Caractérisation électrique de composants microélectroniques : Bruit basse fréquence

Membres impliqués : F. Pascal (Pr), B. Sagnes (MCF HDR), M. Seif (Post-Doc), J. El Beyrouthy (Doct ECSEL H2020 - DGE), A Hoffmann (Pr)

La caractérisation électrique de composants microélectroniques est depuis de très nombreuses années une spécialité de recherche au laboratoire, en particulier celle du bruit basse fréquence. Après avoir participé au projet européen RF2THZ-SiSOC dans un consortium labélisé par l’organisme CATRENE, l'équipe est maintenant impliquée, et ce jusqu'en 2020, dans le projet européen TARANTO co-financé sur un programme ECSEL JU H2020 et par le Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie. Dans ce projet notre équipe a en charge la caractérisation et la modélisation du bruit Basse Fréquence dans les transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGe:C associés à deux technologies BiCMOS 130 nm et 55 nm développées par STMicrolectronics et dont les performances fréquentielles dépassent les 300 GHz. Les objectifs principaux sont la modélisation compacte du bruit basse fréquence incluant une étude de fiabilité sous stress électrique et sous irradiations. Nous sommes également en mesure d'effectuer des caractérisations en température, depuis 100 K jusqu'à 400 K.

Les principaux résultats que nous pouvons mettre en avant sont les suivants:

La caractérisation complète du bruit mesuré en entrée (SIb), montage haute impédance, avec la modélisation SPICE classique nous conduisant à des valeurs de KB extrêmement faibles : meilleur résultat publié à ce jour 7 10-11 µm². La même modélisation a été menée sous l'aspect statistique prenant en compte la dispersion de bruit en 1/f sur une plaque entière et la présence de composantes de génération-recombinaison et du bruit RTS

L'étude complète du bruit mesuré en sortie (SIc), montage faible impédance, avec un modèle SPICE associé

Nous avons confirmé que le bruit en 1/f mesuré en entrée était l'image des fluctuations spontanées du courant de base et, plus novateur, que le bruit en 1/f mesuré en sortie était uniquement liée aux fluctuations du courant collecteur

Les premières mesures du bruit BF en entrée à très basses températures allant jusqu’à 100 K, ce qui nous a permis d’extraire deux énergies d’activation de pièges : 116 et 185 meV

 

Mesure sous pointesDensité spectrale de bruit