Approche du potentiel effectif pour la simulation Monte-Carlo du transport électronique avec effets de quantification dans les dispositifs MOSFETs

Today, the MOSFET transistor reaches nanometric dimensions for which quantum effects cannot be neglected anymore. It is thus necessary to develop models able to precisely describe the physical phenomena of electronic transport, and to account for the impact of these effects on the performances of the nanometric transistors. In this context, this work concerns the introduction of the quantization effects into a semi-classical Monte Carlo code for the simulation of electronic transport in MOSFETs devices. With this aim in view, the use of a quantum corrected potential is well suited since this correction can be applied to various transistor architectures without a large increase of CPU time. First of all, we evaluate and identify the limits of the usual effective potential correction. This analysis leads us to propose a novel effective potential formulation based on the improvement of the electron wave-packet representation. Without source-drain bias, this formulation is shown to allow a realistic description of the quantum confinement effects in double-gate, SOI and bulk MOSFETs architectures. Then, comparisons with semi-classical Monte Carlo simulations highlight the impact of the quantum confinement effects on electronic transport in a nanometric double-gate MOSFET. Finally, our novel formulation of quantum corrected potential is validated by obtaining results similar to those of a Monte Carlo/Schrödinger coupled method.Le transistor MOSFET atteint aujourd'hui des dimensions nanométriques pour lesquelles les effets quantiques ne peuvent plus être négligés. Il convient donc de développer des modèles qui, tout en décrivant précisément les phénomènes physiques du transport électronique, rendent compte de l'impact de ces effets sur les performances des transistors nanométriques. Dans ce contexte, ce travail porte sur l'introduction des effets de quantification dans un code Monte-Carlo semi-classique pour la simulation du transport électronique dans les dispositifs MOSFETs. Pour cela, l'utilisation d'un potentiel de correction quantique s'avère judicieuse puisque cette correction s'applique à différentes architectures de transistor sans augmentation considérable du temps de calcul. Tout d'abord, nous évaluons et identifions les limites de la correction par le potentiel effectif usuel. Cette analyse nous conduit à proposer une formulation originale de potentiel effectif s'appuyant sur l'amélioration de la représentation du paquet d'ondes de l'électron. Nous montrons qu'en l'absence de champ électromoteur dans la direction du transport, cette formulation permet une description réaliste des effets de confinement quantique pour des architectures MOSFETs à double ou simple grille, sur substrat SOI et sur silicium massif. Des comparaisons avec des simulations Monte-Carlo semi-classiques mettent en évidence l'impact de ces effets sur le transport électronique dans un transistor MOSFET à double-grille de taille nanométrique. Enfin, notre formulation originale de potentiel de correction quantique est validée par l'obtention de résultats analogues à ceux d'un couplage Monte-Carlo Schrödinger