Thèse en 1995

A C A D E M I E D E M O N T P E L L I E R
U N I V E R S I T E M O N T P E L L I E R II
--- SCIENCES ET TECHNIQUES DU LANGUEDOC ---
T H E S E
présenté à l'Université de Montpellier II Sciences et Techniques du Languedoc
pour obtenir le diplôme de DOCTORAT
SPECIALITE : Electronique, Optronique et système
Formation Doctorale : Sciences pour l'Ingénieur
Ecole Doctorale : Electronique
T I T R E
Simulation numérique de l'effet des charges induites par irradiation dans
les oxydes de structures MOS.
par
René ESCOFFIER
Soutenue le 12 Octobre 1995 devant le Jury composé de:
MM.
M. Jean Claude MANIFACIER, Professeur, Université Montpellier II Président du Jury
M. Jean-Luc LERAY, Chef de section, CEA Bruyère le Châtel Rapporteur
M. Georges PANANAKAKIS, Professeur, ENSERG Grenoble Rapporteur
M. Alain MICHEZ, Maître de Conférences, Université Montpellier II Examinateur
M. Yves MOREAU, Maître de Conférences, Université Montpellier II Examinateur
M. Daniel PEYRE, Ingénieur, Nuclétude, Les Ulis Examinateur
M. Guy BORDURE, Professeur, Université Montpellier II Directeur de thèse
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Numéro d'Identification

Ce travail a été effectué au Centre d'Electronique de Montpellier de l'Université des
Sciences et Techniques du Languedoc en collaboration avec le CEA de Bruyères-le-Châtel.
Je tiens à exprimer ma reconnaissance à Monsieur le Professeur G.BORDURE qui m'a
accueilli dans son équipe et m'a conseillé tout au long de ces trois ans de collaboration.
J'adresse mes remerciements à Messieurs J.L. LERAY et G. PANANAKAKIS d'avoir accepté
d'être rapporteur de ce manuscrit.
Je remercie particulièrement Monsieur A.MICHEZ pour son soutien et son aide précieuse
sans laquelle ce travail n'aurait pas pu se faire.
Je tiens à remercier particulièrement Messieurs J.C. MANIFACIER et Y.MOREAU d'avoir
bien voulu faire parti du jury.
Ma gratitude va également à Monsieur C.CIRBA qui a mis son expérience et ses compétences
en informatique dans la réalisation de ce projet.
J'ai par ailleurs bénéficié de l'aide compétente de nombreuses personnes du CEA comme
Messieurs. P. PAILLET, O. MUSSEAU et Mademoiselle V. FERLET-CAVROIS que je tiens
à remercier.
Enfin je voudrais exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur D.PEYRE pour m'avoir
fait bénéficier de ses compétences et pour les nombreuses discussions que nous avons eues sur
l'approche physique des phénomènes ainsi que pour son soutien et son dévouement dans les
dernières semaines de rédaction de ce mémoire.

INTRODUCTION
I Les RAYONNEMENTS IONISANTS et leurs EFFETS sur les
STRUCTURES MOS
I.1 ORIGINE ET NATURE DES RAYONNEMENT
I.2 INTERACTION AVEC LA MATIERE
I.2.1 EFFETS DES RAYONNEMENTS IONISANTs SUR LES STRUCTURES MOS
I.2.2 EVOLUTION DES CARACTERISTIQUES D'UN TRANSISTOR MOS IRRADIE
I.2.3 PERTURBATION DES CIRCUITS MOS PAR CREATION ET PIEGEAGE DE
CHARGES
I.2.4 OXYDE DE SILICIUM ( PRESENCE ET CREATION DE DEFAUTS)
II EVOLUTION des CHARGES dans la SILICE
II.1 GENERATION DE CHARGES DANS SiO2 PAR RAYONNEMENT
II.2 TRANSPORT DE CHARGES DANS SiO2
II.3 INTERACTION DES PORTEURS LIBRES AVEC LES NIVEAUX
PIEGES
II.3.1 SECTION EFFICACES DE PIEGEAGE
II.3.2 LES DENSITES DE PIEGES
II.3.3 EQUATIONS DE TRANSPORT ET DE PIEGEAGE
II.3.4 CALCUL APPROCHE DE LA VARIATION DE LA TENSION DE SEUIL
II.4 DEPIEGEAGE THERMIQUE ET ENERGIE D’ACTIVATION
II.5 ETUDE DE LA STRUCTURE POLYSILCIUM ISOLANT
SEMICONDUCTEUR
II.5.1 SILICIUM INTRINSEQUE EN CONTACT AVEC SiO2

II.5.2 CONTACT SILICIUM DOPE P AVEC SiO2
II.5.3 CHARGES D'ESPACE DANS LE SILICIUM
II.5.4 CHARGES LOCALISEES DANS L'OXYDE
II.5.5 CONTACT METAL SEMICONDUCTEUR ET METAL ISOLANT
III MODELISATION
III.1 METHODOLOGIE DE RESOLUTION
III.1.1 DISCRETISATION SPATIALE DES EQUATIONS
A) Discrétisation de l'équation de Poisson
B) Discrétisation spatiale des équations de continuité
C) Discrétisation des équations de piégeage
D) Remarques
1°) Calcul de champ électrique dans un élément
2°) Restriction au cas des forts champs (SiO2)
III.1.2 LINEARISATION DU SYSTEME D'EQUATIONS
III.1.3 DISCRETISATION TEMPORELLE DES EQUATIONS
III.1.4 CONSTRUCTION DU SYSTEME ASSEMBLE
III.1.5 APPLICATION DES CONDITIONS AUX LIMITES
III.1.6 RESOLUTION DU SYSTEME LINEAIRE
III.2 MODELISATION DES JONCTIONS et HETEROJONCTIONS
III.2.1 JONCTION PN
III.2.2 HETEROJONCTION Si-SiO2
III.2.3 CONTACT SiO2-METAL ou POLYSILICIUM
III.2.4 HETEROJONCTION Métal-SiO2-Si ou ploysilicium-SiO2-Si
III.3 DIFFICULTES LIEES A LA RESOLUTION
III.3.1 MAILLAGE DE LA STRUCTURE
III.3.2 EFFETS DE POINTE

III.3.3 PROBLEMES DE CONVERGENCE
III.3.4 RECHERCHE DE L'ETAT D'EQUILIBRE
IV SIMULATIONS NUMERIQUES COMPARAISON avec les
RESULTATS EXPERIMENTAUX
IV.1 SIMULATION DU PIEGEAGE DE CHARGES DANS DIFFERENT
TYPE D'OXYDE :
IV.1.1 OXYDE A DENSITE DE PIEGES UNIFORME
IV.1.2 OXYDE A DENSITE DE PIEGES NON UNIFORME
IV.2 CAPACITE MOS ISSUES DE LA REALISATION D'UN BEC
D'OISEAU :
IV.2.1 ETUDE ET COMPARAISON DES CAPACITES
IV.3 ANALYSE DU PROBLEME DU BEC D'OISEAU
CONCLUSION