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Etude en radiofréquences de transistors à effet de champ MOS partiellement désertés en technologie

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ETUDE MICRO-ONDES DES MOSFET SOI PARTIELLEMENT DESERTES Chapitre IV : Etude micro-ondes des MOSFET SOI partiellement désertés Les chapitres précédents traitent des techniques de caractérisation des dispositifs actifs dans les micro-ondes. Les méthodes étudiées sont appliquées sur les résultats de mesure des MOSFET SOI partiellement désertés, afin d'obtenir les paramètres caractéristiques d'un modèle de leur comportement physique le plus représentatif. La particularité de ces techniques est de fournir également des informations sur les sources de bruit intrinsèques. Dans ce chapitre, toutes ces informations vont être exploitées afin de révéler le comportement des MOSFET SOI partiellement désertés à ‛‛body” flottant dans les micro-ondes. Le premier phénomène physique analysé concerne les effets thermiques et leurs impacts sur le comportement des MOSFET SOI. Cette partie rappelle brièvement les notions liées à la température. À partir des méthodes existantes d'analyse thermique s'appuyant sur les paramètres dynamiques des MOSFET, les effets d'auto-échauffement dynamiques sont évalués. Leurs impacts sur le fonctionnement intrinsèque des MOSFET SOI, mais également, sur les paramètres de bruit intrinsèques sont examinés. Ensuite, la seconde partie de ce chapitre traite des effets liés au potentiel flottant de la zone ‛‛body”. Leurs conséquences sur le comportement statique des MOSFET SOI partiellement désertés sont expliquées brièvement au premier chapitre. ...
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ETUDE MICRO-ONDES DESMOSFET SOIPARTIELLEMENT DESERTES
Chapitre IV : Etude micro-ondes des MOSFET SOI partiellement désertés
Les chapitres précédents traitent des techniques de caractérisation des dispositifs actifs dans les micro-ondes. Les méthodes étudiées sont appliquées sur les résultats de mesure des MOSFET SOI partiellement désertés, afin d'obtenir les paramètres caractéristiques d'un modèle de leur comportement physique le plus représentatif. La particularité de ces techniques est de fournir également des informations sur les sources de bruit intrinsèques. Dans ce chapitre, toutes ces informations vont être exploitées afin de révéler le comportement des MOSFET SOI partiellement désertés à‛‛body flottant dans les micro-ondes. Le premier phénomène physique analysé concerne les effets thermiques et leurs impacts sur le comportement des MOSFET SOI. Cette partie rappelle brièvement les notions liées à la température. À partir des méthodes existantes d'analyse thermique s'appuyant sur les paramètres dynamiques des MOSFET, les effets d'auto-échauffement dynamiques sont évalués. Leurs impacts sur le fonctionnement intrinsèque des MOSFET SOI, mais également, sur les paramètres de bruit intrinsèques sont examinés. Ensuite, la seconde partie de ce chapitre traite des effets liés au potentiel flottant de la zone‛‛body. Leurs conséquences sur le comportement statique des MOSFET SOI partiellement désertés sont expliquées brièvement au premier chapitre. Dans ce chapitre, les répercussions de ces effets sur le comportement en dynamique du MOSFET SOI partiellement déserté sont détaillées. La dernière partie de ce chapitre s'achève sur l'étude des effets du substrat sur le comportement des MOSFET SOI partiellement désertés dans les micro-ondes. En parallèle, l'analyse de l'impact de la résistivité du substrat sur les sources de bruit intrinsèques du MOSFET SOI partiellement déserté est réalisée. 1- Les effets thermiques
