Simulation et optimisation des transistors à effet de champ de la filière III-V pour des applications hautes performances électriques

Abstract

Dans le but de diminuer le coût de production, l’encombrement et d’améliorer en même temps les performances, les MOSFETs, sont soumis à une miniaturisation incessante. Leurs dimensions, atteignant désormais le régime nanométrique, engendrent des phénomènes parasites qui dégradent les caractéristiques courant-tension. Ainsi, de nouvelles architectures de dispositifs sont requises afin de minimiser la puissance dissipée et d’améliorer le transport électronique. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont plus particulièrement orientés vers l’étude de transistors innovants avec une architecture combinée de SOI complétement désertée et corps ultra-mince (UTBFD.SOI) et l’utilisation de “nouveaux” matériaux tels que les diélectriques de grille à haute permittivité dits “high?” et les semiconducteurs à forte mobilité (III-V). Grâce au développement de codes de simulation numérique dans un environnement TCAD basés sur la résolution auto-cohérente du couple d'équations Poisson-Schr?dinger et en utilisant le formalisme de transport en Dérive-Diffusion intégrant les modèles physiques adéquats, nous avons étudié le comportement électrique de différentes structures. Dans un premier temps, Nous nous sommes intéressés aux aspects qui permettent de décrire le fonctionnement électrique de l’empilement Métal-Oxyde-Semiconducteur avec l’utilisation de nouveaux matériaux pour évoluer vers des transistors plus performants. Puis, nous avons évalué et exploré les potentialités des structures MOSFET appliquées avec les semiconducteurs III-V sous faible polarisation, en commençant par la présentation des progrès réalisés dans le transistor MOSFET depuis la structure Si-Bulk jusqu’au UTB-III-V. A la fin, nous avons présenté et analysé les résultats de simulation obtenus par nos codes sur des structures MOSFET. Une étude sur les structures à Silicium bulk et ses différentes formes SOI ensuite les structures Bulk à matériaux III-V et on a terminé par une analyse sur le MOSFET UTB-III.V, en exposant ses performances et montrant ses caractéristiques statiques et dynamiques.