Caractérisation électrique des substrats SOI innovants
Institution:
Grenoble INPGDisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Silicon On Insulator technology (SOI) presents a considerable interest for the micro-electronics because it gradually replaces bulk silicon technology. These last years, new concepts of structures and new manufacturing units allowed a reduction in the cost of SOI substrates, making this technology competitive for high speed and low power CMOS devices. The aim of this thesis is the investigation of Y-MOS (pseudo-MOSFET) and Hg-FET, two techniques very suitable to compare the quality and the electric parameters of various SOI structures. The second objective is to seek solution for improving the thermal dissipation through the buried oxide, in order to enhance of the performances of the SOI transistors while avoiding an increase in the operating temperature. The first chapter reminds the main SOI wafer processing techniques as well as the differences between SOI and bulk silicon. We present, in the second chapter, the electrical techniques of characterization (Y-MOS and Hg-FET) used for this works. The analysis of the measurement errors, the preparation of the samples and the correlation between Y-MOS and Hg-FET are also included. The third chapter is devoted to the study of the innovating substrates. We present results of characterization, modelling and simulation for ultra-thin silicon films. We also introduce the characterization of ultra-thin BOX and silicon on quartz (SOQ). The fourth chapter is related to the integration of high thermal conductivity materials for SOI MOSFET transistors. Numerical simulations reveal the thermal and electrical benefit when the buried oxide material is changed
Abstract FR:
La filière Silicium sur Isolant (SOI) présente un intérêt considérable pour la microélectronique car elle remplace graduellement la technologie sur silicium massif. Ces dernières années de nouveau concepts de structures SOI et de nouvelles unités de production permettent une diminution du coût des plaquettes SOI, rendant cette technologie compétitive pour les circuits CMOS ultra-performants. L’objectif premier de cette thèse est l’étude et les applications du Y-MOS (pseudo-MOSFET) et du Hg-FET, deux techniques très appropriées pour comparer la qualité et les paramètres électriques des différentes structures SOI. Le second objectif est de rechercher des solutions pour une meilleure dissipation thermique au travers de l’oxyde enterré, avec comme enjeu l’amélioration des performances électriques des transistors sur SOI tout en évitant une augmentation de la température de fonctionnement. Nous présentons ensuite les techniques de caractérisations électriques (Y-MOS et Hg-FET) utilisées pour ce travail. Une analyse approfondie est faite sur l’analyse des erreurs de mesure, la préparation des échantillons et la corrélation entre le Y-MOS et le Hg-FET. Le troisième chapitre est consacré à l’étude des substrats innovants. Nous y présentons notamment des résultats de caractérisation, de modélisation et de simulation pour des films ultra-minces de silicium. Le quatrième chapitre porte sur l’intégration de matériaux à forte conductivité thermique pour les transistors MOSFET sur SOI. Des simulations ont permis de comprendre les impacts thermiques et électriques du changement de matériau d’isolant enterré