Dans un contexte de développement spectaculaire des nano-objets, il est nécessaire de développer des moyens de caractérisation électrique haute fréquence sous pointes adaptés aux petites échelles. En particulier, deux verrous instrumentaux doivent être levés. D’une part, la principale difficulté pour caractériser des nano-composants est qu’ils présentent en régime dynamique de fortes valeurs d’impédances comparativement à celles des systèmes de mesure hyperfréquence usuels. D’autre part, Il existe une discontinuité de taille entre les nano-objets et les systèmes de mesure conventionnels. Compte tenu du challenge scientifique et d’un état de l’art relativement limité, plusieurs voies ont été explorées de concert. En premier lieu, dans le cadre d’un projet européen regroupant les acteurs de la métrologie, et du laboratoire commun IEMN-STMicroelectronics®, la traçabilité des mesures hautes impédances de nano-dispositifs est établie. Par ailleurs, il s’agit de développement de nouvelles générations de sondes GSG (Ground-Signal-Ground) en technologie MEMS (Microelectromechanical systems), miniaturisées et adaptées à la taille des nano-dispositifs. Les sondes sont montées sur une plateforme de nano-positionnement robotisée et intégrée dans un microscope électronique à balayage. / In the frame of the spectacular development of nano-objects, innovative on-wafer electrical measurement methods must be addressed at the nanoscale. In particular, two main issues have been identified. On one hand, nano-devices exhibit very high dynamic impedance in contrast with conventional measuring microwave instruments. On the other hand, there is an inherent size discontinuity between nano-objects and conventional measurement systems. Given the scientific challenge and a relatively limited state of the art, several avenues of investigation have been explored. First, as part of a European project bringing together metrology laboratories, and the joint laboratory IEMN-STMicroelectronics®, the traceability of nano-devices high impedance measurements is established. In a second step, the development of an electrical on-wafer measuring platform for nano-devices is described. This includes the development of new generations of GSG (Ground-Signal-Ground) miniaturized probes in MEMS (Microelectromechanical systems) technology with reduced access pads. The probes are mounted on a robotic nano-positioning platform integrated in a scanning electron microscope.

La constante amélioration des technologies silicium permet aux transistors bipolaires à hétérojonction (HBT) SiGeC (Silicium-Germanium : Carbone) de concurrencer les composants III-V pour les applications millimétriques et sous-THz (jusqu’à 300GHz). Le cycle de développement de la technologie (caractérisation-modélisation-conception-fabrication) nécessite plusieurs itérations, entraînant des coûts élevés. De plus, les méthodologies de mesure doivent être réévaluées et ajustées pour adresser des fréquences plus élevées. Afin de réduire le nombre d’itérations et de permettre la montée en fréquence de la mesure, un travail de fond sur la première étape, la caractérisation, s’avère indispensable.Pour répondre à cette exigence, une description et une étude des instruments de mesure (VNA) est réalisée dans un premier temps. Un état de l’art des méthodes de calibrage permet de choisir la solution la plus pertinente pour la calibration sur puce valable dans la gamme de fréquences sous-THz. Ensuite, après avoir relevé plusieurs défauts dans la méthode choisie (à savoir la méthode Thru-Reflect-Line : TRL), des solutions sont proposées concernant la modification des calculs des coefficients d’erreur et également en modifiant les standards utilisés durant le calibrage. Finalement, une étude sur les méthodes d’épluchage est réalisée. Une amélioration est proposée par la modification de deux standards évitant le principal problème de l’état de l’art, la surcompensation des composants parasites. / The continuous improvement in Silicon technologies allows SiGeC (Silicon-Germanium-Carbon) heterojunction bipolar transistors (HBT) to compete with III-V components for millimeter wave and sub-THz (below 300GHz) applications. The technology development cycle (characterization, modeling, design and fabrication) needs several iterations resulting in high costs. Furthermore, the measurement methodologies need to be re-assessed and modified to address higher measurement frequencies. In order to reduce the number of iterations and to allow reliable measurement in the sub-THz band, the characterization procedure has been revisited.First, a description and investigation of the measurement instrument (VNA) has been made. After exploring all possible calibration methods, the best candidate for an “on-wafer” calibration for the sub-THz frequency range has been selected. Then, after analyzing the limits of the chosen calibration method (Thru-Reflect-Line: TRL), workarounds are proposed, by modification of the errors coefficients calculation and by changing the standards used during the calibration process. At last, a study concerning the de-embedding methods is carried out. It is shown, that using two new standards helps to reduce the over-compensation of parasitic components.