Parmi les différents types de sources de bruit, les sources de bruit thermique et de grenaille interviennent en majorité dans le fonctionnement en micro-ondes des MOSFET SOI partiellement désertés, voir chapitre III. Cependant, les notions de bruit introduites au chapitre III font apparaître la dépendance des sources de bruit avec la température du matériau. Ce lien est établi soit directement par la température, soit indirectement par l'intermédiaire des courants électriques. En effet, les niveaux de ces derniers sont évalués à partir de la mobilité électrique des porteurs, de leur vitesse de saturation ainsi que de la tension de seuil,Vth, du MOSFET. Or, ces paramètres varient en fonction de la température. Par conséquent, l'objectif de cette partie est d'apporter les connaissances suffisantes sur les effets thermiques énoncés au premier chapitre et d'évaluer leurs impacts. Ces informations sont ensuite appliquées aux méthodes d'extraction afin de corriger les effets thermiques sur les paramètres extraits. Il est possible de définir quatre valeurs distinctes de température liées selon l'expression suivante : Tch=Tamb+TSHE+Tε (1)
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CHAPITREIV
où :
Tamb correspond à la température ambiante dans la salle de mesure. À noter qu'à proximité de la plaque à mesurer, entre celle-ci et le milieu environnant, il existe une résistance thermique de peau produite par la convection de l'air. Ainsi, la surface de la tranche de silicium est à la températureTamb+Tair. TSHE l'échauffement auto-entretenu provoqué par effet Joule par la symbolise puissance électrique circulant dans le canal. Ce phénomène est appelé effet d'auto-échauffement. Il a été introduit au premier chapitre. Tεexprime l'échauffement dans le canal lié aux effets d'‛‛électron chaud. De l'énergie cinétique est cédée aux porteurs, dans le canal, par le champ électrique longitudinal ce qui crée une élévation thermique.  Tchest la température du réseau cristallin du silicium dans le canal. Au niveau du canal, cette quantité dépend de la température ambiante ainsi que de la quantité de chaleur produite par effet Joule. Elles sont les seules sources thermiques imposées au dispositif. À l'image du potentiel et de la puissance électrique, elles imposent la circulation de flux thermiques, depuis le canal vers l'extérieur, à travers des matériaux de conductivités thermiques différentes. Ces dernières sont fonctions du type de matériau, de sa qualité, du dopage, du nombre d'impuretés, des dimensions du cristal et de la température[1-4]. Dans une première approche et d'après l'analyse de M. Berger[5]dans le canal sera considérée constante., la température Afin d'obtenir une estimation de la température du canal, l'analyse s'effectue à partir de la caractéristiqueIds(Vdstransconductance et de la conductance drain-source en régime), de la statique et en dynamique. Pour cela, l'étude se concentre dans un premier temps à la mesure de la température dans le canal par une méthode empruntée de la littérature et décrite à l'annexe V. La mesure pourra être vérifiée par une modélisation de la résistance thermique du MOSFET SOI partiellement déserté en prenant en considération sa géométrie ainsi que les paramètres thermiques spécifiques à chaque zone cristalline. La température effective estimée du canal est corrélée ensuite au comportement dans les micro-ondes de ces dispositifs ainsi qu'à leurs sources de bruit. À noter que tous les MOSFET SOI partiellement désertés étudiés sont similaires de part leur conception. Leurs dimensions varient en fonction de la longueur du canal, de sa largeur ou du nombre de doigts. Pour éviter toutes interactions avec les effets induits par le potentiel flottant de la zone neutre, les dispositifs étudiés ont leur zone‛‛body connectée à la source. 1.1 Les sources thermiques
La génération de la chaleur dans les semi-conducteurs a été étudiée en détail par U. Lindefelt[6,7]. Dans son article, il donne une expression de la génération de chaleur (eq.(98)[6]). Ainsi, la génération de la chaleur par unité de volume s'écrit : JGJJGJJG H=E Jn+Jp+R Eg+3kBTH1+H2H3 (2) Jla densité de courant dans le canal. Les indices n et p représentent respectivement les courants d'électrons et de trous[8]. Ele champ électrique longitudinal et transversal. Rle taux de recombinaison des porteurs[9] . Egénergie de gap du semi-conducteur. H1énergie des porteurs acquise ou cédée au cristal en présence d'impuretés. H2ePtlei.rffoecuxsntieicigrenéaeéile H3).iresnergieliéeàlaéff(esetantrtosinedétisé'dtat À partir de l'équation(2)limiter à une expression simplifiée. Celle-ci est, il est possible de se donnée par U. Lindefelt (eq.(113)[6]) dans laquelle les interactions non diagonales électron-trou
