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

Chapitre I : Introduction au transport électroniqueCHAPITRE I :INTRODUCTION AU TRANSPORTELECTRONIQUE1. EVOLUTION DE LA MICROELECTRONIQUEDepuis les années 1970, la course intense à la miniaturisation des transistors n’a pas cessée (FigureI-1). Aujourd’hui les MOSFETs produits ont une longueur de grille quelques dizaines de nanomètres(Figure I-2). Cette réduction d’échelle nécessite d’introduire de nombreux effets correctifs sur lesmodèles usuels de fonctionnement du MOSFET [1]. L’un d’entre eux est l’augmentation de la vitessedes porteurs dans les petits dispositifs due à l’apparition des effets non stationnaires et récemment deseffets quasi-balistiques qui en sont un cas particulier. Pour comprendre ces effets et leur influence surle fonctionnement du MOSFET, il est nécessaire de revoir les notions fondamentales du transportélectronique. En effet, si ces notions sont assez anciennes et solidement fondées, elles restentnéanmoins à l’heure actuelle peu utilisées dans le domaine de l'aide au développement technologiquedes composants MOS. Tant que les grandeurs macroscopiques, comme la mobilité, suffisaient à ladescription et à l’analyse des performances des transistors, l’intérêt pour la physique sous-jacente nes’est pas fait sentir. Mais l’apparition des effets non stationnaires avec le développement desgénérations sub-200nm a dévoilé les premières difficultés liées à la compréhension du transport. Ceseffets ont cependant été maîtrisés d’un point de vue TCAD (Technological Computer Aided Design),avec l’apparition du modèle hydrodynamique [2] et d’un point de vue SPICE (Software ProcessImprovement and Capability dEtermination) par correction de la vitesse de saturation et de lamobilité [3]. Mais aujourd’hui, la génération des transistors MOS à longueur de grille inférieure à45nm et la diversité des architectures imposent de revoir la notion macroscopique de mobilité. Letransport électronique quasi-balistique [4], le confinement des porteurs dans les couches minces [5], etla déformation de la structure de bande du silicium liée aux contraintes induites par les techniques defabrication [6] amènent à réétudier les notions fondamentales du transport pour définir des grandeursplus pertinentes pour l’étude des transistors. Tous ces effets prenant de plus en plus d’importance avecla réduction dimensions des des transistors, il est important, pour chaque ingénieur et chercheur enmicroélectronique de connaître les notions de base et les différentes approximations de la physique dutransport électronique.Dans ce premier chapitre, nous introduirons d'abord phénoménologiquement les effets nonstationnaires et quasi-balistiques. Ensuite, les concepts du transport électronique (masse effective,équation de transport de Boltzmann…) nécessaires pour l’étude du transport seront rappelés. Enfin, cechapitre se terminera par la visualisation des effets non stationnaires et quasi-balistiques avec lafonction de distribution.- 9 -