Soutenance de thèse de TATARIDOU Angeliki

Malgré les progrès dans la recherche et développement des composants à semi-conducteurs, avec l'incorporation de nouveaux matériaux et architectures et la réduction des dimensions géométriques, qui conduisent à des performances et à une vitesse supérieure, le bruit basse fréquence, LFN, est devenu une préoccupation majeure pour les transistors micro et nanométriques, car son impact au niveau de l'appareil et du circuit est plus important que jamais. Tout d'abord, il faut noter que, dans cette thèse, quand on parle de LFN, on entend le type de bruit interne dû au piégeage/dépiégeage ou/et aux collisions de porteurs libres. Pour les spectres de type 1/f, la densité spectrale de puissance de tension à bande-plate, SVfb, est inversement proportionnelle à la surface, et donc en passant des dispositifs micro aux dispositifs nanométriques, le niveau LFN est augmenté. De plus, avec la miniaturisation de la surface du transistor, un different type de bruit appelé Random Telegraph Noise apparaît et devient la contribution principale au lieu du 1/f, à mesure que le comportement de piège individuel devient visible. En plus de cela, l'introduction de nouveaux matériaux et architectures dans la technologie CMOS entraîne l'apparition d'un comportement particulier comme celui du bruit de génération-recombinaison qui montre un PSD Lorentzien au lieu de 1/f. En conséquence, les composants électroniques de nouvelle génération seront gouvernés par des instabilités liées à leur bruit intrinsèque. Il est donc essentiel d’adapter les méthodes de caractérisation et de simulation de LFN/RTN pour permettre l'amélioration de la technologie. C'est pourquoi une étude théorique et expérimentale approfondie de toutes les sources de bruit dans les nouveaux composants devient indispensable dans ce domaine de recherche en microélectronique.
Dans cette thèse, les dispositifs qui répondent aux spécifications ITRS sous la demande des directives technologiques "More Moore" et "More than Moore", ont été caractérisés en termes de LFN. A travers cette étude, les phénomènes physiques qui induisent le bruit intrinsèque du dispositif ont été identifiés, une information utile non seulement pour le dispositif lui-même, mais aussi pour la modélisation précise du bruit et donc pour faciliter la conception des circuits associés. En plus, les mesures LFN ont servi d'outil de diagnostic pour l'identification des zones défectueuses donnant des informations sur la qualité des transistors fabriqués. Cette dernière est essentielle pour l'optimisation des étapes de fabrication. De plus, bien que la théorie LFN, ainsi que ses modèles correspondants, soient bien établis et utilisés avec succès depuis des années, les problèmes existant dans les dispositifs miniaturisés pourraient d'une part, entraver l'extraction fiable des paramètres du bruit et d'autre part, ils pourraient être utilisés pour le découplage et l'identification des effets des pièges. Par conséquent, une version révisée du modèle “carrier number with correlated mobility fluctuations” a été proposée afin d'éliminer l'impact de la résistance série sur l’extraction des paramètres de bruit, et une nouvelle méthodologie de mesure a été introduite, utilisant la répartition inhomogène des porteuses à l'intérieur du canal afin de détecter le nombre maximum des pièges RTN. Enfin, ainsi que l'apparition de spectres Lorentziens étant de plus en plus fréquente dans les technologies FET avancées, les modèles de domaine fréquentiel LFN doivent être révisés. En effet, les modèles de domaine fréquentiel existants sont limités au comportement typique en 1/f qui, comme nous le prouvons dans cette thèse, peut compromettre le fonctionnement sûr des circuits. Nous présentons une méthode pour implémenter des spectres de bruit Lorentziens dans Verilog-A. Une fois cette méthode validée, quelques exemples d'application du bruit de circuit sont présentés, pour l'extraction précise de l'impact du bruit Lorentzien sur la performance des circuits.

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