Le travail réalisé au cours de cette thèse porte sur l’optimisation du transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe:C pour les applications d’amplification de puissance pour les communications sans fils. Nous présentons tout d’abord la structure d’étude. Il s’agit du transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe:C intégré en technologie BiCMOS 0.25µm sur plaques 200mm. La cellule dédiée à l’amplification de puissance est présentée. Une attention particulière est apportée aux phénomènes thermiques inhérents à ce type de cellules ainsi qu’aux solutions mises en œuvre pour les atténuer. Les diverses optimisations réalisées sur l’architecture du TBH sont détaillées. Ces optimisations touchent à la fois à la modification du procédé technologique et au dessin du transistor. Notre étude porte sur l’amélioration des performances petit et grand signal via l’optimisation des paramètres technologiques définissant la structure épitaxiale intrinsèque de base et de collecteur ainsi que des règles de dessin du transistor. Enfin, deux types d’architectures de TBH développées sont présentées. L’une de type simple polysilicium quasi auto-alignée qui s’intègre dans une technologie dédiée à l’amplification de puissance, l’autre présentant une structure double polysilicium également auto-alignée. / The present work deals with Si/SiGe:C heterojonction bipolar transistor optimization for power amplifier applications dedicated to wireless communications. We first present the investigated structure, a Si/SiGe:C heterojonction bipolar transistor integrated in a 0.25µm BiCMOS technology on 200 mm wafers. We discuss the cell dedicated to power amplification. We have paid attention to thermal phenomenon linked to this kind of cell and to possible dedicated solutions. Various optimizations realized on HBT architecture are detailed. These optimizations concern technological process modifications and transistor design. The main objective of this work is to improve both large and small signal characteristics. This is obtained by transistor design rule variations, collector and base intrinsic parameters optimization. Finally, two kind of developed HBT architectures are presented. One, simple polysilicium quasi self aligned, integrated in a technology dedicated to power amplification, the other one fully self aligned with double polysilicium structure.

Depuis plusieurs décennies, les générateurs forts courants sont utilisés dans différents domaines comme l’étude des matériaux, la radiographie ou la fusion par confinement inertiel. Ces générateurs sont capables de délivrer des impulsions de courant de plusieurs millions d’ampères avec des fronts de montée inférieurs à la microseconde. Plusieurs projets à travers le monde ont, aujourd’hui, pour but d’améliorer encore et encore le gradient de courant des impulsions transmises à la charge. De nombreux schémas d’amplificateurs de puissance, dont le rôle est de jouer à la fois sur l’amplitude du courant de charge et sur son temps de montée, ont ainsi été testés. Le multiplicateur de courant dynamique (DLCM pour Dynamic Load Current Multiplier) fait partie de ces concepts novateurs permettant de contourner les limitations des générateurs de puissances pulsées actuels. Il est composé d’un réseau d’électrodes (servant d’autotransformateur), d’un extrudeur de flux dynamique (basé sur l’implosion d’un réseau de fils cylindrique) et d’un commutateur à fermeture sous vide. Dans la thèse, le principe de fonctionnement du DLCM est analysé d’un point de vue théorique par le biais de simulations de type circuits électriques et magnétohydrodynamiques. Une étude spécifique portant sur l’organe principal du DLCM est réalisée. Il s‘agit du commutateur à fermeture sous vide. Ainsi, après une phase de dimensionnement à l’aide d’outils de simulations électrostatiques, deux versions de commutateurs sont validées expérimentalement dans des conditions proches de celles d’un tir très fort courant. Enfin, des tirs sur le générateur SPHINX du CEA Gramat, capable de délivrer une impulsion de courant de 6MA en 800ns (sur charge Z-pinch), sont exposés pour retracer l’évolution du dispositif. Les résultats probants obtenus permettent, au final, de valider le concept DLCM connecté à une charge de type compression isentropique. / For several decades, high power generators are used in various fields such as materials research, radiography or inertial confinement fusion. These generators are capable of delivering current pulses of several millions of amperes with rise times below 1 microsecond. Several projects around the world are, today, trying to improve again and again the current gradient of pulses delivered to the load. Many concepts of power amplifiers, whose role is to optimize both the amplitude of the load current and its rise time, were tested. The Dynamic Load Current Multiplier (DLCM) is one of those innovating concepts used to overcome the existing pulsed power generators limitations. It is made up of concentric electrodes (for autotransformer), a dynamic flux extruder (based on the implosion of cylindrical wire array) and a vacuum closing switch. In this these, the operating principle of the DLCM is theoretically analyzed through electrical and magneto hydrodynamic simulations. A specific study of the DLCM key component is performed. This is the vacuum closing switch. Thus, after a design phase using electrostatic simulation tools, two versions of switches are experimentally validated in conditions similar to those of a very high current shot. Finally, shots on the SPHINX facility located at the CEA Gramat, capable of delivering a current pulse of 6MA in 800ns (on Z-pinch load), are exposed to trace the evolution of this device. The convincing results are used, ultimately, to validate the DLCM concept connected to an isentropic compression experiment load.

Le transistor bipolaire a hétérojonction gaas/gaalas (tbh) présente de fortes potentialités pour l'amplification hyperfréquence de puissance. Ce mémoire constitue une contribution à l'optimisation d'un processus technologique de fabrication de ce transistor pour ce domaine d'application. Dans la première partie, une étude théorique du comportement électrique du T.B.H nous a permis d'établir un modèle électrique en régime statique et dynamique petit signal. A partir de ce modèle, nous avons étudié les phénomènes limitatifs des performances, en insistant sur la focalisation longitudinale du courant le long de l'émetteur et sur les phénomènes thermiques. Dans la seconde partie, nous dressons notre avant-projet de structure de puissance à partir de l'état de l'art publié dans la littérature et des moyens technologiques à notre disposition. Le troisième chapitre décrit de façon détaillée les travaux menés pour la mise en oeuvre et l'optimisation de chacune des étapes technologiques nécessaires a la réalisation de T.B.H de puissance: épitaxie des couches, réalisation des contacts, gravure ionique réactive des mesas, prise des contacts par des ponts a air. Dans la dernière partie, une caractérisation électrique précise tant en régime statique que dynamique, nous a permis d'extraire les paramètres du modèle électrique du T.B.H. Les performances fréquentielles atteintes par un transistor a un doigt d'émetteur de 10x2001#2 sont une fréquence de transition de 20 ghz et une fréquence maximale d'oscillation de 13 ghz. A 2 et 4 ghz, nous avons relevé une puissance dissipée en sortie de 650 mw avec un rendement en puissance ajoutée de 60%.

Ce travail propose une méthodologie pour l'analyse du fonctionnement global d'un système HPP ainsi qu'une étude théorique et expérimentale des systèmes commutateur à plasma (POS), schéma LL et Compression de Flux. Une modélisation analytique des phases de fonctionnement est donnée pour évaluer leur rendement et les comparer. En s'appuyant sur un développement de la MHD Hall et sur un modèle de distribution du plasma, l'étude POS expose les modes de pénétration de B pendant la conduction et la transition vers la physique de l'ouverture. L'analyse des essais LL montre des spécificités (configuration de B, pertes) et conduit à un modèle électrique complet. L'usage du modèle analytique pour l'étude des essais CF révèle la circulation du courant dans l'épaisseur du plasma et son impact sur l'efficacité du schéma. Enfin, les performances des futures machines sont traduites en caractéristiques spécifiques aux schémas et comparées à l'expérience pour aborder leur viabilité et les travaux à venir.