Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

Thèse préparée au Laboratoire Electronique et des Technologies de l’Information

Thèse préparée au Laboratoire Electronique et des Technologies de l’Information (CEA-LETI MINATEC) et à l’Institut Matériaux Microélectronique Nanosciences de Provence (IM2NP-CNRS) Année 2012 THESE présentée devant L’UNIVERSITE AIX-MARSEILLE Par Julien DURA Ingénieur de l’Institut National Polytechnique de Grenoble en vue d’obtenir LE GRADE DE DOCTEUR Ecole doctorale : Mécanique, Physique, Micro- et Nano-électronique Spécialité : Micro- et Nano-électronique Etude et modélisation des phénomènes physiques émergents pour la simulation de dispositifs électroniques à base de nanofils de silicium Directeur de thèse : Daniela MUNTEANU Co-encadrant : François TRIOZON Soutenue le 18 octobre 2012 devant la commission d’examen : Président M. Ian O’Connor Professeur, Ecole centrale de Lyon Rapporteur M. Arnaud Bournel Professeur, Université Paris Sud Rapporteur M. Thomas Zimmer Professeur, Université de Bordeaux 1 Examinateur Examinateur M. Hervé Jaouen M. Jean-Luc Autran Ingénieur STMicroelectronics Crolles Professeur, Université de Provence Directeur de thèse Mme. Daniela Munteanu Directrice de recherche, CNRS Co-encadrant M. François Triozon Ingénieur CEA-LETI 1 Remerciements Après un investissement professionnel et personnel de près de 36 mois, voilà que ma thèse se termine. La rédaction du manuscrit est donc le moment idéal de remercier toutes les personnes qui ont été impliquées, de prés ou de loin, à ce travail. Vu le nombre de personnes croisées au sein des deux organismes qui ont accepté d’encadrer mes travaux, le CEA-LETI de Grenoble et l’IM2NP de Marseille, cette liste sera loin d’être exhaustive. Si toutefois, votre nom a été malencontreusement oublié, n’hésitez pas à le rajouter sur votre propre version...aucun droit d’auteur n’est appliqué ! ! En tout premier lieu, je tenais à remercier l’ensemble de mon jury de soutenance qui a accepté d’évaluer mon travail. Parmi les membres extérieurs du jury, je remercie cha- leureusement le président du jury, Mr Ian O’connor, professeur à l’école centrale de Lyon. Ensuite, je remercie les deux rapporteurs qui m’ont autorisé à soutenir ma thèse, mes- sieurs Arnaud Bournel, professeur à l’université Paris-Sud, et Thomas Zimmer, professeur à l’université de Bordeaux 1. Enﬁn, un grand merci à Hervé Jaouen de la société STmi- croelectronics, examinateur de mon travail qui a su apporter sa vision industrielle. Ensuite, comment ne pas remercier les personnes qui m’ont encadrées au quotidien et, sans qui, je n’aurais certainement pas atteint les objectifs initialement ﬁxés : Un grand merci à Mme Daniela Munteanu, directrice de recherche au CNRS, pour m’avoir dirigé dans ma recherche, conseillé et soutenu durant ces trois années de présence au sein de l’IM2NP. Au sein du CEA-LETI, j’ai eu le privilège d’avoir été encadré par Mr François Triozon, ingénieur de recherche, qui a su mettre à mon niveau toutes ces connaissances. Si j’ai pu acquérir qu’une inﬁme partie de son savoir-faire, le contrat est largement rempli ! Enﬁn, je remercie le dernier membre de mon jury, Mr Jean-Luc Autran, professeur de l’université Aix-Marseille et directeur du département nanoélectronique de l’IM2NP, pour m’avoir accueilli au sein de son équipe et m’avoir donné les possibilités de progresser. Je tenais également à associer à ces remerciements toutes les personnes qui ont été for- 1 Remerciements tement impliquées à ce travail mais dont la présence dans le jury n’a pu être validées. Je remercie donc Mr Sylvain Barraud, ingénieur de recherche au CEA-LETI, qui m’a ap- puyé et soutenu « numériquement » durant toutes ces années ; Mr Yann-Michel Niquet, ingénieur de recherche au CEA-INAC, pour tout son savoir et son humilité qui rend l’am- biance agréable (même si on ne comprend pas tout). Enﬁn, un grand merci à Mr Sébastien Martinie, ingénieur de recherche, qui a su brillamment passer le relai et me mettre