etude analytique et modélisation compacte d’un transistor submicronique mosfet à grille cylindrique

Abstract

Les travaux de recherches effectués durant cette thèse ont été consacrés à l’étude analytique et la modélisation d’un nouveau transistor MOSFET à grille cylindrique. Cette nouvelle structure (DMG-GC-DOT) proposée, incorpore deux matériaux de la grille (DMG), un dopage non uniforme le long du canal (GC) et une couche d’oxyde composé dans un premier temps d’un seul diélectrique d’oxyde et dans un second temps de deux diélectriques différents (DOT). La diminution des dimensions du canal engendre quelques effets indésirables, ces effets sont appelés les effets du canal court tels que la réduction de la tension seuil   th V , l’abaissement de la barrière induite par le drain (DIBL) et la dégradation de la pente sous le seuil (S). La structure proposée dans notre travail, offre un meilleur contrôle du potentiel électrostatique en le comparant avec d’autres structures proposées en littérature, le renforcement du contrôle dans tous les côtés permet à la structure MOSFET à grille cylindrique (SG MOSFET) d’être adaptée à une longueur du canal qui peut être jusqu'à 35 % plus courte que celle dans la structure MOSFET à double grille. Pour réduire l’impact des effets de canal court sur le courant de drain, on a proposé d’utiliser une nouvelle architecture (DMG-GC-DOT) avec deux épaisseurs d’oxyde différentes et deux diélectriques différents. Les résultats du potentiel de surface, de la tension de seuil, de la pente sous le seuil et du DIBL obtenus analytiquement par résolution de l’équation de poisson 2D sont comparés à ceux obtenus par simulation numérique utilisant la méthode de différence finie et par le simulateur ATLAS. Ces résultats sont comparés aussi à ceux de la structure qui incorpore deux matériaux de la grille (DMG), un dopage non uniforme du canal (GC) et deux épaisseurs d’oxyde avec une même permittivité. L’étude effectuée confirme la validité de notre modèle par une bonne concordance avec les résultats de simulation numérique. En ce qui concerne la structure DMG-GC-DOT, l’apport de l’utilisation de deux couches d’oxyde avec un diélectrique différent est très important. La structure DMG-GC-DOT offre donc une meilleure contrôlabilité de la grille et représente une solution potentielle pour l’intégration fortement submicronique. Ainsi on a pu développer notre modèle, par simulation avec le logiciel ATLAS, de l’évolution du courant de drain, de la transconductance et de la conductance du drain pour cette nouvelle structure en fonction du potentiel de drain et du potentiel de la grille. Les résultats obtenus pour cette nouvelle structure sont ainsi comparés à ceux des transistors MOSFET à grille cylindrique existant dans la littérature. Mots clés : Double matériaux de grille (DMG); Double épaisseur d’oxyde (DOT); Gradual Canal (GC); tension seuil ; la pente sous le seuil ; Abaissement de la barrière induit par drain (DIBL), TMOS Multi Grilles, Modélisation compacte, effets de canaux courts, SILVACO.