Simulation des mécanismes de transport quantique dans les nanocomposants sur Silicium

par Adel Bouazra

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Moncef Saïd et de Alain Poncet.

Soutenue en 2010

à Lyon, INSA en cotutelle avec l'Université de Monastir , dans le cadre de Ecole Doctorale Matériaux de Lyon (Villeurbanne) , en partenariat avec Laboratoire de Physique des Solides. Faculte des Sciences de Monastir (Tunisie) (laboratoire) et de INL - Institut des Nanotechnologies de Lyon, UMR5270 (Rhône) (laboratoire) .

mots clés

• Électronique industrielle
• Nanotechnologie

Résumé

La réduction de la taille des composants électroniques a entrainé des effets quantiques inévitables, à l’image du confinement quantique et l’effet tunnel. Nous avons essayé de mettre à profit ces phénomènes, pour l’étude du transport quantique à travers des oxydes ultras minces. En effet nous avons commencé par l’étude du transport quantique sur des structures 1D par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson couplées. Un oxyde parfait n’existe pas et tenir compte des pièges est indispensable, c’est pourquoi nous les avons modélisé par un puit de potentiel, au niveau d’un oxyde et à l’interface entre deux diélectriques. La modélisation 1D ne suffit plus pour expliquer tous les phénomènes quantiques, c’est pourquoi l’étude et la modélisation des inclusions nanométriques, présentant un confinement bidimensionnel pour les fils et tridimensionnel pour les boites quantiques est primordiale. Pour ce faire, nous avons résolu les équations de Schrödinger en 2D et en 3D. L’étude du phénomène du transport à travers des boites quantiques, passe par la résolution des équations de Schrödinger-Poisson 3D. Nous nous sommes confrontés principalement à deux problèmes, techniquement très difficile à résoudre, qui se résume sur l’énorme temps de calcul machine et l’espace mémoire pris pour la résolution des problèmes à valeurs propres. L’approximation qui a été réalisée est de calculer l’équation de Poisson 3D en fixant à chaque fois le niveau de Fermi

Titre traduit

= Simulation of quantum transport mechanisms in silicon nanooevices

Résumé

[Reducing the size of electronic components has resulted in inevitable quantum effects such as quantum confinement and tunnelling affect. We have used these phenomena to the study of quantum transport through ultra-thin oxides. We began by studying the quantum transport for 1D structures by solving the coup led Schrodinger-Poisson equations. Oxide ls not perfect and lake account of trap is essential. The trap is modelled by a thin quantum well in the matrix or in interface between two oxides. One dimensions! modelling ls not enough to explain all quantum phenomena, therefore the study and modelling of nanoscale inclusions having a two-dimensions confinement for quantum wire and three dimensional confinement quantum dot, ls essential. To this end we solved the Schr6dinger equations in 20 and 30. The study of the phenomenon of transport through quantum dots, requires solving equations of Schrodinger-Poisson 3D. We face two main problems, technically very difficult to solve, which are the enormous computation al lime and machine memory space taken for solving eigenvalue problems. Some approximations have been made to solve this problem. ]