Influence des effets quantiques sur les caractéristiques de

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE MENTOURI DE CONSTANTINE
FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR
DEPARTEMENT D’ELECTRONIQUE
N° d’Ordre :…………..
Série :………………...
MEMOIRE DE MAGISTER
Présenté Par
Mr. BELLA MOURAD
Option : Microélectronique
THEME
Influence des effets quantiques sur les caractéristiques de
transistors DGMOS nanométrique.
Soutenu le : 09 / 06 / 2009
Examiné Par le Jury :
Président : BENGHALIA Abdelmadjid Professeur Université Mentouri Constantine
Rapporteur : LASSOUED Saida Professeur Université Mentouri Constantine
Examinateur : CHAABI Abdelhafid Professeur Université Mentouri Constantine
Examinateur : BOUHEDJA Samia M.C Université Mentouri Constantine
Année 2008-2009

Remerciements
Je tiens à remercier tout d’abord ALLAH qui ma donnée la patience et le courage LE
le long de tout le chemin de ma formation.
Je tiens à exprimer, par ce modeste travail, ma gratitude, mon respect et ma
considération à mon directrice de thèse, Le Professeur Madame LASSOUED Saida pour avoir
suivi mon travail avec une attention soutenue, et pour sa qualitén humaine et scientifique.
Je suis honoré que monsieur ABDELMADJID BENGHALIA professeur à l’université
Mentouri de Constantine de ait accepté de présider mon jury.
Je tiens à remercier ABDEHAFID CHAABI et SAMIA BOUHEDJA de l’université
Mentouri de Constantine, d’avoir accepté d’examiner mon travail.
J’exprime une grande reconnaissance à l’équipe du Laboratoire LHS de Constantine,
pour leur aide morales, leur sympathie, et leur compréhension.
Mes remerciements vont également à ma famille, et surtout mon pére que Dieu
l’accueille dans son vaste paradis.

Introduction Générale……………………………………………………………………..
Chapitre I : Limitation à la miniaturisation des transistors MOSFET
I.1. Introduction……………………………………………………………………………
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I.2. Evolution de la technologie CMOS ………………………………………………….. 3
I.3. Contraintes pour les générations futures …………………………………………….. 4
I.4. Fonctionnement d’un TMOS à canaux longs ………………………………………... 6
I.4.1. Structure……………………………………………………………………… 6
I.4.2. Principe de fonctionnement du transistor MOS……………………………… 7
I.4.3. Régime de fonctionnement …………………………………………………. 7
I.4.3.1. Régime d’accumulation …………………………………………………… 8
I.4.3.2. Régime de déplétion ………………………………………………............. 8
I.4.3.3. Faible d’inversion (régime sous le seuil)………………………………….. 9
I.4.3.4. Forte d’inversion …………………………………………………………. 10
a) régime ohmique ………………………………………………………….. 11
b) régime pincé ……………………………………………………………… 11
c) régime de saturation ……………………………………………………… 11
I.4.4. Tension de seuil……………………………………………………………… 12
I.4.5. Caractéristique courant- tension …………………………………………….. 13
I.4.6. Caractéristique
OFFON
II : familles technologiques…………………. …….. 13
I.5. Effet de la miniaturisation …………………………………………………………… 14
I.5.1. DIBL………………………………………………………………………….. 15
I.5.2. L’effet de canaux courts………………………………………………. …….. 16
I.6. Technologie SOI à double grille……………………………………………………… 17
I.7 .Conclusion …………………………………………………………………………… 19

Chapitre II :
Modèle mathématique de DGMOS à canaux courts et logiciel de simulation
II.1. Introduction ………………………………………………………………………….
II.2. Modélisation physique du silicium …………………………………………………..
II.2.1. Structure de bandes ………………………………………………………...
II.2.2. densité d’état ……………………………………………………………….
II.3. Notion de masse effective …………………………………………………………...
II.4. Effets quantiques dans les structures MOS ………………………………………….
II.4.1. Confinement quantique……………………………………………………………
II.5. Equations considérés ………………………………………………………………...
II.5.1. Equation de Poisson ……………………………………………………….
II.5.2. Equation de Schrödinger …………………………………………………..
II.6.Equations Discrètes ………………………………………………………………….
II.6.1. Discrétisation de l’équation de Poisson ……………………………………
II.6.1.a. Approximation Discrète à l’intérieur …………………………….
II.6.1.b. Approximation discrète à l’interface …………………………….
II.6.1.c. Approximation discrète aux frontières ………………………….
II.6.2. Discrétisation de l’équation de Schrödinger ………………………………
II.7. Solution de l’équation discrète de Poisson par la méthode de Newton-Raphson …..
II.8. Résolution auto-coherente des équations Poisson-Shrodinger (Modèle self
consistent) …………………………………………………………………………..
II.9. Transport dans les TMOS nanométriques …………………………………………...
II.9.1. Densité des électrons………………………………………………………
II.9.2. Densité de courants ………………………………………………………
II.10. Approximations considérées et conséquences ……………………………………..
II.11. Algorithme Générale du Programme de simulation………………………………..
II.12.Conclusion ………………………………………………………………………….
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Chapitre III : Résultats et Discutions
III.1.Introduction………………………………………………………………………….
III.2. Présentation du dispositif simulé …………………………………………………..
III.3. Résultats obtenus ……………………………………………………………………
III.3.1. caractéristique statique ……………………………………………………
III.3.1.1. Etat passant …………………………………………………….
III.3.1.2. Etat bloqué ………………………………………………………
III.4. Analyse des effets canaux courts : DIBL…………………………………………
III.5. Influence des paramètres technologiques caractéristiques de la structure de
transistor MOS à double grille (DGMOS) …………………………………………
III.5.1. Effet de la longueur du canal Lg (zone active) …………………………..
III.5.2. Epaisseur de la couche active (canal)…………………………………….
III.5.3. Travail de sortie ………………………………………………………….
III.6. Simulation avec ISE-TCAD……………………………………………………….
III.6.1. ISE-CAD ………………………………………………………………..
III.6.1.1. GENESIS ……………………………………………………….
III.6.1.2. MDRAW ……………………………………………………….
III.6.1.3. DESSIS …………………………………………………………
III.6.1.4. INSPECT ………………………………………………………
III.6.2 : Modélisation quantique sous ISE-TCAD ……………………………….
III.6.3. Analyse des résultats : Comparaison……………………………………..
III.7. Conclusion ………………………………………………………………………….
Conclusion Générale………………………………………………………………………
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