voltage applications (≥ 600 V). In this frame, this work constitutes a contribution to the development of innovative GaN-on-Si devices operating above 1kV. We mainly focused on the improvement of the blocking voltage of the transistors with the realization of a local substrate removal process with the aim of suppressing the parasitic conduction phenomena between the buffer layer and the substrate. Owing to an improved technological process and innovative epitaxial structures, we observed a drastic improvement of the electrical performances of the transistor under high voltages. In particular, we have been able to demonstrate for the first time a blocking voltage above 3kV for this emerging technology. These results, well beyond the state of the art, pave the way for higher voltage operation GaN-on-Si power devices.

L’avènement des technologies itinérantes s’est accompagné de l’accroissement des besoins en autonomie des appareils électroniques mobiles. De plus la forte densité d’intégration des dispositifs conduit aux limites de dissipation thermique des systèmes de refroidissement classiques. Ainsi dans cette thèse le régime de fonctionnement bas Vds a été investigué dans les HEMTs à base de matériaux faibles gaps afin de réduire les puissances consommées. Cette étude est réalisée à 300K et 77K. Concernant les HEMTs à base d’antimoine des performances records ont été publiées à 300K (fT = 144GHz à 100mV pour Lg=120nm). En termes de performances en bruit à la fois pour les HEMTs industriels étudiés et les HEMTs à base d’antimoine à 30GHz et Vds=100mV un NFmin autour de 1.6dB et un Gass de l’ordre de 6dB sont atteints pour des puissances dissipées inférieures à 10mW/mm. Enfin des dimensionnements d’amplificateurs faibles bruit ont été réalisé afin d’évaluer la potentielle réalisation d’une électronique basse consommation à température ambiante et cryogénique. Ces dimensionnements ont permis d’obtenir à 100mV de tension drain un NF autour de 1,7dB pour un gain associé avoisinant 6dB avec une puissance dissipée inférieure à 6mW/mm à température ambiante et à basse température (77K) la valeur de NF est autour de 0,6dB pour un gain associé supérieur à 7dB. / Advent of itinerant technologies was done with the autonomy needs increase in the mobile electronics devices. In addition the high devices integration density leads to the thermal dissipation limits of the classic cooling systems. Thus in this thesis the low Vds operation mode is investigated in narrow band gap materials based HEMTs in order to reduce the power consumption. This study is done at room temperature (300K) and at cryogenic temperature (77K). Concerning antimonide based HEMTs, record performances was published at 300K (fT = 144GHz à 100mV for Lg=120nm). In terms of noise performances both of industrial studied HEMTs and antimonide based HEMTs present at 30GHz and Vds=100mV NFmin value around 1.6dB and Gass around 6dB for power dissipation lower than 10mW/mm. Finally low noise amplifier (LNA) design is done in order to evaluate the potential use of those devices in low power consumption electronics at room and cryogenic temperature. Those designs allowed to obtain at Vds=100mV NF value around 1.7dB and Gass around 6dB with power dissipation lower than 6mW/mm at room temperature and at cryogenic temperature NF value around 0,6dB for Gass value higher than 7dB.

Les transistors à haute mobilité électronique à base de GaN (HEMTs) constituent une filière prometteuse pour l’amplification de puissance dans la gamme des fréquences micro-ondes et des applications dans le domaine millimétrique. Les propriétés physiques exceptionnelles du GaN, sont à l’origine de performances attrayantes obtenues avec les dispositifs à base de GaN, comparées aux autres technologies III-V, en termes de densité de puissance jusqu’à 94GHz pour des applications en télécommunications ou militaires.Cette thèse traite de la fabrication et de la caractérisation des transistors HEMTs AlGaN/GaN sur substrat de silicium (111) avec une fine épaisseur de barrière d’AlGaN et des longueurs de grilles très courtes. Des transistors à grilles décentrées ont été ainsi fabriqués et optimisés en réduisant l’espacement grille-source. Par conséquent, une amélioration significative de la transconductance et des fréquences de coupure FT et FMAX a été obtenue. De plus, un maximum de transconductance de 435 mS/mm avec une bonne qualité de pincement pour une longueur de grille de 110 nm a été démontré. D’autre part, des transistors HEMTs à grille double chapeaux ont été fabriqués. De bons résultats en termes de fréquence de coupure FMAX=206GHz et FT=100GHz ont été obtenus sur des HEMTs ayant une longueur de grille de 90nm et une distance source-grille de 0.25µm. Le maximum de transconductance associé est de 440mS/mm. Ces résultats attrayants obtenus montrent clairement que la technologie des transistors HEMTs GaN sur substrat silicium est une voie viable et prometteuse pour la réalisation de dispositifs à bas coût dans le domaine millimétrique. / GaN-based High-Electron Mobility Transistors (HEMTs) have emerged as one of the best candidates for solid-state power amplification in the microwave and millimeter-wave ranges. Compared with other III-V semiconductors, the outstanding physical properties of Gallium Nitride, make GaN-based devices suitable in terms of microwave power density up to 94GHz for telecommunication or military applications. This work reports on the fabrication and the characterization of AlGaN/GaN HEMTs on silicon (111) substrate with a thin barrier layer and a short gate length. Devices with non-centered gate were fabricated and optimized by reducing gate-source spacing. Consequently, significant improvement of the transconductance and cut-off frequencies FT and FMAX were achieved. Furthermore, a maximum extrinsic transconductance of 435mS/mm was obtained associated with a good channel pinch-off for 110 nm gate length HEMT devices. Moreover, devices with a record maximum oscillation cutoff frequency were fabricated. These transistors are based on a double-T-shaped gate associated with an optimized technology to enable high efficiency 2DEG control while mitigating the parasitic resistances. Good results of FMAX = 206GHz and FT =100GHz are obtained for 90nm gate-length HEMTs with 0.25µm source-to-gate spacing. The associated maximum transconductance value is as high as 440mS/mm. These high performances obtained on AlGaN/GaN HEMTs on silicon substrate are clearly showing that high-resistive silicon substrate associated with a thin AlGaN barrier layer provide an attractive alternative for the fabrication of low-cost millimeter-wave devices.