Etude de matériaux ferromagnétiques doux à forte aimantation et à ...

C
Contexte
En technologie BEOL (CMOS ou BICMOS), on a recourt traditionnellement à trois
types d’inductances.
1) Gyrateurs : dans certains circuits CMOS, la fonction d’inductance peut être
réalisée sans recours à un comportement passif. Pour cela, les gyrateurs ou inductances
actives utilisent les composants actifs (c'est-à-dire les transistors) pour transformer
l’impédance d’une capacité en inductance [2]. La figure 11 (a) montre un circuit gyrateur
classique. Le composant actif et la capacité du gyrateur peuvent être facilement fabriqués et
occupés une place minimale mais ils consomment une relative importante puissance et
introduisent du bruit additionnel.
2) Inductances « filaires » (fil de soudure ou « bonding ») : toujours pour éviter la
fabrication spécifique d’un composant passif, on utilise parfois les fils de connexion externes
pour réaliser une fonction d’inductance [3]. Comme montré sur la figure 11 (b), cette
inductance peut offrir un très haut facteur de qualité (30 – 80 typiquement) de part la forte
section de conducteur et l’éloignement conséquent du substrat. Mais une telle approche est
souvent la cause de couplage parasite avec les autres dispositifs et pourrait ne pas être
suffisamment robuste pour certaines applications.
3) Composant passif : cependant, dans la plupart des circuits RF modernes, il est
indispensable de passer par une étape propre de fabrication d’inductance au sens d’un
véritable composant passif. Pour se faire, les inductances de type spirale (carrée, ronde ou
octogonale) sont réalisées aux niveaux des métaux supérieurs d’interconnections (M4 – M5)
en utilisant les niveaux de métaux disponibles [4] (figure 11 (c)). Notons que la distance entre
ces niveaux de métaux n’est pas suffisante pour permettre de réaliser d’autres géométries que
2D c'est-à-dire la spirale planaire. Un solénoïde ou un tore présenterait une section trop faible
pour réaliser le niveau d’inductance requise.
R1
R2
R3
NPN
(a) (b) (c)
Figure 11 : Circuit équivalent d’un gyrateur classique (a) et photographie d’une inductance réalisée avec des
fils de liaison (bonding) (b) [3] et topologie d’une inductance planaire carrée intégrée [4] (c).
Les inductances spirales planaires sont sous la forme d’un enroulement concentrique
d’un ruban conducteur (figure 12). Il impose une self de surface assez importante. De façon
plus générale, nous rappelons qu’une bobine est caractérisée par son inductance L (liée au
nombre de tours), par sa résistance R et par ses capacités parasites C. Pour la réalisation
technologique de cette inductance, deux niveaux de métallisation (spires et underpass) ainsi
que deux vias sont requis. L’intérêt d’une forme spirale est de bénéficier d’effets de mutuelles
positives entre les spires voisines.
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