Développement de modèles pour l'évaluation des performances ...

|Qsc| (C/m²)
Chapitre I: Le transistor MOSFET: fonctionnement, miniaturisation et architectures.
Pour un silicium de type N, les régimes de fonctionnement sont les mêmes, mais comme les charges changent de
signe (i.e les dopants ionisés sont des donneurs et les porteurs minoritaires sont des trous donc des charges
positives), les conditions sur le potentiel de surface sont modifiées. Par un raisonnement analogue, on a :
Régime d’accumulation : ϕ s > 0
Régime de déplétion : -ϕ f < ϕ s < 0
Régime d’inversion : ϕ s < -2.ϕ f
La Figure I-4 représente la variation de la valeur absolue de la charge dans le semiconducteur en échelle
logarithmique en fonction de la valeur du potentiel de surface et met en évidence les trois régimes de
fonctionnement pour du silicium de type P. Pour tracer cette courbe, les expressions analytiques de la charge
dans le semiconducteur pour chaque régime de fonctionnement sont nécessaires et sont obtenues par la
résolution de l’équation de Poisson couplée aux distributions de porteurs. Les détails de calcul sont développés
dans [Mathieu 04].
5.0E+00
tel-00820068, version 1 - 3 May 2013
5.0E-01
5.0E-02
5.0E-03
5.0E-04
Accumulation
Déplétion
Inversion
faible
Inversion
forte
5.0E-05
-0.5 0 0.5 1 1.5
φs (V)
Figure I-4 : Variation de la valeur absolue de la charge dans le semiconducteur (de type P) Q sc en fonction de
la valeur du potentiel de surface φ s, mettant en évidence les trois régimes de fonctionnement.
Pour tracer la variation de charge en fonction de la tension effectivement appliquée sur la grille, il faut tenir
compte du travail de sortie du métal, mais également de la chute de potentiel dans l’oxyde de grille. Pour tenir
compte du travail de sortie du métal, il faut évaluer la tension de bandes plates, qui correspond à la tension de
grille à appliquer pour amener la structure MOS en régime de bandes plates. Le régime dit de « bandes plates »
est atteint lorsque les bandes d’énergie de la structure MOS sont plates. A partir du diagramme de bandes
d’énergie à l’équilibre thermodynamique, représenté sur la Figure I-5 dans le cas d’un NMOS, on obtient
l’expression de la tension de bandes plates V FB :
Eq. I-1
De manière duale, on obtient la tension de bandes plates pour un PMOS :
Eq. I-2
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