Centre for Nanosciences and Nanotechnology - Marcoussis Campus
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Physics and Technology of Nanostructures > Nano and Micro cryoelectronic
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NanoFET

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In the field of the low-temperature electronics, after many years of investigation of mesoscopic devices and fully ballistic one-dimensional field-effect transistors, the CNRS/LPN is now capable to realize ultra-low noise HEMTs working at low frequencies and very low temperatures ≤ 4.2K. For example, for a HEMT with an input capacitance of 92 pF and a power consumption of 100 µW, we have obtained an equivalent input noise voltage of 6 nV/√Hz @ 1 Hz and noise current of 20 aA/√Hz @ 1 Hz, and a white noise voltage as low as 0.2 nV/√Hz.

The CNRS/LPN can today offer specific cryogenic HEMTs according to custom needs for various national and international experiments, e.g., our HEMTs have been selected by the SuperCDMS experience for the search of Dark Matter.

HEMT Grille
Fabricated HEMT packaged in a ceramic SOT23. One-dimensional fully ballistic field-effect transistors based on mesoscopic physics.
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Puce Members

Contacts

 Jin Yong  (+33) 1 69 63 61 32  

And also...

 Cavanna Antonella  (+33) 1 69 63 60 61  
 Gatilova Lina  (+33) 1 69 63 60 57  
 Gennser Ulf  (+33) 1 69 63 61 31  
 Ulysse Christian  (+33) 1 69 63 60 90  

