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

Chapitre III : Etude expérimentale des effets non stationnaires3. LES DIODES EXPERIMENTALES N+/N/N+ ETUDIEESL’objectif de l’étude est de mettre en évidence les effets non stationnaires sur des diodes n+/n/n+expérimentales et de connaître les limites des modèles. Il est donc nécessaire de mener au préalable uneétude par simulation pour connaître l’influence de la géométrie et des dopages des diodes sur les modèles.Cette étude conduira à optimiser les diodes pour mettre en exergue les effets non stationnaires et lesdifférences entre modèles. Le critère à optimiser est le ratio R, rapport des courants Dérive-Diffusion etHydrodynamique à V DS =1V :R =IIDSDS( VDS= 1V)Energy Balance( VDS= 1V)Dérive−DiffusionLa valeur de ce ratio sera considérée comme une mesure de l’importance des effets non stationnaires(sachant toutefois que les effets quasi-balistiques ne peuvent être pris en compte rigoureusement que parles simulations Monte Carlo). Nous chercherons donc à réaliser des structures aptes à présenter une valeurélevée de ce ratio pour mettre en évidence les effets non stationnaires et les limites des modèles. Pour cetteétude d’optimisation, la structure de la Figure III-1, diode dopée à l’arsenic avec des jonctions n+/n plusou moins graduelles est simulée avec les modèle Dérive-Diffusion et Energy Balance décrits dans leTableau III-1.III- 1MODELES PHYSIQUES SOUS DESSIS (ISE)Modèle de recombinaisons : Shockley-Read-Hall +AugerMobilité : modèle de Université de Bologne [8]Saturation du champDensité Intrinsèque Effective : SlotBoom [8]Calcul des densités électroniques : Fermi-DiracPas d’ionisation par impact1-Modèle classique Dérive Diffusion2-Modèle hydrodynamique de Strattonavec temps de relaxation de l’énergie de 0.3psFigure III-1: Schéma des diodes simulées. Dioderéférence : 10 20 /10 15 /10 20 à V DS =1V.Tableau III-1 : Modèle pris en compte dans la modélisationthéorique des diodes n+/n/n+.Les résultats de simulation obtenus (non montrés) sont similaires à ceux de nombreuses publications [14]-[15]. Les principaux paramètres qui influent sur le ratio R (III-1) sont le champ, les dopages et la raideurdes jonctions. Pour résumer, ces études montrent que :- Plus les diodes sont courtes et plus la polarisation est forte, plus les effets non stationnaires sontimportants. Cela est dû au fait que plus le champ augmente, plus le gaz électronique est mis facilementhors équilibre et peut le rester sur une grande partie de la zone active. Pour les grandes longueurs,supérieures au micron, le ratio entre les modèles Dérive-Diffusion et Energy Balance est égal à 1 car il n’ya pas d’effet non stationnaire. L’écart entre les modèles est d’environ 40% sur une diode de 60nm.- Plus le dopage de la zone n est faible, plus R est grand, par simple effet de la réduction du nombred'interactions. La vitesse moyenne du gaz électronique peut plus rapidement augmenter.- 85 -