Simulation du transport quantique dans les transistors en semi-conducteurs III-V

In this work, we have implemented numerical methods to simulate III-V semiconductor transistors. Thanks to an eight-band k.p Hamiltonian and the non-equilibrium Green's functions formalism, we were able to account for many of the quantum effects that arise in these nano-scale devices. Indeed, in order to accurately predict their behavior, one must consider the impact of quantum confinement, tunneling, interferences, or electron-phonon interactions, to cite some of them. In our simulations, these phenomena manifest themselves in the form of short-channel effects, energy band shifts, band-to-band and source-to-drain tunneling processes, and also influence scattering events. Additionnaly, the model has been improved by the implementation of strain effects and surface roughness. This allowed us to formulate predicitions about the characteristics of different logic devices in a realistic context. The aim of this work was to look for possible III-V based candidates that could outperform current silicon technology. To carry out this investigation, we have studied different device architectures. First, we simulated a ultra-thin body n-type MOSFET with an In(Ga)As channel. Second, we made a further step towards ultra-scaled devices, by simulating gate-all-around nanowire transistors. Third, we moved to a totally different kind of architecture, by studying a vertical GaSb/AlSb/InAs tunnel-FET device.Au cours de cette thèse, nous avons implémenté des méthodes numériques visant à simuler des transistors à base de semi-conducteurs III-V. En recourant à un Hamiltonien k.p à huit bandes et au formalisme des fonctions de Green, nous avons été en mesure de modéliser de nombreux phénomènes quantiques prenant place dans lesdits nanocomposants. En effet, afin d'anticiper au mieux leur comportement, il est essentiel de tenir compte du confinement quantique, de l'effet tunnel, des interférences, ou encore des interactions électrons-phonons, entre autres effets. Dans nos simulations, ces phénomènes se manifestent sous la forme d'un déplacement des bandes d'énergie ou par des transitions tunnel "bande à bande" ou "source vers drain", et influencent la dispersion des électrons. En outre, le modèle physique a aussi été amélioré par l'implémentation de contraintes de déformation, et la prise en compte les défauts de surface. Cela nous a permis de formuler des prédictions réalistes quant au comportement de différents nanodispositifs logiques. L'objectif de ce travail était de chercher un possible remplaçant à la technologie silicium parmi différents candidats à base de matériaux III-V. En vue de mener à bien ce projet, nous nous sommes donc intéressés à différentes structures. Tout d'abord, nous avons simulé un MOSFET ultra-fin de type n, comportant un canal en In(Ga)As. Ensuite, nous nous sommes aventurés un peu plus loin dans l’extrême miniaturisation, en modélisant des transistors à grille enrobante à base de nanofils. Enfin, notre attention s'est portée sur un tout autre type d'architecture, en étudiant un transistor à effet tunnel vertical, formé d'un assemblage GaSb/AlSb/InAs