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Theses Year : 2009

Study of Transport Properties in Strained transistors MOSFETs: Multi-scale Approach

Etude du Transport dans les Transistors MOSFETs Contraints: Modélisation Multi-échelle

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Abstract

The dimension shrinking of the MOSFETs transistors, integrated circuit ground devices, do not allow their performance enhancement further more. Technology boosters have been inserted in MOSFETs transistors process fabrication to fix it. Intentional introduction of strain is one of these technological solutions. Indeed, the strain orientation as a function of the channel direction strongly influences the transport properties of the MOSFETs transitors. The semi-empirical calculation methods, such as EPM and */k.p/* in the envelop function approximation, have been developed in order to study the bandstructure perturbation associated to the combined action of strain and confinement. The influence of these latter perturbations has subsequently been analyzed using the advanced transport simulations "fullband" Monte Carlo and Kubo-Greenwood. The theoretical results obtained have been compared to the experimental data obtained from Wafer Bending technique and measured throughout this thesis. It clearly underlines the crucial importance of the complex coupling between strain and confinement on the transport properties in current MOSFETs devices. Finally, at each modelisation step, validity domain of the basic transport solvers used in industrial organization, such as Drift-Diffusion and Hydrodynamic models, has been pointed out.
La réduction des transistors MOSFETs, briques de base des circuits intégrés, ne permet plus d'améliorer efficacement leurs performances. Des leviers technologiques ont été mis en place dans les procédés de fabrication de ces transistors pour y remédier. L'introduction intentionnelle de contraintes constitue l'une de ces solutions. De fait, l'orientation des contraintes en fonction de la direction du canal influence fortement les propriétés de transport des transistors MOSFETs. Les méthodes de calculs de structures de bandes semi-empiriques EPM et */k.p/* dans l'approximation de la fonction enveloppe, ont été développées afin d'étudier les perturbations occasionnées sur la structure électronique des matériaux par l'action conjuguée des contraintes mécaniques et du confinement. L'influence de ces dernières perturbations sur les propriétés de transport a, par la suite, été analysée à l'aide de simulations avancées Monte Carlo "fullband" et Kubo-Greenwood. Les résultats théoriques obtenus ont été confrontés aux données expérimentales de flexion à quatre pointes (Wafer Bending), mesurées au cours de cette thèse. Il apparaît clairement que la prise en compte du couplage complexe des effets de confinement et de contrainte joue un rôle essentiel dans les propriétés de transport des dispositifs MOSFETs actuels. Enfin, chaque étape de modélisation a donné lieu à une discussion des domaines de validité des outils de simulation Dérive-Diffusion et Hydrodynamique, classiquement utilisés dans l'industrie pour la modélisation des dispositifs MOSFETs.
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tel-00436049 , version 1 (25-11-2009)

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  • HAL Id : tel-00436049 , version 1

Cite

Maxime Feraille. Etude du Transport dans les Transistors MOSFETs Contraints: Modélisation Multi-échelle. Micro et nanotechnologies/Microélectronique. INSA de Lyon, 2009. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00436049⟩
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