fabrication, simulation et caractérisation des propriétés de transport

UNIVERSITÉ DE SHERBROOKE
Faculté de génie
Département de génie électrique et génie informatique
FABRICATION, SIMULATION ET
CARACTÉRISATION DES PROPRIÉTÉS DE
TRANSPORT DE COMPOSANTS À EFFET DE
CHAMP LATÉRAL SUR SUBSTRAT DE SOI
(SILICON-ON-INSULATOR)
Thèse de doctorat
Spécialité : génie électrique
Ghania FARHI
Jury : Serge CHARLEBOIS (directeur), Université de Sherbrooke, Québec
Denis MORRIS (codirecteur), Université de Sherbrooke, Québec
Jean-Pierre RASKIN, Université Catholique de Louvain, Belgique
Laurent FRANCIS, Université Catholique de Louvain, Belgique
Simon FAFARD (rapporteur), Université de Sherbrooke, Québec
Sherbrooke (Québec) Canada Décembre 2014

À mes deux SOUKINI préférés,
À la mémoire de mon père,
À ceux qui sont restés de l’autre côté de l’océan
Atlantique mais qui sont omniprésents dans mon cœur.
C’est le commencement qui est le pire,
puis le milieu puis la fin;
à la fin, c’est la fin qui est le pire.
Samuel Beckett

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RÉSUMÉ
À la base de l’évolution de la technologie microélectronique actuelle, la réduction des
dimensions critiques des MOSFET standards pour améliorer leurs performances électriques
a atteint depuis quelques années ses limites physiques. L’utilisation de nanocomposants
innovateurs ayant une configuration planaire, comme solution de remplacement, semble
être une voie prometteuse pour certaines applications. Les diodes autocommutantes, Self-
Switching Diodes (SSD), en font partie.
Les SSD sont des composants unipolaires à deux accès ayant une caractéristique I-V non-
linéaire semblable à celle d’une diode bipolaire. Leur configuration planaire rend leur
fabrication plus facile et réduit considérablement les capacités parasites intrinsèques.
Cette thèse porte sur la fabrication, la simulation et la caractérisation électrique de SSD
fabriquées sur des substrats en SOI (Silicon-On-Insulator).
Les dispositifs SSD ont été réalisés au départ grâce à des gravures par FIB (Focussed Ion
Beam). Cette technique polyvalente nous permet de contrôler en temps réel les conditions
de gravure. Par la suite, nous avons procédé à une fabrication massive de SSD en utilisant
la technique d’électrolithographie et de gravure sèche.
Les simulations effectuées principalement avec TCAD-Medici nous ont permis d’optimiser
et d’investiguer en détails l’effet critique des paramètres géométriques (longueur, largeur et
épaisseur du canal conducteur ainsi que la largeur des tranchées isolantes) et des paramètres
physiques (densité surfacique aux niveaux des interfaces isolant/semiconducteur, densité
des dopants et type de diélectrique dans les tranchées isolantes) des SSD sur les
caractéristiques électriques, les valeurs de la tension seuil et les phénomènes de transport
non linéaire qui ont lieu dans le canal conducteur de ce type de composants.
Les mesures expérimentales de caractéristiques I-V de SSD ayant des canaux conducteurs
de largeurs et de longueurs variables confirment les prévisions de nos simulations.
Bien que le comportement électrique des SSD ressemble à celui d’un MISFET, nous
démontrons le fait que l’on ne peut modéliser leurs caractéristiques I-V avec les mêmes
expressions en nous basant sur le principe de fonctionnement spécifique à chacun de ces
deux dispositifs.
Mots-clés : Composants à effet de champ latéral (IPGFET), diodes autocommutantes, Self-
Switching Diodes (SSD), transport électrique non-linéaire, trous chauds, simulations
électriques, TCAD-Medici, diode unipolaire à deux accès, Silicon-On-Insulator (SOI).