Thèse soutenue

Étude des effets quantiques dans les composants CMOS à oxyde de grille ultra minces : modélisation et caractérisation
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Auteur / Autrice : Raphaël Clerc
Direction : Gérard Ghibaudo
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique, optoélectronique et micro-ondes
Date : Soutenance en 2001
Etablissement(s) : Grenoble INPG

Résumé

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L'influence croissante des effets quantiques dans les composants cmos sub-microniques (confinement quantique a l'interface si/sio 2, effet tunnel a travers l'oxyde de grille) constitue l'une des principales preoccupations de la microelectronique d'aujourd'hui. L'objectif de cette these est, d'une part, d'en presenter les principaux aspects, de proposer des modeles simples et originaux pour les prendre en compte et, d'autre part, d'etudier l'impact de ses effets sur les mesures electriques (courant de grille et capacite en fonction de la tension de grille). L'essentiel de la theorie quantique necessaire a la comprehension de ces effets est resume dans le premier chapitre. L'effet de confinement des electrons (en inversion dans les transistors nmos) et des trous (en accumulation dans les transistors nmos) est ensuite discute, soulignant son impact sur la tension de seuil et la capacite d'oxyde effective c o x. Le troisieme chapitre passe en revue les connaissances en matiere de courant tunnel dans les structures mos, examinant en detail le probleme de la masse effective des electrons dans le sio 2. Une discussion approfondie sur l'impact du confinement des porteurs sur les courants tunnel est ensuite proposee. Il est demontre que les methodes quantiques traditionnellement utilisees (basees sur la notion de transparence et de frequence d'impact, sur la methode de bardeen ou la methode des resonances du coefficient de reflexion) sont en fait equivalentes en terme de precision des resultats. Des modeles semi-analytiques de courant tunnel sont egalement developpes. Enfin, ces differents modeles sont ensuite valides par comparaison avec des resultats experimentaux obtenus sur des transistors nmos a oxydes ultra minces (3 nm-1. 2 nm). L'ensemble de ces resultats permet de definir les conditions de validite des mesures capacitives realisees sur les composants nmos a oxyde ultra mince, dans le but d'une extraction precise des parametres electriques.