Élaboration et caractérisation de couches ferroélectriques pour la fabrication de transistors FeFET

par Ivane Bottala-Gambetta

Projet de thèse en 2MGE : Matériaux, Mécanique, Génie civil, Electrochimie

Sous la direction de Elisabeth Blanquet.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de I-MEP2 - Ingénierie - Matériaux, Mécanique, Environnement, Energétique, Procédés, Production , en partenariat avec Science et Ingénierie des Matériaux et Procédés (laboratoire) depuis le 08-02-2019 .


  • Résumé

    L'évolution permanente des dispositifs électroniques exige que leurs constituants soient sans cesse adaptés. Les mémoires actuelles se basent sur des architectures dites à changement de phase ou PCM (Phase Change Memory), mais elles nécessitent des courants élevés pour fonctionner. L'introduction des matériaux ferroélectriques permettrait de créer des mémoires fonctionnant avec des tensions d'opération moindres et seraient donc plus adaptées aux technologies nécessitant une faible consommation (applications mobiles par exemple). La particularité principale de ces matériaux est leur capacité à conserver une polarisation rémanente à champ nul. Cette polarisation peut être renversée sous l'effet d'un champ électrique externe. Il est donc possible d'associer les deux états de polarisation aux deux états logiques d'un transistor (« passant » et « bloquant »), élément de base des mémoires. Cette thèse a pour objectif d'étudier ces matériaux ferroélectriques afin de les introduire dans les mémoires des futures générations. Une étude bibliographique permettra l'établissement d'un plan d'expérience pour élaborer des couches par dépôt de couches atomiques (ou ALD pour Atomic Layer Deposition). Ensuite, ces dépôts seront caractérisés en fonction de plusieurs facteurs comme la ferroélectricité, la structure cristalline ou encore la composition. De cette analyse seront déduites les conditions optimales pour satisfaire une polarisation élevée du matériau. L'intégration des couches dans les transistors associés marquera une deuxième étape de la thèse. Celle-ci servira principalement à valider la bonne fonctionnalité de ces transistors dits FeFET, mais aussi à étudier l'interface entre l'oxyde ferroélectrique et le canal du transistor. Cette étude de l'interface, supportée par des simulations thermodynamiques et cinétiques, veillera à ce que les charges ne viennent pas s'accumuler à ce niveau, ce qui impacterait le bon fonctionnement du transistor.

  • Titre traduit

    Development and characterization of ferroelectric layers for the fabrication of FeFET transistors


  • Résumé

    Permanent progression of electronic devices requires that their components must be constantly adapted. The current memories are based on Phase Change Memory (PCM) architectures, but they need high power to work. The introduction of ferroelectric materials would enable to create memories working with lower voltages and therefore being more adapted to technologies requiring low consumption (mobile applications for instance). The main feature of these materials is their ability to keep a residual polarization at null field. This polarization can be reversed thanks to an external electric field. So, it is possible to match the two states of polarization with the two logical states of a transistor (“passing” and “blocking”), fundamental element of the memories. This thesis aims to analyze this ferroelectric material to introduce them in future generations of memories. A bibliographic study will allow to set up a design of experiments to fabricate these layers by Atomic Layer Deposition (ALD). Next, these depositions will be characterized according to several factors like the ferroelectricity, the crystal structure or the composition. Optimal conditions to satisfy a high polarization of the material will be deducted from this analyze. The integration of the layers in the associated transistors will mark a second step of the thesis. This one will mainly allow to validate the proper functioning of this so-called transistors FeFET, but also to study the interface between the ferroelectric oxide and the canal of the transistor. This study of the interface, supported by thermodynamic and kinetic simulations, will ensure that the electric charges do not come to accumulate, which would impact the functioning of the transistor.