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Puce Publications

Publication in journals
  • Quantum Hall resistance standards from graphene grown by chemical vapour deposition on silicon carbide , F. Lafont, R. Ribeiro-Palau, D. Kazazis, A. Michon, O. Couturaud, C. Consejo, T. Chassagne, M. Zielinski, M. Portail, B. Jouault, F. Schopfer, W. Poirier, Nature Commun. 6, 20 (2015)
  • CESAR: Cryogenic Electronics for Space Applications , V. Reveret, X. De La Broise, C. Fermon, M. Pannetier-Lecoeur, C. Pigot, L. Rodriguez, J.-L. Sauvageot, Y. Jin, S. Marnieros, D. Bouchier, J. Putzeys, Y. Long, C. Kiss, S. Kiraly, M. Barbera, U. Lo Cicero, P. Brown, C. Carr, B. Whiteside, J. Low Temp. Phys. 176, 446 (2014)
  • Ultra-low noise high electron mobility transistors for high-impedance and low-frequency deep cryogenic readout electronics , Q. Dong, Y. Liang, D. Ferry, A. Cavanna, U. Gennser, L. Couraud, Y. Jin, Appl. Phys. Lett. 105, 13504 (2014)
  • Ionization Readout of CDMS Detectors with Low Power, Low Noise HEMTs , A. Phipps, Y. Jin, B. Sadoulet, J. Low Temp. Phys. 176, 470 (2014)
  • Quantum limit of heat flow across a single electronic channel , S. Jezouin, F. Parmentier, A. Anthore, U. Gennser, A. Cavanna, Y. Jin, F. Pierre, Science 342, 601 (2013)
  • Minimal-excitation states for electron quantum optics using levitons , J. Dubois, T. Jullien, F. Portier, P. Roche, A. Cavanna, Y. Jin, W. Wegscheider, P. Roulleau, D. C. Glattli, Nature 502, 659 (2013)
  • Coherence and Indistinguishability of Single Electrons Emitted by Independent Sources , E. Bocquillon, V. Freulon, J.-M. Berroir, P. Degiovanni, B. Placais, A. Cavanna, Y. Jin, G. Feve, Science 339, 1054 (2013)
  • Separation of neutral and charge modes in one-dimensional chiral edge channels , E. Bocquillon, V. Freulon, J.-M. Berroir, P. Degiovanni, B. Placais, A. Cavanna, Y. Jin, G. Feve, Nature Commun. 4, 1839 (2013)
  • The Role of the Gate Geometry for Cryogenic HEMTs: Towards an Input Voltage Noise Below 0.5 nV/Hz at 1 kHz and 4.2 K , Q. Dong, Y. Liang, U. Gennser, A. Cavanna, Y. Jin, J. Low Temp. Phys. 167, 626 (2012)
  • Input Noise Voltage Below 1 nV/Hz1/2 at 1 kHz in the HEMTs at 4.2 K , Y. Liang, Q. Dong, U. Gennser, A. Cavanna, Y. Jin, J. Low Temp. Phys. 167, 632 (2012)
  • Electron Quantum Optics: Partitioning Electrons One by One , E. Bocquillon, F. Parmentier, C. Grenier, J.-M. Berroir, P. Degiovanni, D. C. Glattli, B. Placais, A. Cavanna, Y. Jin, G. Feve, Phys. Rev. Lett. 108, 196803 (2012)
  • Insight into low frequency noise induced by gate leakage current in AlGaAs/GaAs high electron mobility transistors at 4.2 K , Y. Liang, Q. Dong, M.-C. Cheng, U. Gennser, A. Cavanna, Y. Jin, Appl. Phys. Lett. 99, 113505 (2011)
  • Evidence of a fully ballistic one-dimensional field-effect transistor: Experiment and simulation , E. Gremion, D. Niepce, A. Cavanna, U. Gennser, Y. Jin, Appl. Phys. Lett. 97, 233505 (2010)
  • Bipolaron mechanism of DX center in AlxGa1-xAs:Si , W.-F. Li, Y.-X. Liang, Y. Jin, J.-H. Wei, Acta Phys. Sin. 59, 8850 (2010)
  • Schottky diode-based terahertz frequency multipliers and mixers , A. Maestrini, B. Thomas, H. Wang, C. Jung, J. Treuttel, Y. Jin, G. Chattopadhyay, I. Mehdi, G. Beaudin, C.R. Phys. 11, 480 (2010)
  • Current correlations of an on-demand single-electron emitter , A. Mahe, A. Mahe, D. C. Glattli, F. Parmentier, E. Bocquillon, J.-M. Berroir, C. Glattli, T. Kontos, B. Placais, G. Feve, A. Cavanna, Y. Jin, Phys. Rev. B 82, 201309(R) (2010)
  • A time domain multiplexer for large arrays of high impedance low temperature bolometers , A. Benoit, S.J.C. Yates, E. Gremion, P. Camus, T. Durand, C. Hoffmann, S. Leclercq, A. Monfardini, A. Cavanna, B. Etienne, U. Gennser, Y. Jin, J. Low Temp. Phys. 151, 940 (2008)
  • Development of ultra-low noise HEMTs for cryoelectronics at ≤ 4.2 K , E. Gremion, A. Cavanna, Y. Liang, U. Gennser, M.-C. Cheng, M. Fesquet, G. Chardin, A. Benoit, Y. Jin, J. Low Temp. Phys. 151, 971 (2008)
  • Observation of the eV=hν shot noise singularity in a quantum point contact , E. Zakka-bajjani, J. Segala, F. Portier, P. Roche, D. C. Glattli, A. Cavanna, Y. Jin, Physica E 40, 1697 (2008)
  • Realization of a time-controlled subnanosecond single electron source for ballistic qubits , G. Feve, A. Mahe, J.-M. Berroir, T. Kontos, B. Placais, D. C. Glattli, A. Cavanna, B. Etienne, Y. Jin, Physica E 40, 954 (2008)
  • Subnanosecond Single Electron Source in the Time-Domain , G. Feve, A. Mahe, D. C. Glattli, F. Parmentier, G. Feve, J.-M. Berroir, T. Kontos, A. Cavanna, B. Etienne, Y. Jin, C. Glattli, B. Placais, J. Low Temp. Phys. 153, 339 (2008)
