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Résumé

Dans la première partie de ce mémoire nous présentons un bref historique sur les réalisations au laboratoire de Transistors Bipolaires à Hétérojonction en vue de diverses applications. L'accent est mis une application ¿ micro - optoélectronique ¿ résultant de l'intégration verticale d'un Phototransistor GaAlAs / GaAs et d'une diode laser à double hétérojonction sur une même puce. Rappelons que ce projet de 1985 était novateur quant aux résultats mis en évidence. La plus grande partie de ce travail de synthèse est ensuite ciblée sur le Transistor Bipolaire à Hétérojonction Haute Fréquence de Puissance en vue de son application dans les bandes de fréquences L, S, et X. Dans ce cadre, un modèle physique électrothermique basé sur l'analogie électrique - thermique a été établit et a permis d'identifier les limitations de nos dispositifs aux fortes polarisations nécessaires pour les applications Radio Fréquences. Les performances fréquentielles font état de fréquences maximales d'oscillation de 40 GHz relevées sur des sructures GaInP / GaAs. La caractérisation en termes de puissance de sortie et de rendement ainsi que la modélisation électrothermique associée est ensuite développée. Les puissances R.F relevées dans les bandes L et S sont comprises entre 0.5 W et 1 W avec des rendements en puissance ajoutée de 40 à 80 % selon la classe de polarisation ( A, AB ou C). Enfin, des perspectives sont posées en vue de l'évaluation des performances extrêmes de nos transistors à 10 GHz et de l'amélioration de ces performances en ce qui concerne l'auto - échauffement qui limite très sévèrement les performances aux forts niveaux de polarisation.

Abstract

The first part presents the background of the Heterojunction Bipolar Transistor GaAlAs / GaAs réalisations in our laboratory including a particular emphasize about an Optoelectronic application about the integration  of a GaAlAs / GaAs phototransistor and a laser diode on a same wafer. This application was an innovative project in 1985. However, this manual mainly deals with caracterisation and modelisation of Heterojunction Bipolar Transistor for high frequency power application in L and S bands. We present a non-linear physical electrothermal model, incorporated into softwares. Transistor temperature is taken into account by using a thermal cell connected to the model . Our contribution to this model is the characterization at high signal modeling for this kind of application. The small signal typical dynamic performances are a 40 GHz for maximum oscillation frequency on power gain. A theory - experiment comparison allows us to validate the developed model and to evaluate the influence of self-heating effect on the HBT static and dynamic performances at high polarisation levels. Then, we have characterized our structures in a discrete amplifier by measuring the power gain, output power, and power added efficiency in L and S frequency bands in class AB and C polarisation. At 1,8 GHz, we obtained R.F output power of 0.6 W and 1,1 W with power added efficiency ( P.A.E ) of 50 to 80 %. The model is even validated for high signals. At last, our components are evaluated by modelling in the X band at 10 Ghz and finally a technological method is proposed in order to reduce thermal effects at high polarisation levels .

Mots-Clés / Keywords

Efficiency; Output power; Power matching; Power amplifier; High signal modeling; Power Heterojunction Bipolar Transistor; Intermodulation; Rendement; Puissance de sortie; Amplification de puissance; Modélisation fort signal; Transistor Bipolaire à Hétérojonction de puissance;