La modélisation des dispositifs est ainsi devenue un domaine très concurrentiel à l’échelle internationale. Récemment, plusieurs approches théoriques capturant les effets quantiques se sont imposées, dont celle des fonctions de Green hors-équilibre. Même si ces approches manquent encore de réalisme dans la description de certains effets, elles ont atteint un degré de maturité rendant pertinente la confrontation avec des mesures expérimentales.

Ce projet propose donc une comparaison inédite des approches théoriques les plus sophistiquées à ce jour (i.e. basées sur le formalisme des fonctions de Green) avec des mesures expérimentales réalisées sur des transistors à l’état de l’art de la technologie CMOS. L’objectif final est d’analyser à l’aide de modèles validés expérimentalement, les limites des performances de transistors MOS à nanofil et d’évaluer leurs avantages éventuels sur les transistors planaires FD-SOI (fully depleted Silicon On Insulator).

Nous explorerons donc les défis auxquels doivent faire face ces deux architectures à partir d’un consortium rassemblant des compétences complémentaires allant de la simulation/modélisation à la fabrication et à la caractérisation de dispositifs. L’effort collectif des partenaires sera focalisé sur plusieurs mécanismes physiques essentiels à la compréhension du transport quantique dans les nano-transistors, et réparti selon les tâches suivantes: (i) influence de l’interface Si/SiO₂ sur les propriétés de transport, (ii) influence de la diffusion des électrons par les phonons, (iii) étude du transport de trous : transistors de type p, (iv) mesures expérimentales: caractérisation des dispositifs FD-SOI et à nanofil de dernière génération (longueur de grille entre 10 et 20 nm), (v) comparaison à l’aide des modèles théoriques (validés expérimentalement) des architectures FD-SOI et nanofil.

The device modeling became then a very competitive domain at the international level. Recently, several theoretical approaches capturing the quantum effects were developed, among which that of the non-equilibrium Green’s Function. Even if these approaches still miss precision in the description of few effects, they have reached a degree of maturity allowing relevant confrontation with experimental data.

This project proposes then for the first time a comparison between the most sophisticated theoretical approaches (i.e. based on non-equilibrium Green’s function formalism) and experimental measurements performed on transistors at the state of the art of the CMOS technology. The final goal is to analyze by means of models experimentally validated, the limits of the nanowire transistor performances and to estimate their possible advantages over planar FD-SOI (fully depleted Silicon On Insulator) devices.

We will then investigate the challenges to face for these two architectures by help of a consortium that merges complementary expertises ranging from simulation/modeling to fabrication and characterization of devices. The collective effort of partners will be devoted to address the following issues: (i) influence of the Si/SiO2 interface, (ii) influence of the electron-phonon coupling, (iii) study of hole transport: p-type transistors, (iv) experimental data: characterization of FD-SOI and nanowire devices at the state of the art of the CMOS technology (gate length from 10 to 20 nm), (v) comparison of the FD-SOI and nanowire architectures based on the theoretical models.

We will progressively develop a three-dimensional “experimentally validated” quantum transport modeling tool. It will allow to improve the analysis of the current characteristics and will be of a great relevance to optimize the architectures of the next generations of transistors. QUASANOVA project offers a natural means for fusing the expertise of different groups which could lead to breakthroughs in the understanding of nano-transistors as well as providing novel tools for the simulation and the design of nano-transistors for the next generations circuit and system applications.