Etude et caractérisation des composants MOS en fonction de la température : Vitesse, mobilité, courants parasites et effets des canaux ultra-courts

Abstract

La réduction des dimensions des dispositifs MOS a considérablement augmenté la densité d’intégration et la rapidité des circuits intégrés. Cependant, cette réduction s’est accompagné d’un accroissement des champs électriques transversaux et longitudinaux ce qui a entraîné des effets secondaires comme l’ionisation par impact, l’augmentation du courant de drain induit par l’abaissement de la barrière de potentiel dans le canal (DIBL), le courant de fuite de drain induit par la polarisation de la grille (GIDL), le courant de perçage (punchtrough), la réduction de la pente en faible inversion. Ces effets sont à l’origine de la dégradation des performances du dispositif et de sa fiabilité. Le fonctionnement à basse température a pour avantage de réduire un grand nombre de ces effets néfastes, et se présente donc comme un remède adéquat pour une technologie VLSI future. L’objectif de notre travail est d’étudier, de comprendre et d’élaborer les moyens de caractérisation et de modélisation des performances des transistors MOS submicroniques à basse température. Nous avons ainsi fourni deux modèles pour la caractérisation de la mobilité effective dans le canal à basse température et à champ fort. Nous avons également approfondit l’étude du phénomène d’ionisation par impact ainsi que le courant de substrat en fonction de la température. Nous avons par la suite analysé le courant de fuite de drain induit par la grille (GIDL). Ces différents phénomènes ont été analysés en détail pour des transistors MOS de longueur de canal compris entre 0,1 et 0,8µm fonctionnant à des températures variables entre 20 et 300K. Finalement, un modèle pour la caractérisation de la vitesse de saturation des porteurs dans le canal de ces dispositifs a été élaboré.