Le Nitrure de Gallium est devenu un matériau incontournable pour le développement de dispositifs semi-conducteurs aux performances très supérieures aux composants silicium. L'immense potentiel du dispositif HEMT AlGaN / GaN provient du gaz d'électrons à haute densité et à forte mobilité formé au niveau de son hétéro-structure. Cependant, le fonctionnement sous champ électrique, température et conditions de stress élevés rend le dispositif vulnérable aux problèmes de fiabilité qui limitent son efficacité et sa durée de vie. Les pièges présents dans la structure, qui limitent la densité porteurs du canal et pénalisent la réponse du dispositif, constituent le facteur majeur déterminant plusieurs effets électriques parasites et la fiabilité du dispositif. L’industrie du GaN est confrontée à la nécessité de disposer de dispositifs de haute fiabilité si bien qu’il est nécessaire de faire des progrès dans l’analyse de l’impact des pièges pour en déduire des solutions technologiques permettant leur inhibition.La motivation de ce travail est d’identifier les signatures électriques associées à l’activité de différents pièges ainsi que leurs conséquences sur les performances et la fiabilité des HEMT GaN grâce à une étude dédiée des dispositifs de la technologie GH-25 conçue pour des applications RF de puissance fonctionnant jusqu’à 20 GHz. L’étude utilise des simulations physiques TCAD. Une analyse détaillée des effets indépendants et interdépendants est réalisée afin d'identifier l'impact relatif des pièges pour des études de cas où les caractéristiques électriques présentent des écarts importants par rapport à la réponse idéale du dispositif.La méthodologie utilisée pour développer un modèle TCAD représentatif et dérivé de la physique interne est décrite en accordant une attention particulière au courant de fuite de grille qui reflète l'influence de processus physiques fondamentaux ainsi que les effets parasites couramment rencontrés dans les dispositifs GaN. Les simulations ciblées établissent un lien entre l'observation d'un problème de fiabilité et son origine sous-jacente dans les phénomènes de piégeage.L’établissement d’associations entre la localisation spatiale des pièges et les dégradations qu’ils pourraient provoquer est un objectif important de cette thèse.Plusieurs stratégies de simulation sont présentées, permettant d’explorer le comportement des pièges en régime permanent et en régime transitoire et donnant une perception détaillée de la manière dont les paramètres des pièges affectent les caractéristiques opérationnelles. Des approches pour distinguer les interactions de pièges différents sont également décrites. L’étude centrale de cette thèse est un phénomène de courant de fuite parasite complexe, identifié dans le procédé GH 25comme conséquence du vieillissement accéléré. Connu sous le nom de «belly-shape», il représente un exemple intéressant de la façon dont les stratégies développées peuvent être appliquées pour discerner la causalité, l'impact et l'évolution des pièges responsables du phénomène. Afin d'approfondir l'analyse des modes de piégeage, nous avons procédé à des tests de vieillissement accéléré et des caractérisations électro-optiques afin de modifier la dynamique générale du mécanisme de piégeage et d'observer la modulation du mécanisme du piégeage sur la réponse du dispositif. / Gallium Nitride has emerged as a terrific contender to lead the future of the semiconductor industry beyond the performance limits of silicon.The immense potential of the AlGaN/GaN HEMT device is derived from the high density, high mobility electron gas formed at its hetero-structure. However, frequent subjection to high electric field, temperature and stress conditions makes the device vulnerable to reliability issues that restrict its efficiency and life time. A dominant contributor to several parasitic and reliability issues are traps present within the semiconductor structure which restrict the channel density and aggravate the device static and dynamic response. As the GaN industry addresses an increasing demand for superior devices, reliability analysis is of critical importance. There is a necessity to enable advancements in trap inhibition which would allow the realization of stronger, efficient devices.The motivation of this work is to recognize distinct ways in which various traps affect the performance and reliability metrics of GaN 0.25 µm HEMTs through a study of devices of the GH-25 process optimized for high power applications up to 20 GHz. The investigation employs physical TCAD simulations to provide insight and perspective to electrical and optical characterizations. Detailed analysis into independent and interrelated effects is performed to identify the relative impact of traps in circumstances presenting notable deviations from the ideal device response.The methodology to develop a representative TCAD model derived closely from internal physics is described with special focus on the sensitive gate leakage characteristic which reflects the influence of fundamental physical processes as well as parasitic effects commonly encountered in GaN HEMTs. Targeted simulations provide a pivotal link between the observation of a reliability issue and its underlying origin in trapping phenomena. Establishing associations between the spatial location of traps and the degradations they could trigger is an important objective of this thesis.Several simulation strategies that explore trapping behavior in various steady state and transient environments are discussed which allow detailed perception into the manner and extent to which trap attributes affect operational considerations. Approaches to distinguish disparate trap interactions are also described. The central case study in this thesis is an abstruse parasitic leakage phenomenon, identified in the GH 25 process as a consequence of aging stress. Referred to as the “belly shape”, it presents an interesting example of how the developed strategies can be applied to discern the causality, impact and evolution of the responsible traps. In order to take a deeper look into trapping modes, further aging and LASER characterizations are performed to alter the general occupational dynamics and observe the modulation of trap control over device response.

