Abstract FR:

A microélectronique doit utiliser des diélectriques de grille de plus en plus minces pour les transistors MOS, ce qui donne lieu à un fort courant de grille. Une partie de ce travail a ainsi été consacrée à l'étude des propriétés de ce courant dans le cas de diélectriques de grille SiO2 ultra minces. Nous avons trouvé une influence des états d'interface à faible champ et de la résistance série à fort champ, et développé une méthode de correction de l'influence du courant de grille sur le courant de drain. Un moyen pour diminuer le courant de grille est d'utiliser des diélectriques de grille à haute permittivité (high-k). Au cours de cette thèse, nous avons donc étudié les propriétés et les caractéristiques électriques de transistors MOS avec de l'oxyde d'hafnium (HfO2) comme diélectrique de grille, avec une fine couche de SiO2 à l'interface avec le substrat, et une grille métallique midgap TiN. Le courant tunnel à travers ce bicouche à été simulé et le rôle de différents paramètres comme l'épaisseur des deux couches a été explicité. Les mécanismes de conduction à travers ce diélectrique ont été étudiés et montrent une grande influence des défauts du HfO2. Une étude du piégeage dans le bicouche a donc été effectuée. Comme pour tous les MOSFETs à diélectrique de grille high-k, la mobilité a été trouvée dégradée par rapport au cas du SiO2. Les causes de cette dégradation ont été étudiées par des mesures à différentes températures et par l'injection de charges dans le diélectrique, et montrent que les défauts chargés présents dans le bicouche HfO2/SiO2 sont la principale cause de la faible mobilité observée sur ces dispositifs.