Conditions optimales de fonctionnement pour la fiabilité des transistors à effet de champ micro-ondes de puissance
Résumé
The main frame of this thesis is related to the reliability of Gallium Arsenide Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMIC) for power amplifiers. The aim of this work is the determination of meaningful derating rules (in terms of temperature, current, voltage, power) applied on microwave circuits. The first section covers field effect transistor reliability rules. A summery of the mains degradation mechanism is GaAs FET are presented. The second section addresses a methodology for the evaluation of MMIC reliability based on test vehicles definition (Technological Characterisation Vehicle and Dynamic Evaluation Circuit) and the well suited life test conditions. The reliability of the MMIC technology is evaluated by high storage temperature and DC life test results. The power amplifier application is then validated through life test under dynamic electrical stress. The degradation mechanism activated under power amplifier application is analysed in term of impact ionisation processes. Finally, we present a methodology based on short duration life test corroborated with non linear simulation in order to include MMIC power amplifier reliability during design phase.
Ce mémoire de thèse traite de la fiabilité des circuits intégrés monolithiques en Arséniure de Gallium pour l'amplification de puissance micro-ondes a bord des satellites de télécommunications et d'observation. L'objectif de ce travail est de déterminer des règles de réduction des contraintes (en termes de température, courant, tension, puissance) appliquées aux circuits micro-ondes. La première partie énonce les notions fondamentales de la fiabilité des composants en Arséniure de Gallium suivis d'une synthèse des principaux mécanismes de défaillances des transistors à effet de champ en Arséniure de Gallium. Le second chapitre propose une méthodologie permettant l'évaluation de la fiabilité des circuits intégrés à semi conducteur basée sur la définition des véhicules de test et sur la mise en oeuvre d'essais de fiabilité appropriés. A partir des résultats obtenus lors des essais de stockage à haute température et de vieillissement sous contraintes électriques statiques, la fiabilité de la technologie est évaluée. Cette partie fait l'objet du troisième chapitre. Nous validons dans le quatrième chapitre l'application considérée (l'amplification de puissance en bande X) au travers d'essais de vieillissement sous contraintes électriques dynamiques. Le mécanisme de dégradation activé lors du fonctionnement du transistor en amplification de puissance est dû à la multiplication des porteurs par ionisation par impact. A partir de cette analyse, une méthodologie alliant la simulation électrique non-linéaire avec des essais de vieillissement accéléré de courte durée est dégagée. Cette méthodologie permet d'évaluer la fiabilité des transistors de puissance en Arséniure de Gallium dés le stade de la conception des équipements.