Les transistors à base de nitrure de gallium (GaN) ont, de par leurs propriétés physiques, des performances inégalables par les technologies classiques à base de silicium pour l’amplification de puissance hyperfréquence. Cependant, cette technologie souffre d’effets mémoires basses fréquences inhérents aux défauts présents dans la structure du transistor : les effets de pièges. La première partie de cette thèse vise à caractériser et modéliser les effets de pièges. La séparation des effets de pièges ayant des constantes de temps courtes (quelques ms) à ceux ayant des constantes de temps longues (quelques s) a été montrée à travers des mesures I-V impulsionnelles spécifiques. Un nouveau modèle électrique, basé sur la physique, a été développé au sein d’un simulateur CAO pour prendre en compte les effets de pièges lents. Ce modèle, une fois greffé à un modèle de transistor GaN déjà existant, est validé par comparaison avec des mesures en régime grand signal. La deuxième partie de cette thèse traite la conception d’une architecture d’amplificateur reconfigurable en fréquence et en puissance pour une application E/R aéroportée. Un démonstrateur a été réalisé avec des transistors GaN sur circuit imprimé à 10 GHz. Les mesures grand signal de cet amplificateur ont démontré la reconfigurabilité de l’architecture d’amplificateur équilibré à charge modulée (LMBA). Par ailleurs, deux amplificateurs de puissance GaN ont été conçus pour servir de briques de base à une version intégrée (MMIC) de l’architecture bi-mode : un forte puissance bande X (employant un combineur de puissance innovant) et un moyenne puissance bande C à X. / GaN based High Electron Mobility Transistors (HEMT) present outstanding performances for microwave power amplification with respect to their silicon-based counterparts. However, this technology still suffers from low frequency memory effects originated from defaults in the structure, the so-called trapping effects. First part of this thesis aims to characterize and model the trapping effects. It has been shown that the slow-rate trapping effects could be separated from the fast-rate ones, by carrying specific pulsed I-V measurements. Consequently, a new, physic based, electrical model has been developed in order to take into account the slow traps. This model, added into an already existing GaN CAD model, has been validated through large signal measurements. Secondly, the thesis goal is to design a reconfigurable power amplifier architecture between a high power X band mode and a medium power C to X band mode for airborne T/R modules. A 10 GHz, encapsulated GaN transistors based PCB demonstrator has been realized in order to demonstrate both the power and the frequency bandwidth reconfigurability of the Load Modulated Balanced Amplifier (LMBA) architecture. Moreover, two GaN integrated power amplifiers have been designed in order to be reused in a full MMIC version of the architecture.

