Le marché des amplificateurs de puissance pour les combinés téléphoniques portables est actuellement dominé par les semi-conducteurs III-V, les transistors HBT et PHEMT GaAs étant utilisés dans les amplificateurs de puissances et les commutateurs d’antennes respectivement. Cette situation est cependant en train d’évoluer puisque des technologies silicium sur isolant (SOI, Silicon-On-Insulator) intégrant à la fois l’amplificateur de puissance (avec des transistors LDMOS) et les commutateurs d’antennes (avec des transistors CMOS ou des MEMS) sont en cours de qualification. Toutefois, les performances de ces transistors à grille polysilicium, intégrés aux technologies CMOS, limitent leur utilisation à des fréquences de travail inférieures à 2 GHz. L’objectif des travaux de thèse présentés dans ce manuscrit est d’étendre le domaine d’applications des transistors LDMOS aux réseaux de communication sans fil fonctionnant dans une gamme de fréquences de 3 à 5 GHz. Dans cette perspective, une première étude sur différents substrats SOI et massifs a permis de conclure que les substrats de type SOI mince pénalisent les performances des composants LDMOS, notamment à cause de l’effet d’auto-échauffement qui est plus important. Une seconde étude axée sur la structure même du composant indique qu’une modification du contact de grille permet d’augmenter de façon significative les performances en petit signal mais l’amélioration des performances grand signal est plus modérée. Enfin, une étude plus amont qui vise à remplacer le polysilicium des grilles par un métal a montré que la co-intégration de transistors CMOS classiques avec des transistors LDMOS à grille métallique est possible. / The power amplifier market for mobile phone handsets is currently dominated by III-V semiconductors, the PHEMT and HBT GaAs transistors being used for the power amplifiers and the antenna switches respectively. However, this situation is evolving with the release of Silicon-On-Insulator (SOI) technologies which allow the integration of both the power amplifier (with LDMOS transistors) and the antennae switches (with CMOS transistors or MEMS). The performances of the polysilicon gate LDMOS transistors, integrated in CMOS technologies, limits however the operatinq frequency of the power amplifiers to below 2 GHz. The aim of the thesis work presented in this manuscript is to extend the applications of LDMOS transistors to the wireless communication networks operating in the 3 to 5 GHz frequency range. In this perspective, an initial study on different SOI and bulk substrates concluded that thin SOI substrates penalize the performances of RF LDMOS transistors mainly because of the increase of the self-heating effect. A second study focused on the transistor layout shows that a change in the gate contact scheme can significantly increase the small signal performances but the improvement of the large signal performances is more moderate. Finally, a more advanced study which aims to replace polysilicon gates by metal exhibited that the co-integration of conventional CMOS transistors with metal-gate LDMOS transistors is possible.

Conception de transistors MOS haute tension en technologie CMOS 0,18 µm sur substrat "silicium sur isolant" (SOI) pour les nouvelles générations de circuits intégrés de puissance. Les circuits intégrés de puissance combinent dans une même puce des fonctions logiques digitales, obtenues par des circuits CMOS, associées à des interrupteurs de puissance de type transistors DMOS. La demande pour des applications de plus en plus complexes nécessite l'utilisation de lithographies plus fines pour augmenter la densité de composants CMOS. L'évolution des technologies CMOS oblige à développer des composants DMOS compatibles dans les circuits intégrés de puissance. Le travail de cette thèse se concentre sur la conception de transistors LDMOS haute tension (120 V) compatibles avec un procédé CMOS 0,18 µm sur substrat " silicium sur isolant " (SOI). Différentes architectures de transistors LDMOS à canal N et P ont été proposées et optimisées en termes de compromis " tenue en tension / résistance passante spécifique " à partir de simulations TCAD à éléments finis. Les performances de ces structures ont été comparées en termes de facteur de mérite Ron×Qg qui est le produit entre charge de grille et résistance passante spécifique, mais aussi en termes d'aire de sécurité. Les meilleurs transistors STI-LDMOS et SJ-LDMOS (à canal N) et R-PLDMOS (à canal P) affichent des performances statiques et dynamiques comparables voire parfois supérieures à celles des composants de puissance de la littérature. Différentes mesures effectuées sur les transistors LDMOS réalisés par ATMEL et comparées aux simulations ont permis de valider les simulations effectuées dans cette thèse.