  • Experimental test of the high-frequency quantum shot noise theory in a quantum point contact , E. Zakka-bajjani, J. Segala, F. Portier, P. Roche, D. C. Glattli, A. Cavanna, Y. Jin, Phys. Rev. Lett. 99, 236803 (2007)
  • Relaxation time of a chiral R-L circuit , J. Gabelli, G. Feve, T. Kontos, J.-M. Berroir, B. Placais, D. C. Glattli, B. Etienne, Y. Jin, M. Buttiker, Phys. Rev. Lett. 98, 166806 (2007)
  • The use of QPC-HEMTs for time domain multiplexing of large arrays of high impedance Low Temperature bolometers , S.J.C. Yates, A. Benoit, E. Gremion, C. Ulysse, P. Camus, A. Cavanna, T. Durand, B. Etienne, U. Gennser, C. Hoffmann, S. Leclercq, Y. Jin, Rev. Sci. Instr. 78, 35104 (2007)
  • An On-Demand Single-Electron Source , G. Feve, A. Mahe, J.-M. Berroir, T. Kontos, B. Placais, D. C. Glattli, A. Cavanna, B. Etienne, Y. Jin, Science 316, 1169 (2007)
  • Violation of Kirchhoff's laws for a coherent RC circuit , J. Gabelli, G. Feve, J.-M. Berroir, B. Placais, A. Cavanna, B. Etienne, Y. Jin, C. Glattli, Science 313, 499 (2006)
  • The use of HEMT in multiplexing large arrays of high impedance LTDs , S.J.C. Yates, A. Benoit, Y. Jin, P. Camus, A. Cavanna, T. Durand, B. Etienne, U. Gennser, E. Gremion, C. Hoffmann, S. Leclercq, C. Ulysse, Nucl. Instr. Meth. A A 559, 829 (2006)
  • An aluminium-gate-metal-oxide-silicon capacitor with a tunnel-thin oxide under the bidirectional electric stress , A. El Hdiy, R. Khlil, Y. Jin, S.E. Tyaginov, A.F. Shulekin, M.I. Vexler, J. Appl. Phys. 98, 24501 (2005)
  • A future tool for electrical metrology : single electron tunneling devices , N. Fetlin, L. Devoille, B. Steck, F. Piquemal, Y. Jin, Revue française de métrologie 2, 11 (2005)
  • Deep levels and low-frequency noise in AlGaAs/GaAs heterostructures , R. Khlil, A. El Hdiy, Y. Jin, J. Appl. Phys. 98, 93709 (2005)
  • An unusual nonlinearity in current-voltage curves of a bidimensional electron gas at low temperatures , R. Khlil, A. El Hdiy, A. Cavanna, F. Laruelle, Y. Jin, J. Appl. Phys. 98, 123701 (2005)
  • Application of HEMT for multiplexing large arrays of high impedance LTDs , A. Benoit, P. Camus, A. Cavanna, A. El Hdiy, Y. Jin, S. Leclercq, Nucl. Instr. Meth. A 520, 581 (2004)
  • Towards a background-free double-beta decay experiment using the EDELWEISS cryogenic Ge detectors , G. Chardin, A. Broniatowski, H. Deschamps, Y. Jin, M. Fesquet, Nucl. Instr. Meth. A 520, 145 (2004)
  • Electric transport in a AlGaAs/GaAs structure from 300K to 4.2K , R. Khlil, A. El Hdiy, A. Cavanna, F. Laruelle, Y. Jin, J. Appl. Phys. 96, 3023 (2004)
  • Electron-hole quantum partition noise in a quantum point contact , L. H. Reydellet, P. Roche, Y. Jin, D. C. Glattli, Physica E 22, 280 (2004)
  • Dephasing in an isolated double-quantum-dot system deduced from single-electron polarization measurements , S. Gardelis, C. G. Smith, J. Cooper, D. A. Ritchie, E. H. Linfield, Y. Jin, M. Pepper, Phys. Rev. B 67(7), 73302 (2003)
  • Evidence for transfer of polarization in a quantum dot cellular automata cell consisting of semiconductor quantum dots , S. Gardelis, C. G. Smith, J. Cooper, D. A. Ritchie, E. H. Linfield, Y. Jin, Phys. Rev. B 67, 33302 (2003)
  • Quantum partition noise of photon-created electron-hole pairs , L. H. Reydellet, P. Roche, D. C. Glattli, B. Etienne, Y. Jin, Phys. Rev. Lett. 90, 65535 (2003)
  • A relationship between 1/f noise and DC parameters in the pHEMT at 4.2K , T. Lucas, Y. Jin, J. Phys. IV 12, 113 (2002)
  • Investigations on the low-power and low-frequency noise performance of pHEMT at 4.2K , T. Lucas, Y. Jin, J. Phys. IV 12, 121 (2002)
  • Preliminary results FROM the ROC-Europe transition radiation experiment with a multichannel superheated superconducting grain detector , L. C. Yuan, C. Y. Huang, S. C. Lee, C. Chen, A. W. Chan, S. Hou, Y. H. Chang, P. K. Teng, V. Jeudy, P. Perrier, P. Bonierbale, D. Limagne, R. Bruere-Dawson, T. A. Girard, J. I. Collar, Y. Jin, G. Waysand, Nucl. Instr. Meth. A 444, 289 (2000)
  • Evaluation of babrication tolerances on the ground state energy of electrostatically defined quantum dots , M. Macucci, G. Iannaccone, C. Vieu, H. Launois, Y. Jin, Superlatt. Microstruct. 27, 359 (2000)
  • Tuning of surface boundary conditions for the 3D simulation on gated heterostructures , M. Macucci, G. Iannaccone, E. Amirante, Y. Jin, H. Launois, C. Vieu, Superlatt. Microstruct. 27, 369 (2000)
  • Reduction of shot-noise in quantum conductors , L. Saminadayar, A. Kumar, D. C. Glattli, Y. Jin, B. Etienne, J. Phys. IV 9, 23 (1999)
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Puce Contracts and projects