Os efeitos do campo elétrico, que surgem pela aplicação de uma voltagem no contato Schottky, na estrutura eletrônica de heteroestruturas semicondutoras utilizadas nos recentes transistores de efeito de campo (FET) e numa super-rede finita são simulados numericamente. Estas heteroestruturas apresentam poços quânticos bidimensionais e camadas que podem estar tensionadas pela diferença entre os parâmetros de rede cristalinos. Através de um procedimento numérico auto-consistente várias grandezas físicas são estudadas, os auto-estados e as densidades eletrônicas nas sub-bandas são calculadas. A variação destas grandezas é associada à capacitância e à transcondutância intrínseca, em função da voltagem no gate. Os resultados da simulação são comparados aos dados experimentais. Este procedimento possibilita a compreensão dos fenômenos quânticos envolvidos com a previsão de certas características de dispositivos sem a necessidade prévia de sua produção e testes / Eletric field effects on the electronic characteristics of semiconductor heterostructures used in recent field effect transistors (FETs) and in a finite superlattice are numerically simulated. This field is due to a voltage bias applied on a Schottky contact. These heterostructures have two-dimensional quantum wells and layers wich can be stressed due to different lattice parameters of the materials involved. Through a numerical self-consistent procedure, many physical quantities are studied, such as the eigen-states and the electronic densities at the sub-bands. The changes in such quantities are associated to the capacitance and to the intrinsic transconductance as a function of the gate voltage. The results are compared to experimental data. This procedure allows the comprehension of the quantum phenomena involved and the prediction of device characteristics, without the need to fabricate and test it

Ces travaux s'inscrivent dans le cadre de la qualification des technologies GaN de UMS et plus particulièrement celle de la technologie GH25, et a pour objectif d’apporter un soutien direct au développement des technologies UMS à base de GaN. Le premier chapitre traite des généralités sur les HEMTs AlGaN/GaN. Le deuxième chapitre est consacré à la description des technologies GH50 et GH25 de UMS. Les éléments passifs de la technologie GH25 ont été caractérisés électriquement et thermiquement, puis des mesures de claquage utilisant une technique d’injection de courant de drain ont été mises en oeuvre sur des HEMTs de la technologie GH50 afin d’évaluer l'aire de sécurité de fonctionnement. Le troisième chapitre est dédié à l'étude des effets parasites rencontrés sur les deux technologies GH50 et GH25.Chacun des effets parasites est décrit puis caractérisé de façon approfondie. Le dernier chapitre se concentre sur l'étude de la fiabilité de la technologie GH25. Après avoir présenté les différentes variantes technologiques, les résultats des tests de vieillissement accéléré mis en oeuvre à UMS sont analysés afin d'évaluer leur impact sur la fiabilité de la technologieGH25 et d’identifier les mécanismes de dégradation et les effets parasites. / This work is incorporated within the framework of the qualification of UMS GaNtechnologies and more particularly of the GH25 technology, and aims to support thedevelopment of UMS GaN based technologies. The first part of this report deals withAlGaN/GaN HEMT generality. The second part is dedicated to the description of the UMStechnologies GH50 and GH25. Passive components of GH25 technology have beencharacterized through electrical and thermal measurement, and then breakdown measurementsusing a drain current injection technique have been carried out on GH50 HEMT in order toevaluate the safe operating area of these devices. The third part is dedicated to the study of theparasitic effects observed on the two technologies GH50 and GH25. Each of these parasiticeffects is described and fully characterized. The last part of this work focuses on the study ofthe GH25 technology. Technological variations are first introduced, and then results ofaccelerated aging test carried out at UMS are analyzed to evaluate their impact on thereliability of the GH25 technology and to identify wear out mechanism and parasitic effects.

