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1. Vu, Van Tuan. Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation.

Degree: Docteur es, Electronique, 2016, Bordeaux

L'objectif principal de cette thèse est de proposer et d'évaluer une nouvelle architecture de Transistor Bipolaire à Héterojonction (TBH) Si/SiGe s’affranchissant des limitations de l'architecture conventionnelle DPSA-SEG (Double-Polysilicium Self-Aligned, Selective Epitaxial Growth) utilisée dans la technologie 55 nm Si/SiGe BiCMOS (BiCMOS055) de STMicroelectronics. Cette nouvelle architecture est conçue pour être compatible avec la technologie 28-nm FD-SOI (Fully Depleted Si-licon On Insulator), avec pour objectif d'atteindre la performance de 400 GHz de fT et 600 GHz de fMAX dans ce noeud. Pour atteindre cet objectif ambitieux, plusieurs études complémentaires ont été menées: 1/ l'exploration et la comparaison de différentes architectures de TBH SiGe, 2/ l'étalonnage TCAD en BiCMOS055, 3/ l'étude du budget thermique induit par la fabrication des technologies BiCMOS, et finalement 4/ l'étude d'une architecture innovante et son optimisation. Les procédés de fabrication ainsi que les modèles physiques (comprenant le rétrécissement de la bande interdite, la vitesse de saturation, la mobilité à fort champ, la recombinaison SRH, l'ionisation par impact, la résistance distribuée de l'émetteur, l'auto-échauffement ainsi que l’effet tunnel induit par piégeage des électrons), ont été étalonnés dans la technologie BiCMOS055. L'étude de l’impact du budget thermique sur les performances des TBH SiGe dans des noeuds CMOS avancés (jusqu’au 14 nm) montre que le fT maximum peut atteindre 370 GHz dans une prochaine génération où les profils verticaux du BiCMOS055 seraient ‘simplement’ adaptés à l’optimisation du budget thermique total. Enfin, l'architecture TBH SiGe EXBIC, prenant son nom d’une base extrinsèque épitaxiale isolée du collecteur, est choisie comme la candidate la plus prometteuse pour la prochaine génération de TBH dans une technologie BiCMOS FD-SOI dans un noeud 28 nm. L'optimisation en TCAD de cette architecture résulte en des performances électriques remarquables telles que 470 GHz fT et 870 GHz fMAX dans ce noeud technologique.

The ultimate objective of this thesis is to propose and evaluate a novel SiGe HBT architec-ture overcoming the limitation of the conventional Double-Polysilicon Self-Aligned (DPSA) archi-tecture using Selective Epitaxial Growth (SEG). This architecture is designed to be compatible with the 28-nm Fully Depleted (FD) Silicon On Insulator (SOI) CMOS with a purpose to reach the objec-tive of 400 GHz fT and 600 GHz fMAX performance in this node. In order to achieve this ambitious objective, several studies, including the exploration and comparison of different SiGe HBT architec-tures, 55-nm Si/SiGe BiCMOS TCAD calibration, Si/SiGe BiCMOS thermal budget study, investi-gating a novel architecture and its optimization, have been carried out. Both, the fabrication process and physical device models (incl. band gap narrowing, saturation velocity, high-field mobility, SRH recombination, impact ionization, distributed emitter resistance, self-heating and trap-assisted tunnel-ing, as well as…

Advisors/Committee Members: Zimmer, Thomas (thesis director), Frégonèse, Sébastien (thesis director).

Subjects/Keywords: Transistor bipolaire à hétérojonction (TBH); SiGe; TCAD; Budget thermique; 55-nm BiC-MOS (BiCMOS055); 28-nm FD-SOI BiCMOS (BiCMOS028); Terahertz; Hetero-junction bipolar transistors (HBTs); TCAD calibration; Thermal budget; 55-nm BiCMOS (BiCMOS055); 28-nm FD-SOI BiCMOS (BiCMOS028); Novel SiGe HBT architecture

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APA (6th Edition):

Vu, V. T. (2016). Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation. (Doctoral Dissertation). Bordeaux. Retrieved from http://www.theses.fr/2016BORD0304

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Vu, Van Tuan. “Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation.” 2016. Doctoral Dissertation, Bordeaux. Accessed November 21, 2019. http://www.theses.fr/2016BORD0304.

MLA Handbook (7th Edition):

Vu, Van Tuan. “Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation.” 2016. Web. 21 Nov 2019.

Vancouver:

Vu VT. Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation. [Internet] [Doctoral dissertation]. Bordeaux; 2016. [cited 2019 Nov 21]. Available from: http://www.theses.fr/2016BORD0304.