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sont négligées ainsi que les structures de bande complexes. Cette dernière expression fait intervenir l'effet Joule, des effets liés à la recombinaison des porteurs dans le semi-conducteur qui entraînent l'émission de phonons. Pour les MOSFET SOI, l'effet Joule est le phénomène dominant de génération de la chaleur. L'effet de recombinaison des porteurs dans le cristal est négligeable sauf dans le cas des jonctions PN ou des transistors bipolaires. Les autres termes sont négligeables dans notre cas[7]. L'effet Joule par unité de longueurdxs'exprime : I2 Hjoule=S⋅σdx (3) S  estla section de la partie chauffante.σ la conductivité électrique. estI est le courant qui parcourt l'élément. L'effet Joule est maximum pour une section faible, un courant fort ainsi qu'une forte résistivité, pour une grande longueur du matériau conducteur. Dans le canal d'un MOSFET, l'effet Joule atteint son maximum à proximité du drain. 1.2 Modélisation de la température dans le MOSFET SOI
La première partie de ce paragraphe donne l'impact et la modélisation des effets thermiques sur les grandeurs physiques telles que la tension de seuil ou la mobilité électrique. La seconde section décrit des méthodes pour l'extraction des paramètres de bruit. Enfin, la dernière partie traite de la modélisation de l'impédance thermique dans le MOSFET SOI partiellement déserté à partir des modèles de la littérature. 1.2.1 Impact de la température sur les paramètres physiques
La température est un paramètre énergétique qui intervient dans tous les systèmes physiques. Pour un matériau semi-conducteur comme le silicium, ceci se concrétise par des variations des paramètres électriques tels que les niveaux énergétiques ou la mobilité électrique des porteurs. Le type de matériau, sa température, ses dimensions et son dopage dans engendrent des interactions mécaniques et électromagnétiques entre les charges et le réseau cristallin. Comme il est indiqué à la figure 1, les interactions possibles dans un cristal sont : phonons/phonons : processus 3-phonons normal  processus N  a). phonons/phonons : processus 3-phonons Umklapp1 processus U  b). phonons/phonons : processus 4-phonons (non représenté).  électrons/électrons  c). phonons ou électrons / impuretés dans le cristal et isotopes  d). phonons/bords du cristal  e).  phonons/électrons  f ). Une des conséquences de ces interactions est la modification du libre parcours moyenЛ des charges. Les études sur la mobilité électrique se basent l'évolution du temps de relaxationτ des porteurs. En effet,τest relié àЛparτ=Л/v, oùvest la vitesse des charges considérées[10]. En fonction du temps de relaxation, la mobilité électrique s'écrit[11]: 2 µ=qm*vv2τ (4) e 1un terme allemand signifiant retournement ("flipping over").Umklapp est
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CHAPITREIV1 1 3 3 22 a) b) ) e) f c) d) Figure 1 : Principales interactions intervenant sur les porteurs dansPhonon un cristal. Électron Impureté La constante de temps globale d'un cristalτ-c1 à la somme de l'ensemble des correspond constantes de temps dépendantes de la température et du spectre en fréquence des oscillations du cristal avec lesquelles les particules interagissent[2].τ1-c=Σsτ-1sAinsi, pour un matériau de silicium. pur, les variations de la mobilité électrique en fonction de la température sont estimées ainsi[12-16]: Ak T (5) Aest une constante dépendant du matériau etkµla pente la fonctionµ(T). Pour un cristal de silicium,kµdes électrons et de 2,3 pour les trous. situe autour de 2,5  2,6 pour la mobilité  se Dans le cas des MOSFET SOI partiellement déserté en technologie 0,13 µm, la dépendance de la mobilité effective de surface des porteurs minoritaires s'écrit : ⎛ ⎞k(6) ff eff µ=µTTTabmche,amb µeff,Tamb la mobilité effective des porteurs à la température ambiante. estkµ est un coefficient d'ajustement. Sa valeur se situe entre 1,4 et 1,8 pour un MOSFET à canal n. Elle sera choisie égale à 1,5. Ainsi, pour un transistor à canal long,Ids,sat varie en fonction de la température essentiellement par l'intermédiaire de la réduction de la mobilité effective des porteurs. La figure 2 illustre la dépendance deIds,saten fonction de la température pour un dispositif avec une longueur de grille de 10 µm. Lorsque la température s'accroît de 100 °K, la mobilité électrique des porteurs diminue, ainsi, la valeur deIds,satd'environ 30 % par rapport à la température décroît ambiante de 300 °K. Température (°C) Figure 2 : Evolution du courant de saturation Itsas,den fonction de la température pour un nMOSFET SOI partiellement déserté à ‛‛body connecté comprenant un contact de‛‛body. Lg= 10 µm et W= 2 µm, d'après[17]. 170
