rapport d'activités 2003-2008 - RQMP

Mémoire non-volatile basée sur un piège à électron
Chercheurs : Dominique Drouin et Jacques Beauvais
Étudiants : Christian Dubuc, Parekh Rutu, Jean-François Morissette, Pierre Markey et Arnaud Beaumont
Contact : Dominique Drouin; dominique.drouin@usherbrooke.ca; www.crn2.ca
Une percée récente nous a permis de démontrer la première véritable opération d’un transistor à
un électron dans des conditions normales d’opération d’un circuit électronique, et même à des
températures supérieurs à 130 º C. En combinant ce dispositif, fabriqué dans les installations centrales
du RQMP, avec un îlot nanostructuré, il devient possible de produire un dispositif à mémoire nonvolatile
avec un temps d’accès aussi rapide que la mémoire que l’on retrouve dans les ordinateurs
d’aujourd’hui.
Au cours des deux dernières années, nous avons développé
une approche radicalement différente pour la fabrication de
transistors à un électron (SET). Cette approche a eu un impact
majeur sur la performance des dispositifs électroniques,
rendant possible l’observation d’effets dus à l’échelle nanométrique
à des températures bien supérieures à celles requises
pour des applications typiques, tel la prochaine génération
d’ordinateurs et pour les réseaux de télécommunication. De
plus, cette approche fut développée sous la contrainte restrictive
d’utilisation de techniques compatibles avec le secteur
manufacturier des semiconducteurs. L’objectif du projet est
maintenant de développer des prototypes pour des dispositifs
de mémoire non-volatile haute vitesse, avec le potentiel de
bouleverser l’architecture des ordinateurs.
la fabrication d’un SET métallique. Cette méthode permet
d’atteindre des capacités inférieures à l’attofarad, menant
à l’observation d’effets de blocage de Coulomb jusqu’à une
température de 430 K. La forme de l’îlot nanométrique dans
Les SETs fabriqués avec notre technique ont démontré avec
succès une opération à des températures supérieures à 130 o C.
Ceci constitue la première véritable démonstration qu’un SET
peut fonctionner dans des conditions normales d’opération
requises pour la plupart des produits électroniques disponibles
sur le marché, ouvrant la porte à une multitude d’applications
déjà suggérées mais impossibles à réaliser avant cette percée.
Caractérisation électrique I DS-V DS d’un prototype en fonction de la température. Les
températures sont 296 K ( ), 336 K ( ) et 433 K ( ). Tous les donnés sont obtenus
pour une grille arrière mise à la terre sauf pour les ( ) où VGS = 0.3 V à 433 K pour
basculer le SET en mode de conduction.
Un concept de procédé de fabrication basé sur un nanofil
fut validé au sein de l’infrastructure de micro/nanofabrication
du RQMP à l’Université de Sherbrooke, spécifiquement pour
Illustration d’un transistor monoélectronique fabriqué par le procédé de
nanodamascène.
ces dispositifs et l’épaisseur de la couche mince diélectrique
sont des paramètres critiques. L’optimisation de la dimension
verticale est atteinte par une approche damascène requérant
une étape de polissage mécano-chimique (CMP), rendant
possible une réduction de l’épaisseur des jonctions tunnel à
quelques nm. Ce résultat robuste et reproductible nous permet
de fabriquer des SETs opérant à très haute température. Une
analyse a démontré que ces SET ont une marge d’opération
suffisante pour pallier aux fluctuations normales de fabrication
tout en maintenant une température d’opération compatible
avec celle des MOSFET en silicium. Ceci permettrait la fabrication
de circuits hybrides exploitant les technologies MOSFET
et SET sur le même substrat, ouvrant la porte à une nouvelle
technologie de mémoire haute vitesse avec la capacité de
stockage des disques durs.
Références
• “Single-electron transistors with wide operating temperature range”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
Appl. Phys. Lett. 90, 113104 (2007).
• “A nanodamascene process for advanced single-electron transistor fabrication”,
C. Dubuc, J. Beauvais et D. Drouin,
IEEE Transactions on Nanotechnology 7, 68 (2008).
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