Caractérisation électrique et électro-optique de transistor à base de nanotube de carbone en vue de leur modélisation compacte

• Auteur / Autrice : Si-yu Liao
• Direction : Cristell Maneux, Vincent Pouget
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique
• Date : Soutenance le 29/04/2011
• Etablissement(s) : Bordeaux 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Jacques-Olivier Klein
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Vincent Derycke, Sébastien Frégonèse, Thomas Zimmer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lorena Anghel, Ian O'Connor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Diodes à barrière de Schottky

Optoélectronique

Nanotubes

Transistors

Mots clés libres

Modélisation compact

Transistor à nanotube de carbone

Barrière Schottky

Mémoire non-volatile

Piégeage

Dépiégeage

Optoelectronique

Device modeling

Spice simulation

Cntfet

Non-volatile memory

Optoelectronics

Compact modeling

Schottky barrier

Trapping

Detrapping

Résumé

Afin de permettre de développer un modèle de mémoire non-volatile basée sur le transistor à nanotube de carbone à commande optique qui est utilisée dans des circuits électroniques neuromorphiques, il est nécessaire de comprendre les physiques électroniques et optoélectroniques des nanotubes de carbone, en particulier l’origine de l'effet mémoire que présente ces transistors. C’est dans ce contexte général que cette thèse s'intègre. Le travail est mené sur trois plans :• Caractériser électriquement et optoélectroniquement des structures de test des CNTFETs et des OG-CNTFETs.• Développer un modèle compact pour les contacts Schottky dans les transistors à nanotube de carbone de la façon auto-cohérente basé sur le diamètre et la nature du métal d’électrode en utilisant la méthode de la barrière effective avec les paramètres nécessaires calibrés.• Modéliser l'OG-CNTFET selon les régimes de fonctionnement, lecture, écriture, effacement ou programmation pour application à une mémoire non-volatile en intégrant le mécanisme de piégeage et dépiégeage à l’interface polymère/oxyde.

This PhD thesis presents a computationally efficient physics-based compact model for optically-gated carbon nanotube field effect transistors (OG-CNTFETs), especially in the non-volatile memory application. This model includes memory operations such as “read”, “write”, “erase” or “program”, and “reset” which are modeled using trapping and detrapping mechanisms at the polymer/oxide interface. The relaxation of the memory state is taken into account. Furthermore, the self-consistent modeling of Schottky barriers at contacts between the carbon nanotube channel and metal electrodes is integrated in this model applying the effective Schottky barrier method. The Schottky contact model can be included in CNTFET based devices for a typical biasing range of carbon nanotube transistors. This compact model is validated by the good agreement between simulation results and experimental data (I-V characteristics). In the non-volatile memory application, this model can fully reproduce device behaviors in transient simulations. A prediction study of the key technological parameter, the CNT diameter variety is established to expect its impact on the transistor performance, and more importantly, on the memory operation. In the other hand, this thesis presents a preliminary electric characterization (I-V) of CNTFETs and OG-CNTFETs for the device modeling database. A preliminary optoelectronic characterization method is proposed.