Membres impliqués : F. Pascal (Pr), B. Sagnes (MCF HDR), M. Seif (Post-Doc), J. El Beyrouthy (Doct ECSEL H2020 - DGE), A Hoffmann (Pr)

La caractérisation électrique de composants microélectroniques est depuis de très nombreuses années une spécialité de recherche au laboratoire, en particulier celle du bruit basse fréquence. Après avoir participé au projet européen RF2THZ-SiSOC dans un consortium labélisé par l’organisme CATRENE, l'équipe est maintenant impliquée, et ce jusqu'en 2020, dans le projet européen TARANTO co-financé sur un programme ECSEL JU H2020 et par le Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie. Dans ce projet notre équipe a en charge la caractérisation et la modélisation du bruit Basse Fréquence dans les transistors bipolaires à hétérojonction Si/SiGe:C associés à deux technologies BiCMOS 130 nm et 55 nm développées par STMicrolectronics et dont les performances fréquentielles dépassent les 300 GHz. Les objectifs principaux sont la modélisation compacte du bruit basse fréquence incluant une étude de fiabilité sous stress électrique et sous irradiations. Nous sommes également en mesure d'effectuer des caractérisations en température, depuis 100 K jusqu'à 400 K.

Les principaux résultats que nous pouvons mettre en avant sont les suivants:

La caractérisation complète du bruit mesuré en entrée (SIb), montage haute impédance, avec la modélisation SPICE classique nous conduisant à des valeurs de KB extrêmement faibles : meilleur résultat publié à ce jour 7 10-11 µm². La même modélisation a été menée sous l'aspect statistique prenant en compte la dispersion de bruit en 1/f sur une plaque entière et la présence de composantes de génération-recombinaison et du bruit RTS

L'étude complète du bruit mesuré en sortie (SIc), montage faible impédance, avec un modèle SPICE associé

Nous avons confirmé que le bruit en 1/f mesuré en entrée était l'image des fluctuations spontanées du courant de base et, plus novateur, que le bruit en 1/f mesuré en sortie était uniquement liée aux fluctuations du courant collecteur

Les premières mesures du bruit BF en entrée à très basses températures allant jusqu’à 100 K, ce qui nous a permis d’extraire deux énergies d’activation de pièges : 116 et 185 meV

           

Permanent staff: Cuminal Yvan (MCF HDR), Martinez Frédéric (MCF), Parola Stéphanie (MCF), Vaillon Rodolphe (DR CNRS)

In the photovoltaic field, M@CSEE team (IES) focused its reseach on 3 topics. These topics are briefly described below. Please find detailed information by clicking on each topic.

The studies in this topic aim at designing, manufacturing and characterize III-Sb solar cells, optimized for high solar concentration. The studied cells are based on III-Sb antimonide alloys and monolithically grown by MBE (Molecular Beam Epitaxy) in strong collaboration with the NanoMIR team (IES). Antimonide alloys (III-Sb) constitutes an original and promising alternative to existing cells. In addition to this work, we are also studying the impact of temperature on the degradation of III-Sb cells.

This research topic is developped in direct collaboration with solar cells manufacturers. The aim is to contribute to the development of industrial processes for silicon solar cells manufacture and particularly for a use under low-concentrated light (X=20). In last years, we have taken part of several projects aimed, for instance, at developing an industrial process of multi-crystalline silicon with boron doping, a new process for dry texturization of cells, or the development of an electrolytic contact deposition process.

The objective is to contribute to the design, fabrication and implementation of efficient thermophotovoltaic devices and systems for thermal energy harvesting.

 

 

Electrical characterization of microelectronic components: Low frequency noise

Permanent staff : Fabien Pascal (Pr), Bruno Sagnes (MCF HDR), Alain Hoffmann (Pr), Matteo Valenza (Pr)

PhD students : Marcelino Seif (2012-2015), Johnny El Beyrouthy (2017-2020)

Post Doctorate : Marcelino Seif (2017-2018), Alexandre Vauthelin (2019)

Financial support :  RF2THZ-SiSOC European Project (CATRENE - DGE) (2012-2016), TARANTO European project ( H2020 ECSEL JU - DGE) (2017-2020)

Actual principal partners : STMicroelectronics, Infineon, IEMN Lille, Modena University

Electrical characterization of microelectronic components has for many years been a specialty of our laboratory research, particularly that of low frequency noise. After participating in the European RF2THZ-SiSOC project in a consortium which has been selected by the CATRENE organization, the team is now involved in the European project TARANTO funded by an ECSEL JU H2020 program and the Ministry of Economy, Finance and Industry. In this project, our team is in charge of the low frequency noise characterization and modeling in heterojunction Si/SiGe:C bipolar transistors (HBT) developed on BiCMOS 55 nm technology by STMicrolectronics. HBTs developed on BiCMOS 130 nm technology were studied in the previous project. The main objectives are the low frequency noise compact modeling including reliability studies under electrical stress and irradiation (X and gamma rays). We are also able to perform temperature characterizations from 100 K to 400 K.

Densité spectrale de bruit

 

 

Mesure sous pointes

 

The main results that we can highlight are the following:

- Complete characterization of the input noise (SIB), in high impedance measurement, with the classic 1/f noise SPICE modeling leading to extremely low KB values: best published result equals to 7 10-11 µm² obtained on BiCMOS 130 nm HBTs [1]. The same modeling was carried out under a statistical aspect taking into account the 1/f noise dispersion on a full wafer [2], the presence of generation-recombination (GR) components and RTS noise.

      

- The complete study of the output noise (SIC), in low impedance measurement, with an associated SPICE model [3].

 

- Confirmation that the input 1/f noise is the image of the spontaneous base current fluctuations and, more innovative, that the output 1/f noise is only related to the collector current fluctuations.

- Input BF noise measurements at very low temperatures up to 100 K, which allowed us, from GR components analysis, to extract two activation energies of traps: 116 and 185 meV [4].

 

 

- The best X and gamma-ray robustness of the BiCMOS 55 nm HBTs compared to the BiCMOS 130 nm ones [5].