    Puce International Projects

      CESAR : Cryogenic Electronics for Space Applications and Research

      Reference contract : Collaborative project
      C2N leader(s): Yong Jin
      Main goals : Develop a high performance cryogenic electronics and demonstrate its efficiency through three applications in the space research domain (2010-2014)

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    Puce Incentive Projects of the Ministry of Research

      e-QBIT : Transport d'information balistique quantique électronique

      Reference contract : ACN
      Coordinator, Partner(s) : C. Glattli (ENS PARIS)
      C2N leader(s): Dominique Mailly, Yong Jin
      Main goals : Explorer les nano-circuits électroniques balistiques pour transporter ou traiter de l'information codée par des électrons. (2002-2005)

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    Puce CNRS Projects

      CryoHEMTs : HEMTs à ultra bas bruit pour l’électronique cryogénique à haute impédance d’entrée et à basse fréquence

      Reference contract : Projets interdisciplinaire du CNRS: DEFI «Instrumentation aux limites»
      C2N leader(s): Yong Jin
      Main goals : (2013-2013)

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    Puce Other National Projects

      DCMB : Développement concerté de matrice de bolomètres

      Reference contract : Contrat CNES
      Coordinator, Partner(s) : A. Benoit (CRTBT)
      C2N leader(s): Yong Jin
      Main goals : Une caméra bolométrique rapide pour l'observation astronomique dans le domaine millimétrique (2003-2007)

      DispoSET : Dispositifs à un électron ou paire de Cooper

      Reference contract : Contrat LNE
      C2N leader(s): Yong Jin
      Main goals : Réalisation des dispositifs à un électron ou paire de Cooper pour un étalon quantique de courant (2006-2007)

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Puce Past and current Internship Training

Post-docs


  • Cryogenic HEMTs for high impedance detectors at very low temperature

  • Q. Dong-(2013-04-16 / 2015-04-15)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


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  • Devices development for sub-mm astronomy

  • L. Gatilova-(2010-12-01 / 2013-08-31)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


    More
    Schottky diodes can be used for THz and sub-THz frequency multipliers as well as mixers operating at room temperature or cryogenic conditions. Schottky technology presents therefore a strategic importance for various applications. In close collaboration with the Observatoire de Paris, the development of submicron Schottky diodes is in order to provide to CNES and ESA the state-of-the-art circuits in a wide frequency range up to 3 THz that meet the needs of various medium- and long-term missions.

  • Ultra HEMTs cryogéniques à très bas bruit pour la physique

  • Y. Liang-(2011-01-01 / 2012-12-31)
    Contact :
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


    More

  • Dispositifs à un électron ou paire de Cooper

  • C. Ulysse-(2003-10-15 / 2004-10-15)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


    More

PhDs


  • HEMTs cryogéniques à faible puissance dissipée et à bas bruit

  • Q. Dong-(2009-10-01 / 2013-04-01)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


