Dans le contexte de l’essor des télécommunications et de l’exploitation de bandes de fréquences toujours plus élevées, notamment la bande Ka, essentielle pour les systèmes satellitaires et les futurs réseaux mobiles. Dans ce cadre, la technologie HEMT GaN sur silicium, développée par le CEA-Leti et compatible CMOS, a été étudiée comme une solution prometteuse alliant performances RF, intégration et coûts maîtrisés.
Les contributions de ce travail se déclinent en plusieurs volets. Une méthodologie complète de caractérisation a tout d’abord été proposée afin d’identifier et de quantifier les effets limitatifs liés aux phénomènes thermiques et aux pièges, qui dégradent les performances dynamiques des dispositifs. Ces travaux ont permis de comparer différentes variantes technologiques (MISHEMT, Recess-Gate) et de mettre en évidence leurs points forts respectifs. Par ailleurs, un modèle électrique petit signal et grand signal a été élaboré, intégrant les comportements non linéaires et offrant un outil fiable pour la conception de circuits MMIC.
Enfin, la conception d’un amplificateur de puissance à deux étages opérants entre 26 et 30 GHz, basé sur les transistors étudiés, a démontré la pertinence de cette technologie pour des applications concrètes en bande Ka. Les performances obtenues présentent une Pout de 33 dBm et une PAE supérieur à 30% et gain petit signal supérieur à 15 dB, confirment le potentiel industriel du GaN sur Si pour les futures générations de systèmes de communication.
En conclusion, cette recherche a contribué à la fois à une meilleure compréhension des mécanismes physiques des transistors GaN sur Si et à leur mise en oeuvre dans des circuits intégrés à haute fréquence. Si des défis persistent, notamment en matière de gestion thermique et de fiabilité, les perspectives ouvertes concernent l’optimisation des procédés, l’élargissement de la modélisation et l’exploration de fréquences encore plus élevées, en lien avec l’évolution vers les réseaux 6G et au-delà.