Modélisation électrothermique de transistors MESFET SiC et ...

Chapitre I LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A L’ETAT SOLIDE (SSPA)
En partant du bas de la figure I-8, il apparaît tout d’abord un substrat mono cristallin
en SiC qui doit être le moins conducteur possible. Il ne joue aucun rôle électrique mais
constitue essentiellement un support mécanique pour le reste du composant. Sur ce substrat,
une fine couche active dopée N est insérée, soit par épitaxie, soit par implantation ionique.
Deux zones fortement dopées N + , l’une sous l’électrode de drain, l’autre sous l’électrode de
source sont habituellement rajoutées à la structure par une nouvelle implantation ou par un
procédé de diffusion. Elles permettent de réduire les résistances de contact, néfastes pour les
performances du composant. Les propriétés électriques de la structure sont généralement
améliorées par la présence d’une couche tampon faiblement dopée entre la couche active et le
substrat. Son épaisseur est de quelques microns. Elle évite la migration d’ions au niveau de
l’interface et préserve la valeur de la mobilité des porteurs dans cette région. Enfin, trois
contacts par dépôt de film métallique sous vide sont réalisés. Les deux extrêmes forment les
électrodes de source et de drain. Le contact est de nature ohmique. Celui de l’électrode de
grille est de type Schottky.
De plus, sur la figure I-8, les principales dimensions géométriques sont représentées.
La petite dimension de contact de grille Lg est appelée par convention longueur de grille du
transistor. Elle détermine en grande partie la fréquence maximale d’utilisation du transistor.
Pour les composants hyperfréquences elle est souvent inférieure à 1 μm. La deuxième
dimension est la largeur de grille W et elle rend compte de la taille du transistor. Sa dimension
typique est de l’ordre de 50 à 1000 fois celle de Lg. L’épaisseur « a » de la couche active est
généralement de 0.2 μm à 0.4 μm.
II.2.2 Principe de Fonctionnement du Transistor à Effet de Champ
La base du fonctionnement d’un MESFET est la possibilité de moduler l’épaisseur du
canal sous la grille (figure I-8). Le contact de grille est de type Schottky. Une couche
dépeuplée d’électrons libres, appelée zone de charge d’espace (ZCE), se crée sous la grille.
Aucun courant ne peut traverser cette couche. La région où le courant peut circuler est donc
réduite à la fraction de la couche active non dépeuplée. En régime de fonctionnement normal
le drain est polarisé positivement par rapport à la source, tandis que la grille est polarisée
négativement, toujours par rapport à la source (figure I-9).
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