    More
    Proposition de thèse BDI CNRS-CEA : Cette proposition, dans le cadre d’une collaboration entre le CNRS/LPN et le CEA/DSM/IRFU, vise à réaliser une nouvelle génération de HEMTs (High Electron Mobility Transistors) cryogéniques, à bas bruit et à faible puissance dissipée, destinés à la réalisation de préamplificateurs cryogéniques pour le projet de R&D Bolo X. Ce projet a pour but le développement d’une matrice de microcalorimètres X pour la prochaine mission spatiale internationale d’astronomie du rayonnement X « IXO » - programme de coopération entre la NASA, l’ESA et la JAXA. Il faut rappeler qu’une cryoélectronique performante, actuellement inexistante, est incontournable pour atteindre les limites intrinsèques des détecteurs cryogéniques allant de la recherche fondamentale en astrophysique aux applications en électronique spatiale et en instrumentation médicale. Notre choix stratégique porte sur les HEMTs, basés sur un 2DEG (gaz d’électrons bidimensionnel) de haute qualité. Ce choix s’appuie, d’une part, sur deux importantes technologies développées au LPN durant les deux dernières décennies : l’épitaxie par jets moléculaires (MBE) et la lithographie électronique, et d’autre part, sur les expériences acquises dans des dispositifs mésoscopiques cryogéniques. Pour atteindre notre but, de nombreux aspects seront abordés : - Optimisation des structures d’hétérojonction AlGaAs/GaAs par la technique de MBE pour minimiser le courant de fuite de grille et pour diminuer le niveau de bruits ; - Détermination des meilleures configurations et traitements de grille par la lithographie électronique pour améliorer la performance des HEMTs en terme de bruits ; - Modélisation des HEMTs à 4.2 K pour une meilleure compréhension physique sur le mécanisme du transport électronique à basse température sous fort champ électrique ;- Caractérisations et applications : évaluer les performances de ces transistors à 4.2 K ainsi que déterminer les conditions optimales de fonctionnement en tenant compte des critères de l’application réelle et afin de réaliser des préamplificateurs cryogéniques pour le projet de R&D Bolo X (détection des rayons X par microcalorimétrie). L’étudiant(e) participera pleinement et contribuera directement à la réalisation d’une nouvelle génération de cryoélectronique performante. Cette expérience lui permettra d’acquérir de nombreuses compétences dans différents aspects pratiques et théoriques de la microélectronique avancée. Personnes à Contacter : M. Yong JIN (CNRS/LPN) yong.jin@LPN.cnrs.fr ; M. Claude PIGOT (CEA/DSM/IRFU) cpigot@cea.fr . Références : Violation of Kirchhoff\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\\'s Laws for a Coherent RC Circuit, Science, Volume 313, p.499, (2006); The use of QPC-HEMTs for time domain multiplexing of large arrays of high impedance LT bolometers, Rev. Sci. Instr, 78, 035104 (2007); An On-Demand Coherent Single-Electron Source, Science, Volume 316, p.1169, (2007) ; Development of ultra-low noise HEMTs for cryoelectronics at ≤ 4.2 K, J. low temp. phys. 151, 971 (2008)

  • Conception et fabrication de circuits intégrés basés sur des nano-diodes Schottky GaAs fonctionnant aux fréquences THz et sub-THz pour des récepteurs hétérodynes spatiaux dédiés à l’astrophysique

  • C. Jung-(2006-10-01 / 2009-11-27)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


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    Contexte et objectif : La détection hétérodyne aux fréquences THz et sub-THz est employée par de nombreux instruments sol ou embarqués dédiés à l’astrophysique, la planétologie et l’astronomie grâce à leur sensibilité et leur résolution spectrale très élevée. Ce type de détecteur nécessite à la fois une source monochromatique et un mélangeur. Les diodes Schottky peuvent être utilisées soit pour la génération THz, soit en mélange et peuvent travailler à la température ambiante ou cryogénique. La technologie Schottky est ainsi d’importance stratégique pour diverses applications. L’objectif de cette proposition de recherche est de fournir au CNES et à l’ESA des circuits à l’état de l’art dans une gamme de fréquence très large jusqu’à 3 THz et répondant aux besoins de différentes missions à moyen et à long terme.

  • Transistor balistique unantique et HEMT bas-bruit pour la cryoélectronique inférieure à 4,2 K

  • E. Gremion-(2004-10-01 / 2008-01-29)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


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  • caractéristiques électriques et bruit en température et en mobilité dans des 2DEG:Vers des HEMTs à ultra bas bruit

  • R. Khlil-(2002-05-15 / 2004-09-30)
    Contact : Y. Jin
    Group : Physique et Technologie des Nanostructures (PHYNANO)


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    Thèse de Doctorat
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