Etude de la mobilité dans des transistors intégrant un oxyde de forte permittivité et une grille métallique

par Laurent Thevenod

Thèse de doctorat en Micro et nano-électronique

Sous la direction de Mireille Mouis.

Soutenue en 2009

à Grenoble INPG .


  • Résumé

    Afin de satisfaire aux exigences imposées par la Roadmap ITRS, l’industrie microélectronique doit envisager un certain nombre de révolutions dans ses procédés de fabrication des composants. En effet, la seule miniaturisation des dimensions du transistor à effet de champ Métal-Oxyde-Semiconducteur (MOSFET) ne suffit plus à améliorer les performances des dispositifs. Parmi les solutions envisagées, l’une des plus prometteuses consiste à remplacer l’isolant de grille « historique » en oxyde de silicium (SiO2) et la grille en polysilicium par un couple constitué d’une grille métallique et d’un matériau isolant possédant une plus forte permittivité diélectrique. Ce travail présente ainsi les effets du couple grille TiN/dioxyde d’hafnium HfO2 sur les performances électriques d’un MOSFET en étudiant la mobilité des porteurs libres en régime d’inversion.

  • Titre traduit

    Study of free carrier in MOSFETs integrating a metallic gate and a high-k material as a gate oxide


  • Résumé

    In order to follow the more and more constraining ITRS Roadmap specifications, the microelectronic industry has to deal with many modifications in its way to process electronic components. Indeed, only shrinking the dimensions of the Metal-Oxide-Semiconductor Field effect Transistor (MOSFET) has become insufficient to reach the expected performance and new approaches have to be imagined. One of the most promising solutions is to replace the "historical" SiO2 gate oxide and the polysilicon gate by a metal gate deposited on a high-k material. This work reports on the influence of the TiN/HfO2 stack on the electrical performances of a MOSFET by studying a characteristic parameter of electrical transport in the conduction layer : carrier mobility in the inversion channel. A theoretical study of the different scattering processes that limit mobility in these new architectures was first realized. In a second step, innovating experimental techniques were developed to extract the mobility (magnetoresistance measurements, pulsed split C-V. . . ) and precisely characterize the set of devices. Using these two complementary approaches, we were able to determine the dominant scattering processes which are responsible for carrier mobility degradation when a TiN metal gate and an HfO2 high-k layer are used.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication en 2010 par [CCSD] à Villeurbanne

Etude de la mobilité dans des transistors intégrant un oxyde de forte permittivité et une grille métallique

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Informations

  • Détails : 1 vol. (214 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. 117 réf.

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  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : TS09/INPG/0144/D
  • Bibliothèque : Université Grenoble Alpes (Saint-Martin d'Hères, Isère). Bibliothèque et Appui à la Science Ouverte. Bibliothèque universitaire Joseph-Fourier.
  • Disponible sous forme de reproduction pour le PEB
  • Cote : TS09/INPG/0144

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  • Cote : 2009INPG0144
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