Les travaux de these s’inscrivent dans le cadre de deux projets: ReAGaN et ExtremeGaN avec des industriels (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) et des laboratoires derecherche (LEPMI, LAAS et l’université de Bristol).Les deux technologies GaN (GH50 et GH25) étudiées dans cette thèse sont fournies parla société United Monolithic Semiconductors (UMS) et elles ont été qualifiées durant cettethèse. Plusieurs composants ont subi des tests de vieillissement accéléré en températureréalisés par UMS, ensuite une campagne de caractérisation électrique approfondie a étéréalisée au laboratoire IMS afin d’étudier les effets parasites et les mécanismes de dégradationqui limitent la fiabilté de cette filière.Le premier chapitre traite les bases du transistor HEMT à base de GaN. Les avantagesdu matériau nitrure de gallium ainsi que les substrats adaptés au HEMT à base de GaN sontprésentés. Une brève description du marché europeen des composants GaN est donnée.Ensuite, la structure ainsi que le fonctionnement du HEMT AlGaN/GaN sont décrit ainsi queles deux technologies d’UMS.Le deuxième chapitre présente les tests de vieillissement utilisés pour l’analyse defiabilité. Ensuite, un état de l’art des effets parasites et des mécanismes de dégradation desHEMTs AlGaN/GaN est donné. Le projet ReAGaN est décrit et les différentes techniques decaractérisation utilisées durant les travaux de cette thèse sont présentées.Le troisième chapitre est divisé en quatre études de cas ; les trois premières sont dans lecadre du projet ReAGaN et la quatrième dans le cadre du projet Extreme GaN. Dans lapremière étude de cas, les mécanismes de conduction qui augmentent les courants de fuitesdes HEMTs AlGaN/GaN issus de la technologie GH50 ont été étudiés. La deuxième étude decas est dédiée à l’étude d’un effet parasite électrique qui apparait après un vieillissementaccéléré en température sur la caractéristique de la diode Schottky en polarisation directe.Dans la troisième étude de cas, l’influence de la variation de la fraction molaire des HEMTsAlGaN/GaN sur les paramètres électriques a été analysée. La dernière étude de cas consiste enla détermination des limites de fonctionnement et l’aire de sécurité de la technologie GH25d’UMS en réalisant les mesures des lieux de claquage en mode diode et en mode transistor. / This thesis is in the framework of two projects: ReAGaN and Extreme GaN withindustrials (UMS, Serma Technologies, Thales TRT) and academics (LEPMI, LAAS andUniversity of Bristol).The studied AlGaN/GaN HEMTs are provided by the society United MonolithicSemiconductors (UMS) from the GH50 and GH25 GaN processes that were qualified duringthis thesis. Many devices were submitted to high temperature accelerated life tests by UMSand characterized at IMS laboratory to study the parasitic effects and degradationsmechanisms that are limiting the electrical reliability of GaN based HEMTs technology.The first chapter gives an overview of the basics of GaN based high electron mobilitytransistors (HEMTs). Gallium Nitride material features are reviewed as well as substratessuited for GaN based devices. GaN market in Europe and the main industrial actors are listed.Furthermore, the structure and operation of GaN based HEMTs are described. In the last part,the two UMS GaN processes are described.The second chapter presents the life tests that are used for reliability studies. State of theart of parasitic effects and degradation mechanisms of AlGaN/GaN HEMTs is given.Furthermore, the ReAGaN project in which the main part of this thesis is involved isdescribed. The electrical characterization techniques used at IMS during this thesis arepresented.The third chapter is divided into four case studies; three case studies are in theframework of ReAGaN project and the fourth one in the Extreme GaN project. In the firstcase study, we investigate the conduction mechanisms inducing the leakage current inAlGaN/GaN HEMTs issued from GH50 process. The second case study is dedicated to thestudy of an electrical parasitic effect that appears on the Schottky diode forward characteristicafter temperature accelerated life tests. In the third case study, we study the influence of Almole fraction on the DC electrical parameters of AlGaN/GaN HEMTs. The last case studyconsists in the determination of the limits and safe operating area (SOA) of UMS GH25 GaNHEMTs by carrying out the two and three terminal breakdown voltages measurements.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement de transistors de puissance HEMT à base de nitrure de gallium au CEA. Les HEMT AlGaN/GaN sont des composants très prometteurs pour les applications d'électronique de puissance. Le but de cette thèse est d'étudier en détail le matériau AlGaN/GaN en amont de la fabrication de transistors. Cette thèse est organisée en quatre chapitres. Le premier chapitre introduit les concepts théoriques nécessaires à la compréhension du fonctionnement des HEMT AlGaN/GaN. Les trois chapitres restant sont consacrés à l'étude des propriétés électriques de l'empilement AlGaN/GaN: résistance de couche, résistance des contacts, mobilité et densité de porteurs. Dans le chapitre deux, à travers des mesures de la résistance de couche, il est démontré que des