Modélisation électrothermique de transistors MESFET SiC et ...

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Chapitre I LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A L’ETAT SOLIDE (SSPA) Ids (mA) 600 500 400 300 200 100 0 Vgs=0V Vgs=-2V Vgs=-4V Vgs=-6V Vgs=-8V Vgs=-10V Vgs=-12V Vgs=-14V 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Vds (V) Figure I-10 : Réseau de caractéristiques mesurés en impulsions IDS = f (VDS) à VGS = C ste Polarisation VDS0 = 40V, VGS0 = -6.5V et IDS0 = 145mA Description de la zone linéaire Cette zone est également appelée zone ohmique qui correspond à une évolution quasi- linéaire du courant de drain (IDS) pour de faibles valeurs de la tension drain source (VDS). En effet, pour de faibles valeurs de la tension de drain, le canal reste de section sensiblement uniforme sous la grille. Le transistor est alors assimilable à une résistance variable dont la valeur est contrôlée par la tension de grille. Le courant varie proportionnellement à VDS. Certaines applications telles que les mélangeurs ou les déphaseurs nécessitent en général ce régime de fonctionnement linéaire ou le transistor est polarisé à froid (VDS = 0). Description de la zone saturée Avec l’accroissement de la tension de drain, la section de la zone dépeuplée (zone de charge d’espace) commence à se déformer en devenant beaucoup plus importante côté drain que côté source. Ce resserrement du canal provoque un ralentissement de la croissance du courant de drain. Arrivé à un certain stade, l’augmentation de la tension VDS n’a quasiment plus aucune influence sur le courant. On nomme le courant de saturation (IDSS), lorsque le courant de drain (IDS) du transistor commence à rentrer dans la zone de saturation pour une tension de polarisation de grille VGS nulle. - 24 -
Chapitre I LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A L’ETAT SOLIDE (SSPA) II.2.3 Les Effets Parasites du MESFET SiC Des effets parasites indésirables viennent diminuer les performances statiques et hyperfréquences du MESFET. Une connaissance et une prise en compte de ces effets sont aujourd’hui indispensables lors de la conception de circuits microondes. Il est important de souligner qu’une des principales barrières rencontrées lors de l’étude de ces phénomènes est la difficulté de leur mise en évidence et de leur prise en compte. La difficulté principale lors de la phase de caractérisation expérimentale est de pouvoir dissocier ces différents phénomènes pour les appréhender indépendamment les uns des autres. Il existe trois principaux effets parasites dans les transistors MESFET SiC : les effets à dynamiques lentes tels que les pièges, les effets thermiques et le phénomène d’avalanche. II.2.3.1 Les Effets à Dynamiques Lentes [19,20] Les phénomènes de pièges correspondent à l’existence d’états énergétiques pouvant être occupés par des porteurs dans la bande interdite du matériau. Ces niveaux d’énergie sont majoritairement dus à la présence d’impuretés dans le substrat. Ils sont plus ou moins prédominants en fonction de la filière [21] et capturent ou libèrent des électrons qui participent au courant dans le canal. Ces effets de pièges peuvent être regroupés en trois catégories : le « self-backgating », le « gate-lag », le « sidegating ». Les transistors MESFETs SiC sont principalement sensibles au phénomène de « self- backgating » par conséquent, nous décrirons succintement les phénomènes de « gate-lag » et de « sidegating ». Le phénomène de « Gate-lag » Les pièges de surface sont à l’origine de ce phénomène. Ils apparaissent lorsque la commande de grille passe d’un état de pincement à un état de conduction, ce qui se traduit par des états transitoires sur le courant de drain. - 25 -
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