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

Chapitre II : Les différents niveaux de la modélisationCe modèle est très intéressant, mais le chapitre IV mettra en évidence les limites et les approximations dece modèle. Ensuite, un nouveau modèle de rétro-diffusion, basé sur les mêmes principes mais permettantde mieux prendre en compte le transport dans les MOSFET quasi-balistiques y sera développé.4.5. Modèle compact SPICEUn modèle compact regroupe un ensemble d’équations et de paramètres qui décrivent les comportementsstatique et dynamique du transistor. Les équations de courant et les dérivées du premier ordre doivent êtrecontinues sur l’ensemble des plages de polarisation. Un modèle SPICE est utilisé par les technologuespour optimiser le dispositif et par les concepteurs pour commencer l’étude des prototypes dans la phase depré-industrialisation. Aussi les paramètres doivent avoir une signification pour les deux métiers. De plus,le jeu de paramètres doit être unique car il décrit une technologie donnée. Concernant les équations, ellesrésultent du compromis entre une approche semi-empirique pour minimiser le temps de calcul et uneapproche physique pour représenter correctement une génération de transistors et pour pouvoir donneravec précision les tendances en cas de dérive de la technologie. Les modèles les plus utilisés sont BSIM4[110] et MM11 [73]. A l’origine BSIM4 est basé sur des formules analytiques, mais la volonté de suivreau plus près les courbes expérimentales a rendu le modèle fortement empirique avec un grand nombre deparamètres de calibrage. Plus d’une centaine de paramètres accompagnent ces équations en régimecontinu. A cela, il faut ajouter une quinzaine de paramètres technologique en dynamique. L’augmentationconstante du nombre de paramètres de calibrage est délicate. En effet, au-delà de la perte du sens physiquedes formules du modèle, l’acquisition des paramètres devient de plus en plus délicate à conduire car ungrand nombre d’entre eux agit de la même manière sur les caractéristiques électriques. La corrélation desparamètres s’amplifie avec le risque d’obtenir un jeu de paramètres reproduisant un même comportementélectrique mais fournissant des prédictions divergentes. Pour mener à bien le calibrage d’une technologiedonnée, il est nécessaire de faire des choix sur les paramètres les plus influents à conserver et mener uneextraction sur ces paramètres. Afin d’obtenir des paramètres ayant un sens physique, il faut les extrairelocalement c'est-à-dire dans des conditions de polarisation correspondant à un mécanisme dominant. Unefois les paramètres de premier ordre acquis, les suivants sont alors optimisés dans une autre région. Lastratégie s’achève par une dernière optimisation de l’ensemble des paramètres pour prendre en compteleurs interactions et leurs influences éventuelles dans les régions où ils n’ont pas été extraits. Lesparamètres déterminés ont ainsi une signification physique satisfaisante pour la simulation de circuits.Pour mener à bien ce travail, une stratégie ordonnée d’extraction est mise au point. De la même manièrequ’une calibration en TCAD, il est important de commencer l’extraction sur les dispositifs longs et largespour connaître, en autre, l’empilement de la grille et déterminer ainsi l’épaisseur d’oxyde et le dopagecanal et poly-silicium. Ensuite par mesure I DS (V GS ) à faible V DS avec différents V BS , la mobilité et la tensionde seuil peuvent alors être extraites. Après, en s’intéressant aux dispositifs plus petits, les paramètres deseffets canaux courts et de mobilité à forts champs et résistances d’accès sont évalués. A partir de cetteextraction, un jeu de paramètres est défini pour modéliser une technologie. Actuellement, il est nécessaired’augmenter le nombre de paramètres pour pouvoir décrire correctement le comportement du MOSFET.Plusieurs voies de recherches sont à l’étude. L’équipe de Berkeley (BSIM) expose les défis et lespossibilités de modélisations des génération sub-100nm dans [107]. Actuellement, le compact Model- 71 -