Optimisation des dispositifs de commutation RFSOI pour technologies Haute Performance : Optimisation des procédés de fabrication et étude des mécanismes physiques impliqués

L’optimisation des performances des dispositifs de commutation RF s’est révélée être un enjeu central pour les générations actuelles et futures des technologies de communication 5G. Dans ce contexte, les travaux ont porté sur l’un des principaux verrous technologiques : la maîtrise du compromis entre une résistance à l’état passant (Ron) minimale, un couplage capacitif à l’état bloqué (Roff) le plus faible possible, et une tenue en puissance élevée (Vmax > 4 V), condition essentielle pour garantir l’intégrité spectrale (notamment des harmoniques H2 et H3) sous fortes puissances RF.
L’objectif principal a été d’étudier expérimentalement le compromis Ron·Coff (Vmax), à travers une approche croisée entre mesures RF et caractérisations électriques en régime DC sur structures dédiées. L’ensemble des paramètres physiques (longueur et recouvrement de grille, contrainte mécanique dans le canal, profils de dopants, etc.) et électriques (courants de fuite, mécanismes de type GIDL, mobilité, BVDSS, etc.) ont été identifiés et analysés afin de mieux comprendre leur impact sur les performances RF finales.
Le travail s’est déroulé au sein d’équipes pluridisciplinaires mêlant conception, technologie et caractérisation, permettant une approche complète allant de la simulation électrique à la fabrication de dispositifs sur silicium. Après une phase initiale d’analyse bibliographique et d’interprétation des résultats exploratoires du programme, des simulations avancées ont permis de cartographier les comportements attendus. Des dispositifs expérimentaux ont ensuite été fabriqués à l’aide de nouvelles briques technologiques, puis caractérisés en détail. Parmi ces innovations, l’intégration de grilles à encoches formées par gravure isotropique du polysilicium s’est avérée particulièrement prometteuse : cette approche permet de réduire significativement les longueurs de recouvrement grille-source/drain ainsi que le Coff, tout en maintenant de bonnes performances en conduction.
Les résultats obtenus ont permis de proposer des pistes d’optimisation pour améliorer le compromis Ron·Coff tout en assurant un Vmax élevé, ouvrant ainsi la voie à des commutateurs RF plus performants pour les futures générations de circuits de communication. Ces résultats constituent une avancée majeure pour le développement de technologies RF adaptées aux exigences croissantes de la 5G et au-delà.