phénomènes de piégeage interviennent dans le matériau et que l'utilisation d'une source lumineuse permet une stabilisation de la mesure. Ensuite, à travers des structures avec des longueurs de contacts différentes, une étude détaillée des résistances de contact a été effectuée. Pour cela, le modèle TLM a été utilisé. Les résultats obtenus montre que dû à la variation non linéaire des caractéristiques de nos contacts en fonction de leur longueur, un tel modèle n'est pas adapté à l'étude des contacts fabriqués au CEA. Dans le chapitre trois, une méthode de mesure de la résistance de couche d'un empilement AlGaN/GaN sans fabrication de contacts a été mise au point. Cette méthode repose sur les travaux de Van Der Pauw concernant la mesure colinéaire et permet la caractérisation précise et rapide de plaques entières en sortie d'épitaxie. Enfin dans le dernier chapitre, une étude comparative des propriétés électriques de l'empilement AlGaN/GaN sous la grille et en dehors de la grille a été effectuée. Premièrement, on a procédé à une étude statistique de la résistance de couche, de la mobilité et de la densité de porteurs. Il est démontré que la gravure du Si3N4 préalable au dépôt de la grille injecte des ions fluor dans l'empilement, causant des dégradations des propriétés électriques. Ensuite, les phénomènes de diffusion de la mobilité ont été caractérisés à travers une étude détaillée de la mobilité en fonction de la densité de porteurs. Enfin, pour compléter cette étude, une analyse en température des mesures de capacité et de la mobilité a été effectuée. / This PhD is part of the development of HEMT power transistor based on galliumnitride at the CEA. Due to their high electron mobility, high breakdown _eld and goodthermal conductivity, AlGaN/GaN HEMT are very promising devices for power electronic applications.The goal of this PhD is, using electrical characterization, to increase the knowledge ofthe AlGaN/GaN material prior to the fabrication of transistors. First, through measurements ofthe resistance of the electron gas located at the AlGaN/GaN interface, a trapping phenomenonwas evidenced in the material. Then, in order to set a production follow-through of AlGaN/GaNon Si wafers , a method of measuring the sheet resistance of a AlGaN/GaN stack without thefabrication of contacts was developed and patented. Finally, on HEMT transistors fabricatedusing di_erent epitaxies, a detailed study of the sheet resistance, the mobility and the sheetcarrier density in and out of the gated area was carried out.

Certains domaines d'applications tels que l'aérospatial, l'automobile ou le forage de haute profondeur peuvent nécessiter la visualisation de certains paramètres physiques dans des environnements hostiles. Les capteurs microélectroniques basés sur le silicium y atteignent souvent leurs limites, qui sont qualifiées de conditions « sévères ». Ce travail se base principalement sur l'étude de solutions de capteurs mécaniques fonctionnant en conditions sévères. Le principe de ces capteurs repose sur l'exploitation de transistors de mesures HEMT à base de nitrures III-V (III-N), à la fois piézoélectriques et semiconducteurs, qui reste stable en conditions sévères. La compréhension des interactions entre physique des semiconducteurs et physique des matériaux ainsi que la caractérisation de structures possibles pour la détection mécanique représentent les principaux enjeux de ce sujet de thèse. La modélisation mécanique analytique et numérique des structures étudiées a permis d'appréhender le comportement de structures piézoélectriques multicouches. Le couplage de ce modèle électromécanique avec un modèle électronique du capteur a permis d'établir la faisabilité du principe de détection ainsi que la linéarité de la réponse du capteur. La caractérisation des prototypes réalisés en cours de thèse ont corroboré la linéarité du capteur tout en faisant apparaître l'influence de nombreux effets parasites réduisant sa sensibilité à savoir les effets de résistance parasites et de piézorésistances variables. / Some industrial areas as oil, automotive and aerospace industries, require electromechanical systems working in harsh environments. An elegant solution is to use III–V materials alloys having semiconductor, piezoelectric and pyroelectric properties. These materials, particularly nitrides such as GaN or AlN, enable design of advanced devices suitable for harsh environment. By using free-standing structure coupled with sensing HEMT transistors that are stable at high temperatures, it is possible to obtain mechanical sensors suitable for harsh environments. This PhD thesis focuses on a cantilever-based strain sensor and a drumskin-based pressure sensor. Analytical models of both sensors have been developed and establish the feasibility of the sensing principle as well as its response linearity. The characterization tests of fabricated prototypes validate the possibility of measuring external mechanical load with both sensors. The linearity of the response has also been confirmed by experimental measurements. The experimental sensitivity is smaller than the theoretical one due to several parasitic effects not included in the model such as parasitic resistance and variable piezoresisitive effects.

