1 (6)où est la permittivité relative du silicium. On obtient ainsi une courbe en fonction de Vgf (Fig. 8-b). La valeur de Nd qui représente le dopage de canal correspond au plateau qu'on observe dans cette courbe. Les valeurs obtenues ainsi confirment que les valeurs réelles de dopage sont plus faibles que les valeurs cibles, d'environ un facteur 2. Ces valeurs de dopage sont tout à fait cohérentes avec les valeurs obtenues pour la mobilité faible champ en canal long (Fig. 6) et pour le silicium massif [11].
Figure 8. (a) Densité surfacique de porteurs libres (ns) en fonction de Vgf.. Le dopage de canal est déduit de la valeur ns_fb de la densité surfacique de porteur à la tension de bandes plates ( 0.24 V). (b) Variation en fonction de Vgf du dopage apparent extrait par la fonction de Maserjian pour des JLT de dopage différent. Le dopage visé valait 1×1019 cm-3 (courbe rouge) ou 2×1019 cm-3 (courbe grise). Les valeurs de Nd extraites au niveau du plateau valent respectivement 5×1018 cm-3 et 8×1018 cm-3.
Extraction de paramètres à partir de la capacité grille-canal
Nous avons également analysé les variations de la capacité grille canal par unité de largeur, Cgc. La figure 9-a montre comment Cgc varie avec Vg en fonction de la largeur du JLT. Le paramètre Wtop_eff représente la largeur effective du JLT vu de dessus. Il faut lui ajouter deux fois l'épaisseur du film pour obtenir la largeur effective utilisé pour la normalisation de Cgc. Lorsque Vg augmente, on observe d'abord une augmentation de Cgc, liée à la transition entre le régime entièrement déserté et la formation du canal neutre en volume. Cela se traduit par un premier épaulement sur la gauche de la courbe. Un second épaulement apparait ensuite à la transition entre le régime de désertion partielle en surface et le régime d'accumulation. Ces épaulements se traduisent par des pics sur la dérivée de Cgc. Au vu de ce qui a été dit précédemment, ces pics permettent d'extraire les valeurs de Vth et de Vfb (Figure 9-b) [15].
Figure 9. (a) Variation, en fonction de Vg, de la capacité par unité de largeur de grille (Cgc) pour différentes valeurs de la largeur effective vue de dessus (Wtop_eff) et (b) courbes dCgc/dVg normalisées en fonction de l'amplitude du second pic.
Par ailleurs, on constate sur la figure 9-a que le premier épaulement s'atténue lorsque la largeur décroit, pour disparaitre complètement dans les JLT les plus étroits (Wtop_eff = 25 nm) - qui peuvent être considérés comme des transistors JLT tri-gate à nanofil. Cela traduit le fait que le canal en volume joue un rôle relatif de plus en plus faible par rapport au canal d'accumulation en surface au fur et à mesure que le canal se rapproche d'un JLT tri-gate. On retrouve cette tendance sur la dérivée. Lorsque Wtop_eff décroit, l'amplitude du premier pic décroit par rapport au second (pour faciliter la comparaison, ce dernier a été maintenu constant par normalisation de la dérivée), traduisant une décroissance du poids relatif de la conduction en volume par rapport à la conduction en surface dans les transistors JLT les plus étroits. On constate par ailleurs que la position du premier pic (Vth) se décale légèrement vers
inchangée. En effet pour les JLT larges, le transistor se comporte comme un composant planaire contrôlé par la grille supérieure. Quand la largeur du canal diminue, une proportion non négligeable du canal est également contrôlée par les côtés (grilles latérales). Cet effet est particulièrement visible en désertion partielle: dans ce régime la distribution du potentiel est fortement affectée par la présence des grilles latérales. C'est au moment de la formation du canal neutre que la différence entre un fonctionnement planaire à un fonctionnement tri-gate est la plus visible. C'est ce qui explique la sensibilité de Vth à la valeur de Wtop_eff. Nous exploiterons plus loin cette idée pour en déduire une méthode d'extraction du dopage et la tension de bandes plates. On observe notamment qu'il n'existe plus qu'un seul pic (en pointillés sur la figure 9-b) pour les JLT de type nanofil tri-gate (Wtop_eff = 25 nm). Ceci traduit le fait que les grilles latérales jouent un rôle primordial pour des largeurs aussi faibles. Cette constatation confirme les résultats de Choi et al. qui avaient montré une augmentation de Vth lorsqu'on réduit la largeur du canal dans le cas de transistors JLT à grille enrobante (GAA). Ces auteurs ont également montré que la tension de seuil des JLT était beaucoup plus sensible aux variations de largeur de canal que celle des transistors à inversion. [16]
Figure 10. Mobilité effective eff extraite par la technique split CV, à partir des mesures de la capacité grille-canal et du courant de drain. Variation en fonction de la tension de grille Vg-Vth (référencée par rapport à la tension de seuil) pour différentes valeurs de la largeur de canal. Pour cette extraction, les composants sont polarisés en régime linéaire (Vd = 50 mV).
La mesure de la capacité de grille-canal permet d'extraire la mobilité effective par la méthode split CV, ainsi que sa variation en fonction de la tension de grille. La figure 10 montre les courbes obtenues pour différentes des composants de largeur différente. Les JLT très étroits (Wtop_eff = 25nm) se comportent très différemment des JLT plus larges (Wtop_eff entre 175nm et 975nm). Ceci est dû à l'effet des grilles latérales qui modifie profondément la distribution des charges mobiles par rapport à un composant planaire, notamment dans les régimes de tension intermédiaires entre désertion totale et accumulation. C'est cette modification de la charge qui se traduit par une variation apparente de la mobilité effective - dans une zone de polarisation où le canal d'accumulation n'est pas encore complètement formé. Il s'agit du même type d'artefact qui fait que la valeur de µeff extraite près du
seuil est sous-estimée dans les transistors à inversion. Le rôle des grilles latérales a été confirmé grâce à des simulations numériques 2D. Nous avons vérifié que les courbes Cgc(Vg) et dCgc/dVg(Vg) normalisées déduites de la simulation présentaient les mêmes caractéristiques que les courbes expérimentales montrées ci-dessus.