Etude de la fiabilité porteurs chauds et des performances des ...

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Thierry DI GILIO
la perte de vibration sous forme de quanta d’énergie appelés phonons [22]. A basse tempéra-
ture (T < 100K), le réseau émet des phonons dit acoustiques, et les collisions avec ceux-ci
provoquent des chocs quasi-élastiques. Pour des températures plus élevées (300 ◦ K) et à faible
champ, ce sont les phonons optiques qui prédominent et on assiste à des collisions inélastiques.
Ces collisions ont pour effet de réduire la mobilité des porteurs.
b ) Interactions coulombiennes
Les défauts de la structure cristalline précédemment cités, comme les états d’interface Nit,
les charges fixes Qf, ou encore les impuretés ioniques, induisent des modifications locales du
potentiel vu par les porteurs de la couche d’inversion. Ainsi, leur mobilité varie inversement pro-
portionnellement à la densité d’impuretés. Ces interactions peuvent également avoir lieu avec
les charges piégées dans l’oxyde ou dans le silicium, près de l’interface. Dans ce cas, la couche
créée en forte inversion peut faire écran pour les porteurs relativement éloignés de l’interface.
Enfin ce type d’interaction, est plus important à basse température, lorsque les collisions sur les
phonons sont moins prédominantes.
c ) Collisions sur la rugosité de surface
Lorsque la couche d’inversion est importante, c’est à dire lorsque le champ électrique de-
vient fort (quelques MV/cm), l’influence des interactions coulombiennes et les collisions avec
les phonons devient faible. En revanche, un troisième phénomène, dû à la rugosité de l’interface,
vient dégrader la mobilité. Les porteurs, fortement “plaqués” à l’interface, se voient freinés par
les défauts structurels liés à la modification cristallographique entre le SiO2 sur le substrat Si
et par les états d’interface.
Finalement pour les températures d’utilisation courante, autour de 300K, et en inversion
forte, la mobilité des porteurs minoritaires est fortement réduite par la rugosité de l’interface du
système SiO2-Si (voir figure I.20). Cette réduction se modélise empiriquement avec un facteur
de réduction appliqué à la mobilité en champ faible µn , appelé θ.
d ) Expression de la mobilité effective
Afin de tenir compte de cette variation de mobilité, on introduit la mobilité effective µeff
dans l’équation du courant. Pour les transistors à canal long on introduit un facteur θ pour
obtenir [23][24][25] :
µeff =
µ0
1 + θ(VGS − VT h)
(I.80)
Pour les technologies plus avancées avec des oxydes de grille présentant une rugosité d’in-
terface plus marquée, on peut rajouter un deuxième facteur dans l’expression (I.80) pour tenir
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