Os efeitos do campo elétrico, que surgem pela aplicação de uma voltagem no contato Schottky, na estrutura eletrônica de heteroestruturas semicondutoras utilizadas nos recentes transistores de efeito de campo (FET) e numa super-rede finita são simulados numericamente. Estas heteroestruturas apresentam poços quânticos bidimensionais e camadas que podem estar tensionadas pela diferença entre os parâmetros de rede cristalinos. Através de um procedimento numérico auto-consistente várias grandezas físicas são estudadas, os auto-estados e as densidades eletrônicas nas sub-bandas são calculadas. A variação destas grandezas é associada à capacitância e à transcondutância intrínseca, em função da voltagem no gate. Os resultados da simulação são comparados aos dados experimentais. Este procedimento possibilita a compreensão dos fenômenos quânticos envolvidos com a previsão de certas características de dispositivos sem a necessidade prévia de sua produção e testes / Eletric field effects on the electronic characteristics of semiconductor heterostructures used in recent field effect transistors (FETs) and in a finite superlattice are numerically simulated. This field is due to a voltage bias applied on a Schottky contact. These heterostructures have two-dimensional quantum wells and layers wich can be stressed due to different lattice parameters of the materials involved. Through a numerical self-consistent procedure, many physical quantities are studied, such as the eigen-states and the electronic densities at the sub-bands. The changes in such quantities are associated to the capacitance and to the intrinsic transconductance as a function of the gate voltage. The results are compared to experimental data. This procedure allows the comprehension of the quantum phenomena involved and the prediction of device characteristics, without the need to fabricate and test it

Cette thèse s’inscrit dans le domaine de l’amplification de puissance microonde linéaire et haut rendement en technologie GaN. Le premier chapitre décrit le contexte général de l’émission de signaux microondes de puissance pour les télécommunications sans fil, avec un focus particulier apporté sur l’amplificateur de puissance RF. Les différents critères de linéarité et d’efficacité énergétique sont introduits.Le second chapitre présente plus particulièrement la technologie GaN et le transistor de puissance comme brique de base pour l’amplification de puissance microonde. Une revue synthétique des différentes architectures relevées dans la littérature relative à l’amplification à haut rendement est faite.En troisième chapitre, le banc de mesure temporelle d’enveloppe développé et servant de support expérimental à cette étude est présenté. Les procédures d’étalonnage et de synchronisation sont décrites. En illustration, une nouvelle méthode de mesure du NPR large bande est présentée, et validée expérimentalement.Une solution d’amplification adaptative innovante est étudiée dans le quatrième chapitre, et constitue le cœur de ce mémoire. Celle-ci se base sur le contrôle dynamique de la polarisation de grille autour du point de pincement, au rythme de l’enveloppe de modulation. Un démonstrateur d’amplification 10W GaN en bande S (2.5GHz) est développé. Comparativement à la classe B fixe, une forte amélioration de la linéarité est obtenue, sans impact notable sur le rendement moyen de l’amplificateur RF. Finalement, une investigation de la technique proposée pour l’amélioration du rendement du modulateur dans l’architecture d’envelope tracking de drain est menée. / This work deals with linear and high efficiency microwave power amplification in GaN technology.The first chapter is dedicated to the general context of wireless telecommunication with a special emphasis on the RF power amplifier. The most representative figures of merit in terms of linearity and power efficiency are introduced.The second chapter deals more specifically with the GaN technology and GaN-based transistor for microwave power amplification. A description of the principal architectures found in the literature related to high efficiency and linear amplification is summarized.In the third chapter, the developed envelope time-domain test bench is presented. Time-synchronization and envelope calibration procedures are discussed. As an illustration, a new specific wideband NPR measurement is presented and experimentally validated.An innovative power amplifier architecture is presented in the fourth chapter. It is based on a specific dynamic gate biasing technique of the power amplifier biased close to the pinch-off point. A 10W GaN S-band demonstrator has been developed. Compared to fixed class-B conditions, a linearity improvement has been reported without any prohibitive efficiency degradation of the RF power amplifier. Finally, an investigation of the proposed technique for the efficiency improvement in the drain envelope tracking technique is proposed.

