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

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Tables des matières6.1. Introduction..............................................................................................................1626.2. Principe de modélisation .........................................................................................1626.3. Modélisation de la balisticité...................................................................................1656.4. Modélisation de la fonction de distribution ............................................................1657. MODELISATION DE LA SPECTROSCOPIE DE PORTEURS ........................................1677.1. La fonction SPEC(i): Régime QB Fort et QB faible..............................................1677.2. Calcul de .........................................................................................................1687.3. Calcul de N(1)..........................................................................................................1698. MODELISATION DU TRANSPORT DANS LE SILICUM CONTRAINT ......................1718.1. Introduction..............................................................................................................1718.2. Influence de la contrainte sur les grandeurs physiques ..........................................1728.3. Modélisation de l’effet de la contrainte sur la charge.............................................1758.4. Modélisation de l’effet de la contrainte sur la vitesse d’injection..........................1768.5. Application à la contrainte induite par le Contact Edge Stop Layer......................1798.6. Conclusion ...............................................................................................................1819. FEUILLE DE ROUTE DE L’ITRS ........................................................................................18110. CONCLUSION ET PERSPECTIVES..................................................................................18011. REFERENCES ......................................................................................................................182CONCLUSION .................................................................................................................... 187Le travail effectué ........................................................................................................................187Les perspectives ...........................................................................................................................189- 4 -
IntroductionINTRODUCTIONCONTEXTE ET MOTIVATION DE LA THESEDepuis les années 1960, l’industrie de la micro-électronique connaît une évolution rapide baséeessentiellement sur les progrès technologiques qui ont permis un accroissement considérable de ladensité d'intégration des transistors MOS. Alors que le premier circuit intégré comprenait en 1962 uneporte "inverseur" à deux transistors, les microprocesseurs les plus performants actuellement sontconstitués de plusieurs dizaines de millions de transistors MOS. Décrite par la « loi » empirique deMoore [1], la réduction des dimensions des transistors CMOS sur substrat massif, qui a assuré cetteévolution rapide, devrait permettre de prolonger l’augmentation des performances des circuits intégrésjusqu’en 2015 environ. A cette date, les feuilles de route de l’ITRS 2004 prédisent des transistors MOSde longueur physique de 9nm [2]. De nombreux problèmes tant économiques (coût des usines et desoutils) que techniques (matériaux, procédés, architecture) vont devoir être résolus pour espérer atteindrecet objectif.Ainsi, il est nécessaire que les acteurs de chaque domaine de la microélectronique adaptent leursconnaissances et leur expertise technique. Cette thèse s’inscrit dans cet élan, du point de vue de lasimulation électrique TCAD (« Technological Computer Aided Design »). En effet, la simulation TCADdoit permettre d’effectuer des réductions de coûts de développement de 35% environ [2]. Parconséquent, il est très important pour les ingénieurs en simulation de connaître parfaitement la physiquedu transport (et des procédés) et d'adapter leurs outils d'investigation à la réalité des enjeux.Cependant, cet exercice est difficile. En effet, comme dans d’autres domaines de la nanoélectronique, laréduction de taille amène à se reposer des questions sur les lois macroscopiques de la physiquecommodément utilisées jusqu'à présent. Dans le cadre du transport électronique, c’est la notionmacroscopique de mobilité qui perd petit à petit de son sens et de sa pertinence. En effet, dans les petitsdispositifs, la vitesse moyenne augmente notablement du fait de l’apparition des effets non stationnaireset quasi-balistiques. Pour comprendre ces effets et leur influence sur le fonctionnement du MOSFET, ilest nécessaire de revoir les notions fondamentales du transport électronique. L’objectif de cette thèse estdonc d’apporter un éclairage sur le transport électronique dans les nanotransistors pour aider, à l'avenir,les acteurs de la recherche/développement à choisir les types de simulation les plus pertinents.Notre démarche a d'abord consisté à améliorer notre connaissance du transport, notamment grâce à descomparaisons expérimentales mettant en évidence les effets non stationnaires, et grâce aussi, au moyende simulations Monte Carlo et d’une analyse spectroscopique des interactions. Ces observations nous ontconduit à la mise au point d'un modèle quasi-analytique du courant donnant une description du transportélectronique dans les dispositifs ultimes.- 5 -
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