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Blanc International II - SIMI 9 - Energie, Sciences de l’Ingénierie, Procédés et Matériaux (Blanc Inter II SIMI 9) 2011
Projet NAHDEVI

Dispositifs à hétérojonctions à base de nanofils Si/Ge

L'augmentation des performances des circuits intégrés due à la miniaturisation du composant clé, le transistor MOSFET, fera face dans quelques années à un mur technologique et scientifique. Pour réduire la puissance dissipée par les circuits intégrés, de nouvelles architectures et de nouveaux matériaux qui permettront d'obtenir une faible tension d'opération sont aujourd'hui intensivement étudiés. Les transistors à effet tunnel (TFET) verticaux dont le canal est constitué de nanofils à hétérojonctions sont considérés comme des candidats prometteurs pour remplacer ou compléter la technologie actuelle à base de transistor MOSFET. Grace à sa barrière tunnel intrinsèque, le TFET n'est pas sujet aux effets de canaux courts et leur pente sous le seuil n'est pas limitée à 60mV/décade, limite physique des MOSFET. De plus, la géométrie des nanofils permet d'obtenir une structure quasi idéale d'un point électrostatique, avec la possibilité d'une intégration 3D.
Les nanofils présentent d'autres propriétés intéressantes pour des applications en nanoélectronique, telles que la possibilité de les doper in-situ de type n et p, de réaliser des hétérostructures radiales, de faire croitre des hétérojonctions axiales de matériaux présentant un fort désaccord de maille sans perdre la relation d'épitaxie. La réalisation d'hétérostructures axiales permet de moduler et d'ajuster l'alignement de bandes de valence et de conduction des semiconducteurs , dans l'axe de propagation des porteurs ouvrant ainsi la possibilité de réaliser des dispositifs asymétriques pour des architectures de dispositifs nouveaux difficilement réalisables en technologie planaire.
Un challenge pour réaliser des TFET performants est de maitriser la fabrication d’interfaces abruptes soit pour les structures p-i-n soit pour les structures à modulation de bande interdite. Les hétérojonctions métal semiconducteurs à base de siliciures et leur équivalent en germanium permettent d'obtenir ces jonctions abruptes. Elles peuvent être utilisées comme des barrières tunnels qui réduisent également le comportement ambipolaire généralement observé dans les TFET.
Ce projet de recherche entre la France et l'Autriche réunion quatre équipes de recherche complémentaires sur l'élaboration des nanofils comportant des hétérostructures axiales en composition et en dopage, leur intégration dans des dispositifs verticaux, la caractérisation de leurs propriétés de transport ainsi que la simulation des propriétés physiques des nanofils et des TFET. Les nanofils seront obtenus par croissance CVD-VLS et les jonctions seront formées soit en cours de croissance soit après croissance par conversion d'une partie des fils semiconducteurs en métal (siliciuration et équivalent pour le SiGe et Ge).
Trois systèmes prometteurs seront étudiés au cours du projet : des nanofils à hétérostructures axiales à base de (i) Si et Ge avec une jonction de type p-i-n, (ii) Si, Ge et alliages SiGe pour une modulation de la bande interdite et (iii) des hétérojonctions à base de nanofils Si ou Ge dans lesquels le niveau de dopage sera modulé.
Un procédé d'intégration verticale de nanofils sera développé pour réaliser les dispositifs TFET. Les propriétés structurales et physiques des nanofils et des nanodispositifs TFET seront ensuite étudiées et analysées en couplant diverses techniques de caractérisation avec les simulations associées. Un travail de compréhension sera mené pour relier les propriétés électriques aux propriétés structurales des nanofils, notamment avec le support de la simulation numérique.

Partenaires

Divers public

IMEP/LAHC IMEP/LAHC

Divers public

LTM LABORATOIRE DES TECHNOLOGIES DE LA MICROELECTRONIQUE

Aide de l'ANR 352 620 euros
Début et durée du projet scientifique décembre 2011 - 36 mois

 

Programme ANR : Blanc International II - SIMI 9 - Energie, Sciences de l’Ingénierie, Procédés et Matériaux (Blanc Inter II SIMI 9) 2011

Référence projet : ANR-11-IS09-0008

Coordinateur du projet :
Monsieur Thierry BARON (LABORATOIRE DES TECHNOLOGIES DE LA MICROELECTRONIQUE)
thierry.baron@nullcea.fr

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.