Khaled ABDEL HADI

Simulation physique du bruit basse fréquence stationnaire, dans les composants semi-conducteurs

Physical simulation of low frequency, stationary, noise in the semiconductor devices

Thèse de doctorat dirigée par Jean-Christophe NALLATAMBY
et Juan OBREGON

soutenue le 19 novembre 2012

publiée en ligne le 08 avril 2013


Jury

Président :
Raymond QUERE
Rapporteurs :
Laurent ESCOTTE
Thomas ZIMMER
Examinateurs :
Dominique CROS
Michel PRIGENT
Juan OBREGON
Jean-Claude JACQUET
Didier FLORIOT
Invité :
Jean-Christophe NALLATAMBY

Ce mémoire est consacré à la conception des deux méthodologies générales et robustes de simulation du bruit de génération-recombinaison assisté par piège dans des composants semi-conducteurs « réels ». Ce mémoire commence par des rappels sur les origines de bruit BF. Une présentation globale des méthodes de simulation du bruit GR macroscopique dans les composants semi-conducteurs est ensuite présentée. Une description des deux simulateurs les plus connus du domaine public, ATLAS de la société SILVACO et SENTAURUS de la société SYNOPSYS a été présentée. La limitation des simulateurs commerciaux lors du calcul du bruit GR assisté par piège d’une part, l’insuffisance des méthodes analytiques à résoudre correctement ce problème dans des composants « réels » soumis à des niveaux de polarisation opérationnels d’autre part, nous a amené à trouver une autre solution plus générale et robuste qui aboutit à l’écriture d’un programme de calcul développé sur Scilab qui permet de simuler le bruit GR assisté par piège dans un composant semi-conducteur de façon rigoureuse, tout en bénéficiant de l’ensemble de simulations déterministes proposées par SENTAURUS. L’application de cette méthode à l’hétérojonction émetteur-base d’un transistor TBH en InGaP/GaAs montre une excellente précision. Dans le même esprit, une autre méthode orientée « circuit » a été proposée. Cette méthode s’appuie sur la représentation électrique déterministe des équations de transport dans les semi-conducteurs, dans laquelle on introduit des sources de bruit de Langevin localisées tout au long de la ligne de transmission. Les travaux présentés dans ce manuscrit sont le fruit d’une collaboration avec Thales III-V lab et UMS et réalisés dans le cadre du programme ANR blanc CYCLOMOD soutenue par l’Agence Nationale de la recherche.
 

This dissertation is dedicated to the development of two general and robust methodologies of simulation of trap assisted generation-recombination noise in "real" semiconductor devices. This dissertation is started by remembering the origins of LF noise. A comprehensive overview of simulation methods of the macroscopic GR noise in semiconductor devices has been subsequently, presented. A description of the two best known simulators in the public domain, ATLAS from SILVACO society and SENTAURUS from SYNOPSYS society, was presented. On the one hand, the limitation of the commercial simulators when calculating the trap assisted GR noise and on the other hand, the lack in analytical methods to solve this problem into "real" components under operational polarization levels, led us to find another solution more general and robust, results in writing a computer program developed in Scilab which allows to simulate rigorously the trap-assisted GR noise in a semiconductor device, while benefiting from the set of deterministic simulations proposed by SENTAURUS. The application of this method on the emitter-base hetero-junction of the InGaP/GaAs HBT transistor shows an excellent accuracy. For the same purpose, another method oriented "circuit" has been proposed. This method relies on the deterministic electrical representation of the transport equations in semiconductors, wherein introduced Langevin local noise sources throughout the transmission line. The work presented in this dissertation is the fruit of collaboration with Thales III-V lab and UMS, realized within the framework of the French research “Programme Blanc CYCLOMOD” supported by the French National Agency of Research.


Texte intégral

Pour citer cette thèse

ABDEL HADI Khaled. Simulation physique du bruit basse fréquence stationnaire, dans les composants semi-conducteurs [En ligne]. Thèse de doctorat : Électronique des Hautes Fréquences et Optoélectronique. Limoges : Université de Limoges, 2012. Disponible sur <http://epublications.unilim.fr/theses/2012/abdel-hadi-khaled/abdel-hadi-khaled.pdf> (consulté le 19/10/2017)

Simulation physique du bruit basse fréquence stationnaire, dans les composants semi-conducteurs

2012limo4025