Modélisation numérique et caractérisation en bruit basse fréquence de transistor MOS avancés

• Auteur / Autrice : Jimmy Armand
• Direction : Matteo Valenza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique. Composants et systèmes
• Date : Soutenance en 2008
• Etablissement(s) : Montpellier 2

Mots clés

Mots clés contrôlés

MOS (électronique)

Mots clés libres

Basse fréquence

Caractérisation

Modélisation

Transistor MOS

Résumé

Ce travail de thèse porte sur la modélisation numérique des transistors MOS avancés en vue d'élaborer des outils de caractérisation en bruit basse fréquence (BF) prenant en compte les effets liés à la miniaturisation. Dans le premier chapitre, un rappel du principe de fonctionnement du transistor MOS est présenté, ainsi que les problèmes rencontrés actuellement dans les dispositifs ultimes. Le deuxième chapitre se focalise plus précisément sur la physique des semiconducteurs en vue de la simulation numérique des effets liés à la miniaturisation. Le troisième chapitre porte sur les différentes origines du bruit en 1/f dans les MOSFETs ainsi que la modélisation en bruit BF des courants du drain et de la grille. Un modèle numérique de bruit BF se basant sur les fonctions de Green et adapté aux oxydes ultrafins a été développé. Le dernier chapitre est consacré à la caractérisation. Des mesures de bruit BF, après stress par porteurs chauds et par injection Fowler Nordheim, sont analysées à partir des modèles développés. Nous avons également menée une étude portant sur l'impact de la nitruration de l'oxyde. Les résultats obtenus ont montré une forte correspondance entre le profil de défauts lents extraits à partir des mesures BF et celui des atomes d'azotes présents dans l'oxyde.

The subject of this thesis is the numerical modelling of advanced MOS transistors in view of developing low-frequency (LF) characterisation tools that take into account the effects of device miniaturisation. The first chapter describes MOS transistor operation as well as the present limitations of ultimate devices due to scaling. The second chapter is focused on the physics of semi-conductors in view of the numerical simulation of the effects of miniaturisation. The third chapter deals with the different origins of 1/f noise in MOSFETS as well as the modelling of LF noise in gate and drain currents. A numerical model of low frequency noise based on Green's functions and adapted to ultra-thin oxides was developed. The last chapter is on device characterisation. LF noise in devices that underwent stress induced by hot carriers and by Fowler-Nordheim injection where analyzed from the derived models. A study on the impact of oxide nitruration was equally carried-out. Results showed a strong correlation between the slow trap profile extracted from LF measurements and the profile of nitrogen atoms present in the oxide.