Etude du bruit électrique basse fréquence dans des technologies CMOS avancées

Study of electrical low frequency noise in advanced CMOS technologies

• Auteur / Autrice : Beya Nafaa
• Direction : Bogdan Mihail Cretu
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Electronique, microélectronique, optique et lasers, optoélectronique microondes
• Date : Soutenance le 18/12/2018
• Etablissement(s) : Normandie en cotutelle avec Université de Carthage (Tunisie)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale mathématiques, information et ingénierie des systèmes (Caen)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en informatique, image, automatique et instrumentation de Caen (1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Régis Carin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bogdan Mihail Cretu, Laurent Pichon, Nathalie Malbert, Francis Balestra, Eddy Simoen, Walid Touayar, Adane Abdelghani
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Pichon, Nathalie Malbert

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie

Transport quantique

Pièges

Bruit électrique

Transistors MOSFET

Transistors

Mots clés libres

Spectroscopie de bruit

Transistors

MOSFET

UTBOX

Electrical noise

Noise spectroscopyt

Quantic transport

Résumé

Les travaux réalisés pendant cette thèse se focalisent sur l'étude de transistors double grille UTBOX complètement délpétés fabriqués pour le nœud technologique 16 nm. Les performances de ces composants en courant continu et en fonction de la température ont été évaluées. Les pièges localisés dans le film de silicium ont été identifiés à l’aide de la spectroscopie de bruit basse fréquence, donnant ainsi la possibilité d'évaluer les étapes de fabrications afin de les optimiser. Un pic inhabituel de transconductance a été observé dans les caractéristiques de transfert obtenues à faibles températures (77 K et 10 K). Ce phénomène est plus probablement lié à un effet tunnel à travers des dopants diffusés à partir des extensions de source et drain dans le canal. Le mécanisme de transport quantique relié à la dégénérescence de niveaux d'énergie dans la bande de conduction a été mis en évidence à température cryogéniques et à très faibles polarisations. Une nouvelle approche théorique valide en inversion modérée a été développée pour les modèles de fluctuations de mobilité et de fluctuations de mobilité corrélés aux fluctuations du nombre de porteurs. Les résultats indiquent que le changement du mécanisme de transport des porteurs est accompagné par un changement du mécanisme du bruit en 1/f .

The work done during this thesis focuses on the study of fully depleted double gate UTBOX transistors manufactured for the 16 nm technology node. The performances of these components in DC and as a function of temperature were evaluated. The traps located in the silicon film have been identified using low frequency noise spectroscopy, giving the possibility of evaluating the manufacturing steps in order to optimize them. An unusual peak of transconductance was observed in the transfer characteristics obtained at low temperatures (77 K and 10 K). This phenomenon is most likely related to a tunneling effect through dopants scattered from the source and drain extensions in the channel. The quantum transport mechanism related to the degeneracy of energy levels in the conduction band has been demonstrated at cryogenic temperatures and at very low polarizations. A new theoretical approach valid in moderate inversion has been developed for models of mobility fluctuations and mobility fluctuations correlated with the number of carriers fluctuations. The results indicate that the change in carrier transport mechanism is accompanied by a change in the 1 / f noise mechanism.