8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Propriétés hyperfréquences et de bruit des filières conventionnelles de transistors MOS à grille sub-100 nm.

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1 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Propriétés hyperfréquences et de bruit des filières conventionnelles de transistors MOS à grille sub-100 nm G. Pailloncy, G. Dambrine, F. Danneville IEMN CNRS UMR 8520 Groupe ANODE http://www.univ-lille1.fr/anodegroup

2 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005PLAN Performances HF (incluant le Bruit) des MOSFETs, Etat de l’ArtPerformances HF (incluant le Bruit) des MOSFETs, Etat de l’Art Etude des paramètres de bruit intrinsèques avec la réduction d’échelleEtude des paramètres de bruit intrinsèques avec la réduction d’échelle Etude de F max avec la réduction d’échelleEtude de F max avec la réduction d’échelle Optimisation (F max, F min )?Optimisation (F max, F min )? ConclusionConclusion

3 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 F t, F max des MOSFETs et des HEMTs : Etat de l’Art

4 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Minimum de Bruit des MOSFETs et des HEMTs : Etat de l’Art

5 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Les performances HF et de Bruit des MOSFETs s’améliorent avec la réduction d’échelle mais on constate une limitation des performances pour les longueurs de grille sub-100 nm.Les performances HF et de Bruit des MOSFETs s’améliorent avec la réduction d’échelle mais on constate une limitation des performances pour les longueurs de grille sub-100 nm.  Quels sont les paramètres limitants ces performances? Les sources de bruit, les propriétés électriques intrinsèques, les éléments parasites…Objectifs:  Etude analytique des sources et des paramètres de bruit haute fréquence avec la réduction d’échelle.  Etude des différentes contributions des paramètres intrinsèques et extrinsèques de F max.

6 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 avec:avec:

7 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005  Les sources de bruit intrinsèque ne sont pas la cause principale des limitations de performances de bruit avec la réduction d’échelle.  Comportement électrique?

8 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005avec:  La fréquence maximale d’oscillation est un bon facteur de mérite du comportement électrique du dispositif: Origine des limitations:  Intrinsèque?  Extrinsèque?  Mixte?

9 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Limitations intrinsèques? Effets canaux courts… g d est le principal paramètre intrinsèque limitant f max.

10 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Limitations extrinsèques? Résistances d’accès… f max (& le Bruit) dépend fortement de R g, R s. Amélioration importante avec la siliciuration et la topologie de grille.

11 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Limitations mixtes? C Miller /C gin … Le ratio C Miller /C gin doit être considéré comme un paramètre limitant avec la réduction d’échelle.

12 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 f c continue à croître 1. 1.Les résistances d’accès sont les premiers paramètres limitant. 2. 2.Ce ratio de capacité est le second paramètre limitant. 3. 3.La conductance de sortie (effets canaux courts) est le troisième paramètre limitant. Les paramètres limitant f max avec la réduction d’échelle: Résumé.

13 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Source Drain BufferIn 0.52 Al 0.48 As Canal In 0.53 Ga 0.47 As Barrière InP Substrat Cap layer InGaAs Espaceur Canal Actif Causes de Parasites Technologie auto-aligné: Le canal actif et les caissons S & D sont directement liés Optimisations technologiques pour un noeud donné… Une faible fenêtre …

14 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Conclusion (1) Les paramètres de bruit intrinsèque (P,R,C) ne sont pas vraiment affectés par la réduction d’échelle.Les paramètres de bruit intrinsèque (P,R,C) ne sont pas vraiment affectés par la réduction d’échelle. F max est un bon facteur de mérite des performances du dispo… les performances de bruit dépendent fortement de F max.F max est un bon facteur de mérite des performances du dispo… les performances de bruit dépendent fortement de F max. F max est fortement influencé par le ratio C Miller /C gin …F max est fortement influencé par le ratio C Miller /C gin … La fenêtre d’optimisation possible est très faible.La fenêtre d’optimisation possible est très faible.

15 8ème édition des JNRDM Paris 10-12 Mai 2005 Conclusion (2) Des efforts doivent être menés vers des solutions alternatives…Des efforts doivent être menés vers des solutions alternatives…  Grille en T métallique…  Transistors double grille, FinFET, LSB-MOS… Peu de caractérisations HF pour ces dispositifs…Peu de caractérisations HF pour ces dispositifs… Des modèles physiques robustes doivent être développés pour étudier les propriétés de bruit de ces dispositifs.Des modèles physiques robustes doivent être développés pour étudier les propriétés de bruit de ces dispositifs.