Analogue and RF performances of Fully Depleted SOI MOSFET

Performance of RF integrated circuit (IC) is directly linked to the analogue and high frequency characteristics of the transistors, the quality of the back-end of line process as well as the electromagnetic properties of the substrate. Thanks to the introduction of the trap-rich high-resistivity Silicon-on-Insulator (SOI) substrate on the market, the ICs requirements in term of linearity are fulfilled. Today Partially Depleted (PD) SOI MOSFET is the mainstream technology for RF SOI systems. Future generations of mobile communication systems will require transistors with better high frequency performance operating at lower power consumption and in the millimeter-waves range. Fully Depleted (FD) SOI MOSFET is a quite promising candidate for the development of these future wireless communication systems. Most of the reported data on FD SOI concern their digital performance. In this paper, their analogue/RF behaviour is described and compared with bulk MOSFETs. Self-heating issue, non-linear behaviour as well as high frequency performance at cryogenic temperature for FD SOI MOSFET are discussed. Finally, a brief summary of the published RF and millimeter-waves ICs based on FD SOI technology is presented.

Les performances des circuits intégrés RF sont directement liées aux caractéristiques analogiques et haute fréquence des transistors, à la qualité des interconnexions métalliques ainsi qu’aux propriétés électromagnétiques du substrat. Grâce à l’introduction sur le marché du substrat SOI (Silicium sur Isolant) à haute résistivité et riche en pièges, les spécifications des circuits intégrés en termes de linéarité sont satisfaites. Aujourd’hui, le MOSFET SOI partiellement déserté (PD) est la technologie principale des systèmes SOI RF. Les futures générations de systèmes de communication mobiles nécessiteront des transistors offrant de meilleures performances haute fréquence, fonctionnant à une consommation d’énergie inférieure et dans la plage des ondes millimétriques. Le MOSFET SOI entièrement déserté (FD) est un candidat très prometteur pour le développement de ces futurs systèmes de communication sans fil. La plupart des données rapportées sur FD SOI concernent leurs performances digitales. Dans cet article, leur comportement analogique / RF est décrit et comparé aux MOSFETs en silicium massif. Les problèmes d’auto-échauffement, le comportement non linéaire ainsi que les performances haute fréquence aux températures cryogéniques des MOSFETs FD SOI sont discutés. Enfin, un bref résumé des IC publiés aux ondes RF et millimétriques basés sur la technologie FD SOI est présenté.

Silicon-on-Insulator (SOI) Fully Depleted (FD) high frequency behaviour Radio Frequency (RF) millimeter-waves analogue/RF performances self-heating non-linear behaviour cryogenic temperature Integrated Circuits (ICs)

Silicium sur Isolant (SOI) complètement déserté (FD) comportement haute fréquence Radio Fréquence (RF) ondes millimétriques performances analogiques et RF auto-échauffement comportement non-linéaire température cryogénique circuits intégrés (IC)