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

Chapitre I: Le transistor MOSFET: fonctionnement, miniaturisation et architectures.
I.C.2.
Réduction de la longueur de grille
Lorsque la longueur de grille est réduite, l’impact des zones source et drain sur le canal de conduction ne peut
plus être négligé. En effet, les interfaces entre source et substrat puis substrat et drain forment deux jonctions PN
et une zone de déplétion se forme à chaque interface. La théorie classique des jonctions PN nous indique que
cette zone de déplétion (ou zone de charge d’espace) s’étend du côté de la jonction qui est le moins dopé, donc
dans le substrat. Les parties proches de l’oxyde de grille (donc l’emplacement du canal de conduction) des deux
zones de charge d’espace ainsi formées sont alors moins bien contrôlées par la grille, car déplétées sous l’action
de la source ou du drain. Pour les transistors à canal long, l’extension des zones de charges d’espace est
négligeable devant la longueur de grille et ce phénomène n’a pas d’effet sur le comportement électrique du
transistor (Figure I-14-a). Lorsque la longueur de grille est réduite, l’extension des zones de charge d’espace n’est
plus négligeable devant la longueur de grille. La grille commence alors à perdre une partie de son contrôle
électrostatique (Figure I-14-b). Enfin, si de plus une polarisation est appliquée sur le drain (la source est
généralement à la masse), la zone de charge d’espace coté drain s’étend encore plus dans le substrat et son
extension est d’autant plus grande que la polarisation de drain est forte (Figure I-14-c), jusqu’à, éventuellement,
superposition entre les zones de charge d’espace. Le contrôle électrostatique est donc encore réduit par la
polarisation de drain dans le cas d’un transistor à canal court.
tel-00820068, version 1 - 3 May 2013
Source
L g
Grille
Substrat
Drain
Source
L g
Grille
Substrat
a) b) c)
Figure I-14 : Illustration de l’extension de la zone de charge d’espace coté source et drain pour (a) un transistor à
canal long (b) un transistor à canal court avec une polarisation de drain V d négligeable (c) un transistor à canal
court avec une polarisation de drain V d forte. Les pointillés indiquent l’extension de la zone de charge d’espace.
La perte de contrôle électrostatique de la grille dans le cas d’un transistor à canal court se traduit par un
abaissement de la tension de seuil. En effet, le rapprochement des zones de charge d’espace a pour effet
d’abaisser la barrière de potentiel entre la source et le drain. La réduction de tension de seuil associée à ce
premier effet défini le paramètre SCE (« Short Channel Effect », effet canal court en français). Si de plus une
polarisation est appliquée sur le drain, la barrière de potentiel entre source et drain est encore réduite. La
diminution de tension de seuil correspondante définit le paramètre DIBL (« Drain Induced Barrier Lowering »
abaissement de barrière due à la polarisation de drain en français). La tension de seuil d’un transistor à canal
court s’écrit alors :
V d ~0
Drain
Source
V d
Substrat
L g
Grille
V d
V d >0
Drain
V d ~0
Eq. I-47
Où V thlong est la tension de seuil du transistor à canal long, donnée par l’équation I-15.
32