Council of Science Editors:

Vu VT. Recherche et évaluation d'une nouvelle architecture de transistor bipolaire à hétérojonction Si/SiGe pour la prochaine génération de technologie BiCMOS : Exploration and evaluation of a novel Si/SiGe heterojunction bipolar transistor architecture for next BiCMOS generation. [Doctoral Dissertation]. Bordeaux; 2016. Available from: http://www.theses.fr/2016BORD0304

2. Rosenbaum, Tommy. Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches.

Degree: Docteur es, Electronique, 2017, Bordeaux; Technische Universität (Dresde, Allemagne)

Les procédés bipolaires semi-conducteurs complémentaires à oxyde de métal (BiCMOS) peuvent être considérés comme étant la solution la plus généralepour les produits RF car ils combinent la fabrication sophistiquée du CMOSavec la vitesse et les capacités de conduction des transistors bipolaires silicium germanium(SiGe) à hétérojonction (HBT). Les HBTs, réciproquement, sontles principaux concurrents pour combler partiellement l'écart de térahertzqui décrit la plage dans laquelle les fréquences générées par les transistors etles lasers ne se chevauchent pas (environ 0.3 THz à 30 THz). A_n d'évaluerles capacités de ces dispositifs futurs, une méthodologie de prévision fiable estsouhaitable. L'utilisation d'un ensemble hétérogène d'outils et de méthodes desimulations permet d'atteindre successivement cet objectif et est avantageusepour la résolution des problèmes. Plusieurs domaines scientifiques sont combinés, tel que la technologie de conception assistée par ordinateur (TCAO),la modélisation compacte et l'extraction des paramètres.Afin de créer une base pour l'environnement de simulation et d'améliorerla confirmabilité pour les lecteurs, les modèles de matériaux utilisés pour lesapproches hydrodynamiques et de diffusion par conduction sont introduits dèsle début de la thèse. Les modèles physiques sont principalement fondés surdes données de la littérature basées sur simulations Monte Carlo (MC) ou dessimulations déterministes de l'équation de transport de Boltzmann (BTE).Néanmoins, le module de TCAO doit être aussi étalonné sur les données demesure pour une prévision fiable des performances des HBTs. L'approchecorrespondante d'étalonnage est basée sur les mesures d'une technologie depointe de HBT SiGe pour laquelle un ensemble de paramètres spécifiques àla technologie du modèle compact HICUM/L2 est extrait pour les versionsdu transistor à haute vitesse, moyenne et haute tension. En s'aidant de cesrésultats, les caractéristiques du transistor unidimensionnel qui sont généréesservent de référence pour le profil de dopage et l'étalonnage du modèle. Enélaborant des comparaisons entre les données de références basées sur les mesureset les simulations, la thèse fait progresser l'état actuel des prévisionsbasées sur la technologie CAO et démontre la faisabilité de l'approche.Enfin, une technologie future de 28nm performante est prédite en appliquantla méthodologie hétérogène. Sur la base des résultats de TCAO, leslimites de la technologie sont soulignées.

Bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS) processescan be considered as the most general solution for RF products, as theycombine the mature manufacturing tools of CMOS with the speed and drivecapabilities of silicon-germanium (SiGe) heterojunction bipolar transistors(HBTs). HBTs in turn are major contenders for partially filling the terahertzgap, which describes the range in which the frequencies generated bytransistors and lasers do not overlap (approximately 0.3THz to 30 THz). Toevaluate the capabilities of such future devices, a reliable prediction…

Advisors/Committee Members: Maneux, Cristell (thesis director), Schröter, Michael (thesis director).

Subjects/Keywords: Silicium-germanium (SiGe); Transistors bipolaires à hétérojonction (HBT); Modélisation compacte; Technologie de conception assistée par ordinateur (TCAO); Calibrage TCAO; Prédiction de performance; Technologie future; Extraction des paramètres scalables; Bipolaires avec des dispositifs complémentaires métal/oxyde/semi-conducteur (BiCMOS); Transport hydrodynamique; Equation de transport de Boltzmann (BTE); Haute-vitesse; Moyenne-tension; Haute-tension; Simulations unidimensionnelle (1D); Modèles physiques; High current model (HICUM); International technology roadmap for semiconductors (ITRS); Résistances externes; Réseau de substrat; Silicon-germanium (SiGe); Heterojunction bipolar transistor (HBT); Compact modeling; Technology computer aided design (TCAD); TCAD calibration; Performance prediction; Future technology; Scalable parameter extraction; Bipolar complementary metal-oxide-semiconductor (BiCMOS; Hydrodynamic (HD) transport; Boltzmann transport equation (BTE); High-speed (HS); Medium-voltage (MV); High-voltage (HV); One-dimensional (1D) simulations; Physical material models; High current model (HICUM); International technology roadmap for semiconductors (ITRS); External resistances; Substrate network

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APA (6th Edition):

Rosenbaum, T. (2017). Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches. (Doctoral Dissertation). Bordeaux; Technische Universität (Dresde, Allemagne). Retrieved from http://www.theses.fr/2017BORD0550

Chicago Manual of Style (16th Edition):

Rosenbaum, Tommy. “Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches.” 2017. Doctoral Dissertation, Bordeaux; Technische Universität (Dresde, Allemagne). Accessed November 21, 2019. http://www.theses.fr/2017BORD0550.

MLA Handbook (7th Edition):

Rosenbaum, Tommy. “Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches.” 2017. Web. 21 Nov 2019.

Vancouver:

Rosenbaum T. Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches. [Internet] [Doctoral dissertation]. Bordeaux; Technische Universität (Dresde, Allemagne); 2017. [cited 2019 Nov 21]. Available from: http://www.theses.fr/2017BORD0550.

Council of Science Editors:

Rosenbaum T. Performance prediction of a future silicon-germanium heterojunction bipolar transistor technology using a heterogeneous set of simulation tools and approaches : Prédiction de la performance d'une future technologie SiGe HBT à partir de plusieurs outils de simulation et approches. [Doctoral Dissertation]. Bordeaux; Technische Universität (Dresde, Allemagne); 2017. Available from: http://www.theses.fr/2017BORD0550

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