Modélisation électrothermique de transistors MESFET SiC et ...

Chapitre I LES AMPLIFICATEURS DE PUISSANCE A L’ETAT SOLIDE (SSPA)
Les effets de « Sidegating » et « Backgating »
Les phénomènes de capture et d’émission d’électrons dus à la proximité de différents
composants lors d’une conception dans un environnement MMIC sont regroupés sous le
terme « sidegating ». En effet, la proximité de transistors à effet de champ peut les rendre non
indépendants les un des autres ; c’est à dire qu’un potentiel appliqué en un point du circuit
peut venir modifier celui présent sur le composant.
D’autres effets parasites dépendent de la technologie employée par le fondeur et du
niveau d’impureté du substrat. Tous ces phénomènes sont regroupés sous les termes de
« sidegating » et de « backgating » [22,23,24]. Il en résulte des règles de dessin sur les
dimensions géométriques des MMICs afin de limiter les conséquences de ces phénomènes.
Le phénomène de « Self-backgating »
La cause principale du « Self-backgating » est due au comportement non idéal du
substrat semi-isolant qui contient des impuretés. En effet le Carbure de Silicium est un
matériau semi-conducteur actuellement mal contrôlé du point de vue des défauts. Ces
impuretés génèrent des états énergétiques pouvant être occupés par des porteurs dans la bande
interdite du matériau. Ils sont alors capables de capturer pendant un temps « T » puis de
réémettre les électrons qui participent au courant dans le canal. Le principal effet du « self-
backgating » se traduit par la réponse transitoire du courant de sortie (IDS).
En l’absence de champ électrique au niveau du canal, les électrons s'écoulent de façon
continue par-dessus la barrière de potentiel vers le substrat. Ces électrons sont piégés par des
donneurs ionisés et d'autres sont émis par les donneurs neutres. L'état permanent conduit à
l'équilibre entre les concentrations d’électrons libres et piégés. Le nombre moyen d’électrons
capturés dans le substrat est alors égal au nombre moyen de ceux émis dans le canal. Les taux
de capture et d'émission sont égaux le long de l'interface canal/substrat.
Toutefois, une brusque augmentation du champ électrique entre le drain et la source
provoque l'état transitoire. En effet, des électrons sont injectés du canal dans le substrat où ils
sont rapidement piégés dans des zones ionisées. Ces pièges deviennent électriquement neutres
et le substrat au voisinage du canal est alors chargé plus négativement. Ce phénomène est
représenté sur la figure I-11.
- 26 -