Caractérisation électrique avancée DC et RF de composants passifs et actifs en technologie 28nm-FDSOI à température cryogénique

Soutenance de thèse de Quentin BERLINGARD, pour une thèse de doctorat de l'Université Grenoble Alpes, spécialité  " OPTIQUE et RADIOFREQUENCES "

Mots-clés :
FDSOI,Radio-fréquence,Cryogénie,Q-ENG sur silicium,caractérisation électrique

Résumé :
La possibilité de faire fonctionner les circuits électroniques à température cryogénique suscite un intérêt croissant dans des domaines tels que l'aérospatial et le calcul haute performance, car il est bien établi que les performances des dispositifs électroniques s'améliorent considérablement à basse température. Récemment, l'essor du développement des ordinateurs quantiques, qui intègrent des bits quantiques, ou qubits, ainsi que leur électronique de lecture et de contrôle, a amplifié cet attrait pour l'électronique cryogénique, entraînant un regain d'intérêt marqué. La démonstration de circuits électroniques capables de fonctionner à ces températures extrêmes et d'atteindre des fréquences radio (RF) se multiplie. Cependant, il subsiste un manque notable de modèles précis pour décrire le fonctionnement des dispositifs passifs et actifs dans ces conditions, en particulier dans la gamme des fréquences RF.
Parmi les technologies étudiées, la technologie FD-SOI se distingue par les excellentes performances de ses circuits passifs ainsi que par ses transistors, reconnus pour leur faible consommation d'énergie, leur adaptabilité aux applications RF, et leur capacité à contrôler finement la tension de seuil via une grille arrière. Alors que de nombreuses études de caractérisation à basse température ont été réalisées en courant continu (DC), les travaux en radiofréquence (RF) restent rares. Or, l'étude des dispositifs en régime RF offre un angle complémentaire, qui permet d'approfondir la compréhension des effets physiques spécifiques aux basses températures.
Dans le cadre de cette thèse, nous proposons une approche complète de caractérisation et de modélisation des composants passifs et actifs en technologie FD-SOI 28nm, sur une plage de températures allant de la température ambiante jusqu'à 4,2K. Cette démarche inclut le développement d’un banc de mesure adapté et l'élaboration d'une méthodologie de caractérisation RF à basse température, suivis de la caractérisation détaillée des dispositifs dans des conditions cryogéniques. Les mesures RF viendront enrichir les données existantes en DC, avec pour objectif d'améliorer la compréhension des phénomènes physiques en jeu à basse température et de développer des modèles précis. Ces caractérisations sont ensuite exploitées pour optimiser les performances des circuits électroniques destinés à fonctionner dans des environnements cryogéniques.

Membres du jury :

• Mikaël CASSE, DIRECTEUR DE RECHERCHE - CEA - Centre de Grenoble :  Directeur de thèse
• Bogdan CRETU, MAITRE DE CONFERENCES HDR - Normandie Université : Rapporteur
• Jean-Michel SALLESE, ASSISTANT PROFESSOR - Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne : Rapporteur
• Philippe FERRARI, PROFESSEUR DES UNIVERSITES - Université Grenoble Alpes : Examinateur
• Valeriya KILCHYTSKA, SCIENTIST - Université Catholique de Louvain : Examinateur
• Sylvain BOURDEL, PROFESSEUR DES UNIVERSITES - Grenoble INP - UGA : Examinateur