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

tel-00117263, version 2 - 29 Jan 2007
Thierry DI GILIO
II.2.1 Pompage de charges standard à deux niveaux
a ) Principe
On applique sur la Grille un signal à deux niveaux dont un ou les deux balayent un intervalle
de tensions comprenant Vt et Vfb. Le Drain et la Source sont mis à la masse, le courant pompé
est mesuré au substrat. Ces signaux sont schématisés sur la Fig. II.11. Lors des variations du
signal de Grille et donc du potentiel de surface, les états d’interface émettent et capturent des
électrons pour rester en équilibre avec les bandes d’énergie et le niveau de Fermi. Dans le cas
d’une structure MOS à substrat P en équilibre en accumulation, un signal de grille fait basculer
rapidement le dispositif en inversion, les électrons sont fournis par la source et le Drain (qui
constituent des réservoirs d’électrons). Les états d’interface capturent les électrons du canal,
afin de maintenir l’équilibre. Lorsque le signal de grille impose à nouveau l’accumulation, les
trous remontent vers l’interface et les pièges émettent les électrons dans le canal vers la Source et
le Drain. La formation de la couche d’accumulation est plus rapide que l’émission des électrons,
ceux-ci se recombinent donc avec les trous du substrat donnant naissance à un flux de trous dans
le substrat. Ce flux est à l’origine d’un courant Substrat, dit courant pompé noté ICP .
b ) Théorie de la statistique de génération-recombinaison
La statistique de remplissage et de vidage des pièges de charges dans la bande interdite fut
entièrement décrite par Shockley, Read et Hall [21]. Nous allons ici en exposer les bases. On
peut définir les pièges par des centres de génération ou de recombinaison de charges (centre
GR).
Vis-à-vis des électrons, il faut distinguer :
• les pièges accepteurs, chargés si occupés et neutres sinon.
• les pièges donneurs, neutres si occupés et chargés sinon.
Outre cette caractéristique, on utilise également la section efficace de capture σ(m 2 ) pour défi-
nir les centres GR. On peut ainsi définir le coefficient de capture (m 3 s −1 ) d’une charge par le
piège, respectivement pour les trous et les électrons :
cp = σp υT
cn = σn υT
(II.12)
(II.13)
où υT (ms −1 ) est la vitesse des porteurs due à leur agitation thermique. Le coefficient de capture
augmente donc avec la température du semi-conducteur. De même on peut définir des coeffi-
cients d’émission ep(m 3 s −1 ) et en(m 3 s −1 ) pour les trous et les électrons et en(m 3 s −1 ). cp/n et
ep/n représentent respectivement les probabilités de capture et d’émission.
Nous avons introduit plus haut Nit et fs la densité de défauts et la probabilité d’occupation
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