Etude des mécanismes de transport électrique dans des structures à base de nanocristaux de silicium ordonnés

• Auteur / Autrice : Arnaud Beaumont
• Direction : Abdelkader Souifi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Dispositifs de l’électronique intégrée
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Lyon, INSA
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LPM - Laboratoire de Physique de la Matière (1961-2007)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles mathématiques

Éléments finis, Méthode des

Silicium

Mémoires flash

Composants électroniques

Résumé

Les nanocristaux de silicium sont des amas sphériques d'atomes de silicium, dont le diamètre est typiquement de l'ordre de la dizaine de nanomètres. Si on les utilise comme zone active dans un composant électronique, leurs très faibles dimensions font apparaître des phénome��nes qui pourraient les amener à jouer un rôle important dans la microélectronique, à court et à long terme. A court terme, ils pourront être utilisés comme nano-grilles flottantes dans les mémoires FLASH, dont la miniaturisation pourra ainsi être poursuivie. A partir de mesures de courants transitoires effectuées sur ce type de composant, nous avons montré qu'il était possible de mettre en évidence le rôle prépondérant que jouent les îlots de silicium dans l'effet mémoire observé. Cette méthode a été validée sur des dispositifs comportant des nanocristaux élaborés par implantation ionique et par dépôt chimique en phase vapeur (CVD). A plus long terme, les nanocristaux pourraient représenter la brique de base d'une électronique mono-charge, en utilisant le phénomène de blocage de Coulomb. Nous avons montré que ce dernier régissait en particulier le transport dans une chaîne de trois îlots de silicium à température ambiante. Ce travail propose également une projection sur les caractéristiques morphologiques que devront respecter ces composants pour jouer un rôle dans la microélectronique.

Silicon nanocrystals are spherical clusters made of silicon atoms whose diameter is in the order of ten nanometers. If they are used as active area in electronic components, their low dimensions give rise to phenomenona which could bring them to play an important role in the future of microelectronics, in the short and in the long run. In the short run, they could be used as nano-floating gates in FLASH memories, what would then enable their downscaling to go on. With transient current measurements made on this kind of components show evidences of the prominent role of the nanocrystals in the charging observed in our samples. This method was corroborated on components where nanocrystals have been fabricated by ionic implantation and by chemical vapor deposition (CVD). In the long term, nanocrystals could be the base brick for mono-electronics, thanks to the Coulomb blockade phenomenon. We showed that it governs the transport through a three-islands chain at room temperature. Furthermore, the structural characteristics required by these devices to play a significant role in microelectronics are evaluated.