A l’issue de sa thèse, les travaux menés par Jing ont conduit au dépôt de 3 brevets, de plus de 14 publications et de la récompense 2012 de la Conference VLSI-TSA qui lui décerne le ’Best Student Paper award’.

Cette thèse est consacrée à l’étude de dispositifs à pente sous le seuil abrupte, comprenant le transistor tunnel à effet de champ (TFET) et un nouveau composant MOS à rétroaction que nous avons nommé le Z2-FET. Le Z2-FET est envisagé pour la logique faible consommation et pour les applications mémoire compatibles avec les technologies CMOS avancées. Nous avons étudié de manière systématique des TFETs avec différents oxydes de grille, matériaux et structures de canal, fabriqués sur silicium sur isolant totalement déserté (FDSOI). Les mesures de bruit à basse fréquence (LFN) sur TFETs montrent la prédominance d’un signal aléatoire télégraphique (RTS), qui révèle sans ambiguïté le mécanisme d’effet tunnel. Un modèle analytique combinant l’effet tunnel et le transport dans le canal a été développé, montrant un bon accord entre les résultats expérimentaux et les simulations.

Nous avons conçu et démontré un nouveau dispositif (Z2-FET, pour pente sous le seuil verticale et zéro ionisation par impact), qui présente une commutation extrêmement abrupte (moins de 1 mV par décade de courant), avec un rapport ION / IOFF >109, un large effet de hystérésis et un potentiel de miniaturisation jusqu’à 20 nm. La simulation TCAD a été utilisée pour confirmer que la commutation électrique du Z2-FET fonctionne par l’intermédiaire de rétroaction entre les flux des électrons et trous et leurs barrières d’injection respectives. Le Z2-FET est idéalement adapté pour des applications mémoire à un transistor. La mémoire DRAM basée sur le Z2-FET montre des performances en écriture, avec des tensions d’alimentation jusqu’à 1,1 V, des temps de rétention jusqu’à 5,5 s et des vitesses d’accès atteignant 1 ns. Une mémoire SRAM utilisant le Z²-FET est également démontrée sans nécessité de rafraichissement de l’information stockée.

Notre travail sur le courant GIDL intervenant dans les MOSFET de type FDSOI a été combiné avec le TFET afin de proposer une nouvelle structure de TFETs optimisés avec des courants ION améliorés, basée sur l’amplification bipolaire du courant tunnel. Les simulations de nouveau dispostif à injection tunnel amélioré par effet bipolaire (BET-FET) montrent des résultats prometteurs, avec des ION supérierus à 4mA/μm et des pentes sous le seuil SS inférieures à 60 mV/dec sur plus de sept décades de courant, surpassant tous les TFETs silicium rapportés à ce jour.

La thèse se conclut par les directions de recherche futures dans le domaine de un dispositif à pente sous le seuil abrupte.

Contact : sorin@minatec.inpg.fr