Modélisation et simulation numérique des nano-transistors multi-grilles à matériaux innovants

Afin de continuer l'amélioration des performances du transistor MOSFET à l'échelle décananométrique, la recherche en microélectronique explore différentes solutions. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont plus particulièrement orientés vers l'étude de transistors innovants avec une architecture Double-Grille (DGMOSFET) et l'utilisation de nouveaux matériaux tels que les diélectriques de grille à forte permittivité dits high- et les semiconducteurs à forte mobilité intrinsèque (Ge et III-V). Grâce au développement de codes de simulation numérique basés sur la résolution auto-cohérente du couple d'équations Poisson-Schrödinger ou en utilisant le formalisme des fonctions de Green (NEGF), nous étudions le comportement électrique de différentes structures. Dans un premier temps, le fonctionnement des capacités Métal-Isolant-Semiconducteur et Métal-Isolant-Métal est simulé afin d'évaluer l'influence des propriétés des matériaux innovants et de la composition de l'empilement de grille sur les caractéristiques capacité-tension et sur le courant de fuite tunnel à travers la grille. Puis, les performances en termes de courant de drain face à la réduction de la longueur de grille (effets électrostatiques) et de l'épaisseur du canal de conduction (effet de confinement quantique) sont comparées dans le transistor MOS Double-Grille (à grilles indépendantes ou connectées) avec plusieurs matériaux aux propriétés très différentes (Si, Ge, GaAs et In0.53Ga0.47As). Enfin, nous avons développé une approche simplifiée (modélisation compacte) pour le calcul du courant de drain en dérive-diffusion ou balistique dans les transistors MOS Double-Grille à grilles indépendantes, validée par nos codes de simulation numériqueIn order to improve MOSFET performances in the decananometer scale, microelectronic research explores several solutions. In this study, we investigate innovative transistors with Double-Gate architecture (DGMOSFETs) and new materials such as high- gate dielectrics and high-mobility semiconductors (Ge and III-V). With the development of simulation codes, based on the self-consistent solving of Poisson-Schrödinger equations or using the Green function formalism (NEGF), we study the electrical behavior of different structures. First, the operation of Metal-Insulator-Semiconductor (MIS) and Metal-Insulator-Metal (MIM) capacitance is simulated in order to show the influence of material properties and gate stack composition on capacitance-voltage characteristics and tunneling gate leakage current. Then, drain current performances in Double-Gate MOSFET with independent or connected gates and multiple materials (Si, Ge, GaAs and In0.53Ga0.47As) are evaluated for different gate lengths (electrostatic effects) and various semiconductor film thicknesses (quantum confinement). Finally, we developed a compact model of the drain current in drift-diffusion and ballistic regimes for Independent Double-Gate MOSFET, validated with our numerical simulation codesAIX-MARSEILLE1-Inst.Médit.tech (130552107) / SudocSudocFranceF