etude theorique et experimentale du transport electronique ... - Ief

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IntroductionPRESENTATION DU MANUSCRITLe Chapitre I a pour objet la présentation des phénomènes physiques de transport qui interviennent dansle fonctionnement des transistors. Après une explication phénoménologique des effets non stationnaireset quasi-balistiques, la physique de base nécessaire à la compréhension du transport est détaillée : notionde masse effective, calcul des fréquences d’interaction. Ensuite, la fonction de distribution est introduitepour développer l’équation fondamentale du transport de Boltzmann. Cette équation permet notammentde définir la notion de mobilité dont la validité sera discutée dans ce mémoire. Enfin, le chapitre setermine par l’illustration des effets non stationnaires et quasi-balistiques en terme de fonction dedistribution.Le Chapitre II présente, quant à lui, un état de l’art de la simulation des dispositifs MOSFETS ultimes.Les différents niveaux de modélisation y sont décrits. Cela commencera par le rappel des modèlesDérive-Diffusion et Hydrodynamiques et de leurs limites. Ensuite, la technique de simulation MonteCarlo est détaillée car elle constitue notre référence dans ce travail de thèse avec le logiciel MONACO[3]. Les méthodes de simulation prenant en compte les effets quantiques sont alors détaillées. Puis, lesmodèles analytiques, du transport stationnaire au transport balistique, sont rappelés, notammentl’approche de type "Landauer" utilisée ensuite dans notre travail de modélisation compacte. Enfin, cechapitre se termine par le bilan des avantages et inconvénients de chacune des approches et par uneréflexion sur l’utilisation du modèle adéquat face à un problème donné.Les deux chapitres suivants correspondent spécifiquement au travail de thèse.Dans le Chapitre III, les effets non stationnaires sont étudiés expérimentalement.Par la réalisation et la caractérisation de diodes n+/n/n+, ces effets sont mis en évidence. De plus, parcomparaison entre les modèles Dérive-Diffusion, Hydrodynamiques et Monte Carlo, des analysesoriginales sont effectuées pour mettre en exergue les limites de ces modèles. Ensuite, l'étude de laspectroscopie en vitesse des porteurs et des mesures en température permet d’affiner la compréhensiondu transport. Enfin, deux calculs théoriques tentent de définir de façon appropriée les différents régimesde transport, stationnaire, non stationnaire et quasi-balistique, et de proposer pour chacun d'eux l’emploidu modèle adéquat.Le Chapitre IV présente le développement d’un nouveau modèle de rétro-diffusion pour déterminer lavitesse d’injection dans le canal d'un transistor par l’approche de type "Landauer". Ce modèle, destiné àla modélisation compacte, est validé par des spectroscopies de porteurs résultant de simulation MonteCarlo. De plus, ce modèle est inclus dans un modèle de courant lui-même mis en œuvre dans le logicielMASTAR QUASI BALLISTIC. Il est ensuite étendu à l'évaluation de la vitesse des porteurs le long ducanal et de la contribution des porteurs balistiques au courant. La courbe de spectroscopie en vitesse desporteurs est ensuite modélisée pour donner un nouvel éclairage sur le transport quasi-balistique par lebiais d'une approche quasi-analytique. Enfin, ce modèle est étendu à l’étude de l’influence de lacontrainte induite par les techniques de fabrication.- 6 -
IntroductionREFERENCES[1] “Cramming More Components Onto Integrated Circuits”, Gordon Moore, Electronics, April 19,1965. Disponible sur: http://www.intel.com/technology/mooreslaw/index.htm[2] “International Technology Road Map for Semiconductors”, 2004 Edition, Semiconductor industryAssociation, http://www.itrs.net.[3] “Etudes théoriques de structures pour l’électronique rapide et contribution au développement d’unsimulateur particulaire Monte Carlo”, P. Dollfus, Habilitation à diriger les recherches, n°363, 1999.- 7 -
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