Sujet de Thèse EEATS – Bourse MENRT ou CIFRE - IMEP-LaHC

Sujet de Thèse EEATS – Bourse MENRT ou CIFRE
Structures innovantes Semiconducteur sur Isolant (SOI) :
caractérisation fine et modélisation
Directeurs de Thèse : Sorin Cristoloveanu, DR CNRS (IMEP), [email protected]
Pierre Gentil, Professeur INP Grenoble, [email protected]
Le succès de la technologie SOI (silicium sur isolant) dans l’arène commerciale est fondé sur
deux atouts majeurs : amélioration sensible des performances des circuits intégrés (vitesse,
consommation, etc) et excellente adéquation aux contraintes imposées par la miniaturisation
ultime des transistors. A titre d’exemple, près d’un tiers de la production industrielle des
microprocesseurs haute performance est basée sur SOI (AMD, IBM, Freescale, Sony).
D’autres applications font intervenir des circuits SOI ultra basse consommation ou RF. Ce
contexte est illustré par la fulgurante montée en puissance de la production de plaquettes
Unibond ainsi que par la mise au point de nouveaux matériaux de type Smart-Cut : film de
silicium ultra-mince, oxyde enterré d’épaisseur variable, autre semi-conducteur (Ge, GaN, etc)
sur oxyde, silicium sur autre isolant (alumine, diamant, nitrures), matériaux contraints.
L’acronyme SOI est ainsi étendu pour couvrir l’ensemble de ces matériaux ‘semiconductor on
insulator’. Ces structures sont susceptibles de conduire à une augmentation de la mobilité des
porteurs et à de nouvelles fonctionnalités thermiques et optiques.
Le but de la thèse de doctorat proposée est d’analyser les propriétés électriques de ces
matériaux innovants en vue de leur optimisation. On s’intéressera à la variation de la mobilité
et de la durée de vie des porteurs, de la qualité des interfaces et de la conductivité thermique
en fonction de l’épaisseur et de la nature des couches empilées. La caractérisation sera
essentiellement effectuée avec la méthode du transistor pseudo-MOSFET, mise au point à
l’IMEP. Différentes configurations (contacts à pointes, disque de Corbino) et variantes de
mesure (basse température, champ magnétique, excitation laser, etc) seront mises en oeuvre.
Les résultats seront comparés avec ceux issus de la caractérisation de dispositifs MOS
intégrés. Le sujet comporte également une contribution théorique au développement d’un
modèle physique dédié au pseudo-MOSFET ultra-fin.
Le stagiaire rejoindra une équipe de recherche réputée dans le domaine des technologies et
dispositifs SOI. Il bénéficiera d’une coopération étroite avec la société Soitec (leader du
marché SOI), le LETI-CEA et plusieurs laboratoires internationaux (programmes européens,
universités américaines, australiennes, coréennes et japonaises). Un séjour à l’étranger est
envisageable.
En conclusion, ce sujet de thèse est polyvalent car il traite de problèmes relatifs à la
technologie CMOS, au domaine SOI, aux propriétés des matériaux, et à la physique du solide
et des dispositifs. C’est un espace de recherche où la formation universitaire du doctorant, sa
curiosité scientifique et sa motivation devront démontrer leur efficacité. L’expertise gagnée
pendant son Doctorat et le nombre significatif de publications envisageables le rendront très
apte pour une excellente carrière professionnelle. Par ailleurs, les résultats seront très utiles
pour conforter les industriels dans leurs choix stratégiques futurs.