Le domaine térahertz est une région du spectre électromagnétique comprise entre 300 GHz et 30 THz. Elle représente un fort intérêt pour la communauté scientifique pour plusieurs raisons : la radiation térahertz possède en effet un potentiel de télécommunication à très haut débit important, elle constitue un moyen d'investigation efficace et non destructif pour différents types d'éléments et composés, minéraux ou organiques et elle représente une importance cruciale pour les astronomes qui estime que 98 % des photons émis par le Big Bang se trouvent dans ce domaine de fréquences. Malheureusement, à l'heure actuelle, le manque de sources et détecteurs facilement exploitables, intégrables et fonctionnant à température ambiante ne permet pas l'utilisation du domaine térahertz à grande échelle. Un nouveau phénomène physique exploitable tel que les oscillations d'ondes de plasma dans les nanotransistors représente une piste prometteuse pour combler ce manque. Ce phénomène étudié de manière analytique dans le milieu des années 1990, a donné lieu à un modèle qui reste très loin de la réalité physique et des conditions expérimentales. Des expériences récentes effectuées à température ambiante ont permis de montrer la possibilité d'exciter des oscillations d'ondes de plasma à l'intérieur d'un canal de HEMT par une radiation THz directe. Ce travail se propose de réaliser une étude systématique des transistors sous excitation effectuée par battement optique térahertz. Ceci afin de mieux comprendre et exploiter les ondes de plasma dans les nanotransistors à effet de champ. Cela nous a conduit à étudier l'effet des paramètres géométriques et physiques du transistor comme les longueurs de grille, les longueurs des cap-layers, la tension de drain et la tension de grille. En parallèle à ce travail expérimental un modèle hydrodynamique pseudo-2D était utilisé pour confronter l'ensemble des résultats pour une meilleure compréhension des phénomènes physiques. Ce travail a permis d'accéder à une compréhension et une description fines du phénomène d'excitation des ondes de plasma. ceci a permis d'initier l'étude de nouveaux dispositifs tel que un émetteur à base d'un transistor HEMT assisté par battement optique et la réalisation d'un mélangeur hétérodyne d'une radiation térahertz transposé par un battement optique en une fréquence intermédiaire plus basse et facilement exploitable. / The terahertz range covers the electromagnetic spectrum for frequencies between 300 GHz and 30 THz. It presents a strong interest in the scientific community for several reasons: Terahertz carriers allow for high-speed free-space telecommunications; Terahertz radiations can be used for efficient and non-destructive characterization of various components and materials (minerals or organic); Terahertz detection is of major interest for astronomers as 98 % of photons emitted since the Big Bang are in this frequency domain. Unfortunately, the lack of adequate sources and detectors, i.e. room-temperature-operating, low-cost and integrated, strongly limits the use of terahertz radiations for the above-mentioned applications. A new physical phenomenon called plasma waves in nanotransistors is very promising for the realization of terahertz sources and detectors. This new phenomenon was proposed in the mid-1990s on the basis of analytical calculations, although the model was rather simplified and it did not take into account the actual experimental conditions. Recent experiments performed at low and room temperature demonstrated the feasibility to excite plasma waves in the channel of a high-electron-mobility transistor (HEMT), using a THz-radiation excitation.This work presents a different way to excite this plasma wave by using an optical beating excitation. A systematic study of nanometric transistors under optical excitation to better understand and exploit plasma waves is carried on. The effects of geometrical parameters such as transistor gate length or cap-layer length are investigated. The dependence of the plasma waves on different electrical parameters such as drain voltage and gate voltage is also presented. Along with this experimental work, a pseudo-two-dimensional hydrodynamic simulator was developed to analyze the physical processes in the transistors on a more rigorous theoretical basis than the simplified analytical model. As a result of this joint experimental and theoretical investigation, we achieved a better understanding and an accurate description of the complex mechanism of plasma waves excited in field-effect transistors. Finally, we propose new structures to be used, from one hand, as a monochromatic terahertz source based on a HEMT excited by an optical beating, and,from the other hand, a spectrally-resolved heterodyne detector based on the mixing between the terahertz radiation to be analyzed and an optical beating used as a tunable local oscillator.