Données brutes et extraction des paramètres électriques

Dans cette partie, les résultats de caractérisation électrique obtenus sur les NN-FET pour différentes températures sont présentés. Le mode opératoire est le suivant. Pour chaque configuration intéressante (Lmasque et dNfil fixés), les caractéristiques Id-Vg obtenues pour un dispositif à différentes températures sont exposées. Ensuite, les paramètres électriques principaux sont extraits à l’aide d’un modèle compact et ces paramètres sont représentés en fonction de la température, pour différentes configurations.

VI.2.3.1. Données brutes : cas « nanofils en parallèles »

Sur la Figure VI-5 sont montrés les caractéristiques Id-Vg obtenues à différentes températures pour des dispositif tel que Lmasque = 5 µm (avec dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 pour la Figure VI-5-(a) et dNfil = 0,65 nanofils.µm-2 pour la Figure VI-5-(b)). Lorsque Lmasque est inférieur à la longueur moyenne des nanofils (7 µm), alors on peut considérer que la conduction électrique est majoritairement due aux nanofils contactant directement la source et le drain.

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Figure VI-5 : Mesures : Caractéristiques Id-Vg obtenues pour un dispositif tel que Lmasque = 5 µm à différentes températures. a) dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 et Vd = -4 V b) dNfil = 0,65 nanofils.µm-2 et Vd = -9 V

Une augmentation assez faible de la mobilité avec la température est visible sur les deux figures. Sur la Figure VI-5-(a), une importante augmentation du courant à l’état OFF est visible, ce qui peut s’expliquer par un mécanisme de fuite activé en température. Une variation de la pente sous le seuil peut être visible mais est difficile à interpréter en raison de la variation de courant à l’état OFF. Sur la Figure VI-5-(b), la pente sous le seuil ainsi que la tension de seuil paraissent indépendantes de la température.

VI.2.3.2. Données brutes: régime percolant

Sur la Figure VI-6 sont montrées les caractéristiques Id-Vg obtenues à différentes températures pour un dispositif tel que Lmasque = 50 µm (avec dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 pour la Figure VI-6-(a) et dNfil = 0,65 nanofils.µm-2 pour la Figure VI-6-(b)). Sur la Figure VI-7 sont montrées les caractéristiques Id -Vg obtenues à différentes températures pour un dispositif tel que Lmasque = 1000 µm et dNfil = 0,65 nanofils.µm-2.

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Figure VI-6 : Mesures : Caractéristiques Id-Vg obtenues pour un dispositif tel que Lmasque = 50 µm à différentes températures. a) dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 et Vd = -4 V b) dNfil = 0,65 nanofils.µm-2 et Vd = -9 V

Figure VI-7 : Mesures : Caractéristiques Id-Vg obtenues pour un dispositif tel que Lmasque = 1000 µm et dNfil = 0,65 nanofils.µm-2, à différentes températures et pour Vd = -9 V

Pour les dispositifs étudiés sur ces figures, Lmasque est très grand par rapport à la longueur moyenne des nanofils. Donc, le régime de conduction des NN-FET est le régime percolant, c’est-à-dire que le chemin de conduction est constitué de nanofils et de jonctions inter-nanofils.

Le courant à l’état ON augmente avec la température, avec une amplitude de variation plus importante que pour les dispositifs non percolants. Un décalage de la tension de seuil vers les tensions positives est aussi visible lorsque la température augmente.

Pour les dispositifs NN-FET en régime percolant, les variations observées sur les caractéristiques les plus intéressantes ont lieu à forte inversion ou à la limite du seuil. Dans la partie suivante, les paramètres électriques principaux sont extraits.

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VI.2.3.3. Extraction des paramètres électriques

Pour cette extraction de paramètres, nous avons utilisé le modèle compact basé sur la fonction W de Lambert comme dans les chapitres précédents. Le paramètre électrique d’atténuation au premier ordre de la mobilité 1 est maintenu à 0 V-1 car les paramètres électriques extraits sont aberrants si 1 est laissé libre (cela étant lié au fait que la gamme de Vg étudiée est assez étroite et que peu de points sont mesurés sur chaque cycle). Ainsi, il est possible d’extraire la mobilité apparente à bas champ µ0, le facteur d’idéalité de la pente sous le seuil n et la tension de seuil Vth.

Les Figure VI-8 à Figure VI-10 montrent l’évolution de µ0 en fonction de l’inverse de la température pour des densités de nanofils et des Lmasque différents :

- La Figure VI-8 pour Lmasque < Lmoyen (5 µm) et Lmasque > Lfil (50 µm) et pour une faible densité de nanofils (0,28 nanofils.µm-2) ;

- La Figure VI-9Figure VI-8 pour les mêmes Lmasque et pour une importante densité de nanofils (0,65 nanofils.µm-2) ;

- La Figure VI-10 pour la même densité et pour Lmasque >> Lfil (1000 µm).

Figure VI-8 : Mesures : Variations de µ0 en fonction de l’inverse de la température pour les dispositifs tel que dNfil = 0,28 nanofils.µm^-2. Avec les symboles pleins dans la zone colorée en noir sont représentés les valeurs de µ0 correspond à Lmasque = 5 µm. Avec les symboles creux dans la zone colorée en rouge sont représentés les valeurs de µ0 correspond à Lmasque = 50 µm. Les lignes en pointillés sont des guides pour les yeux.

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Figure VI-9 : Mesures : Variations de µ0 en fonction de l’inverse de la température pour les dispositifs tel que dNfil = 0,65 nanofils.µm-2. Avec les symboles pleins dans la zone colorée en noir sont représentés les valeurs de µ0 correspond à Lmasque = 5 µm. Avec les symboles creux dans la zone colorée en rouge sont représentés les valeurs de µ0 correspond à Lmasque = 50 µm. Les lignes en pointillés sont des guides pour les yeux.

Figure VI-10 Mesures : Variations de µ0 en fonction de l’inverse de la température pour les dispositifs tel que dNfil = 0,65 nanofils.µm-2 et Lmasque = 1000 µm.

Sur ces figures, on constate que µ0 augmente avec la température. A dNfil constante (par exemple, sur la Figure VI-8), la mobilité augmente plus fortement à Lmasque plus élevée. A Lmasque constant (par exemple, en comparant les Figure VI-8 et Figure VI-9 pour Lmasque = 50 µm), la mobilité augmente plus fortement lorsque dNfil est faible.

La Figure VI-11 présente la variation de la tension de seuil Vth extraite en fonction de la température pour Lmasque = 50 µm et dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 pour 5 dispositifs nominalement identiques. Sur cette figure, Vth augmente avec la température ou reste constant.

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Figure VI-11 : Mesures : Variation de la tension de seuil Vth en fonction de la température pour Lmasque = 50 µm et deux valeurs de dNfil. Les symboles pleins correspondent à dNfil = 0,28 nanofils.µm-2 et les symboles en creux à dNfil = 0,65 nanofils.µm-2. Les lignes sont des guides pour les yeux .

La prochaine partie est consacrée à l’explication de ces tendances.