le pied à l’étrier. Passons maintenant à mes collègues de travail avec qui je n’ai pas eu la chance de tra- vailler mais avec qui les trois années sont passées très rapidement. Je remercie en premier lieu Jean-Charles Barbé pour m’avoir accueilli au sein de son laboratoire LSM et m’avoir donné la possibilité de développer l’aspect recherche de mon travail dans un environ- nement appliqué tel que le CEA-LETI. J’associe également tous les permanents de ce laboratoire : Philipe, Pierrette, Olga, Pascal, François D., Patrick, Gilles, Marina, Hélène, Marie-Anne, Anne-Sophie... Aﬁn d’éviter toute jalousie malsaine, je remercie également chaleureusement les trois mousquetaires de l’IM2NP dont l’ouverture d’esprit et la socia- bilité sont hors-normes pour des chercheurs « purs souches ». Merci donc à Marc, Fabienne et Nicolas C... La vie d’un labo ne serait rien sans eux donc je tenais à les remercier dans leur en- semble, il s’agit bien sur de tous les stagiaires, thésards et post-docs que j’ai pu croiser. Commençons évidemment par mes co-bureaux historiques avec qui j’ai perdu tant de neurones : Hadrien, Aude et Nicolas. Je n’oublie évidemment pas les autres (en vrac) : Benoit, Raphael, Sylvain, Eddie, Sébastien, Alexandre, Rémy, Mathieu, Emmanuelle, Sa- lim, Ania, sans oublier les petits nouveaux, Pierre et Anouar. Un grand merci à vous pour les pauses « café » de 16h et les parties de cartes dont le nom fait référence à une pratique sexuelle non recommandée pas l’église catholique. Pour conclure, je tiens à associer à ces remerciements toutes les personnes « extra- professionnelles » qui m’entourent aux quotidien, que ce soit mes amis ou ma grande famille. Même si leur aide s’est révélée limitée dans la résolution de la dernière équation à la mode, leur présence est essentielle pour trouver un équilibre dans ma vie. A toute les personnes que je viens de citer et celles que j’ai pu croiser lors de mon par- cours, ce fut un plaisir de travailler (ou autre) avec vous et j’espère ce sentiment restera partagé au ﬁl du temps... 2 Table des matières Glossaire 7 Introduction 11 I Simulation du transport électronique dans les nanocompo- sants 17 1 La structure électronique d’un matériau 21 1.1 Notions théoriques du problème à N corps . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21 1.2 Les diﬀérentes méthodes utilisées . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2.1 Les méthodes ab initio . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 1.2.2 Les méthodes semi-empiriques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 1.3 Extraction de la fonction d’onde mono-électronique- Équation de Schrö- dinger 3D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 1.4 Neutralité électronique - Couplage avec Poisson . . . . . . . . . . . . . . . 31 2 Modélisation du transport électronique : du classique au quantique... 35 2.1 Formalismes mathématiques pour le transport . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.1.1 Equation de Liouville - Von Neumann . . . . . . . . . . . . . . . . 36 2.1.2 Equation de Wigner . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37 2.1.3 Équation de Boltzmann . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38 2.2 Approches Macroscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 2.3 Approches Microscopiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.1 Résolution Déterministe . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 2.3.2 Résolution Particulaire (Monte Carlo). . . . . . . . . . . . . . . . . 45 2.4 Approche Matricielle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46 2.5 Approche compacte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 3 Remerciements II L’architecture "nanoﬁl" comme solution pour le contrôle électrostatique des composants nanoélectroniques 55 3 Le transistor MOSFET comme brique de base de la nanoélectronique 59 3.1 Introduction au MOSFET . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60 3.2 uploads/Geographie/ dura-0299000505z-th.pdf