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La variation de la vitesse de saturation en fonction de la température est illustrée à la figure 3. En fonction de la température, la vitesse de saturation décroît selon[16,18,19]: vsat=2, 41071Tch (7) 1+0, 8e600 Par conséquent, pour un canal court, la diminution de la vitesse de saturation des porteurs se traduit par une réduction du niveau du courant de saturationIds,saten fonction de la température. Lorsque la température ambiante s'élève de 100 °K,Ids,satdiminue d'environ 10 % par rapport à sa valeur nominale. Ainsi, l'impact de la température est plus important sur la mobilité des porteurs que sur leur vitesse de saturation. .2.107 1.107
8.106
6.106 4.106300 400 500 600 700 800 900 1000 Température (°K) T pérature (°C) em  a) b) Figure 3 : a) Evolution théorique de la vitesse de saturation des porteurs en fonction de la température du canal, d'après l'équation 7). b) Evolution du courant de saturation en fonction de la température pour un nMOSFET SOI à‛‛body connecté avec un contact de‛‛body. Lg= 0,28 µm et W= 5 µm, d'après[17]. En plus des effets sur le libre parcours moyen, la température modifie également les niveaux d'énergie du silicium comme le potentiel thermique ou le niveau de Fermi. Ainsi, le potentiel de bandes plates varie en fonction de la température selon[16,20,21]: VFB=VFBamTbσLVdsχ+(TchTamb) (8) LσVdsprend en compte le décalage lié aux effets DIBL. Le paramètreχreprésente l'impact des effets thermiques sur le potentiel de bandes plates. Sa valeur vaut entre 1 mV/°K et 3 mV/°K pour un MOSFET à canal n[18]. Pour les MOSFET SOI partiellement déserté, la valeur de ce paramètre se situe autour de -0,23 V à 300 °K[17]. Les expressions des potentiels de seuil données au chapitre I sont fonctions du potentiel de bandes plates. Ainsi, les variations de la température se traduisent par des fluctuations des niveaux de ces potentiels. Par conséquent, à partir de l'équation (8), la tension de seuil,Vth, s'écrit : Vth=VthbmTa− ⋅(TchTamb) (9) La réduction de la tension de seuil va entraîner l'élévation du courant de fuite du canal lorsque le MOSFET SOI partiellement déserté est bloqué. Ainsi,Ids,offs'accroît en fonction de la température du canal comme il est illustré à la figure 4. Finalement, pour un écart de température de 100 °K, Ids,offs'accroît d'environ deux décades.
171
CHAPITREIV
Figure 4 : Evolution du courant de fuite I,odsfen fonction de la température pour un nMOSFET SOI à‛‛body connecté avec un contact de‛‛body. Lg= 0,28 µm et W= 2 µm, d'après[17]. Tous ces effets vont modifier le comportement du MOSFET SOI partiellement déserté polarisé en statique. Ainsi, la caractéristiqueIds(Vdsdu modèle proposé au chapitre I à) s'écarte température ambiante. En saturation, en prenant en considération les effets de modulation de la longueur du canal ainsi que les effets thermiques, l'expression deIds,sats'écrit : ds,sat=µeffbTmaTTchkµC'oxWLVgsVthmbaT(χTchTamb) −Vds2,sat+VdVs,sa,t(1λ+Vds) amb g1LgEastdssat(Tch)  (10) k avecE(Th) =2νsµfeat(fTch)TTchbma. Les effets de la température sur ces caractéristiques statiques sat c Tamb sont illustrés à la figure 5 pour un MOSFET SOI partiellement déserté à‛‛body connecté en fonction de deux valeurs différentes de la température ambiante. Ainsi, comme il a été indiqué précédemment, le niveau du courant de saturation de ce transistor est plus faible lorsque la température s'accroit.  mesureT = 300 °KmesureT = 400 °K  simulation  simulation
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Vds(V)Vds(V) Figure 5 : Effets de la température sur les caractéristiques statiques Ids(Vds), pour différentes valeurs de Vgs, pour un nMOSFET SOI à‛‛body connecté avec un contact de‛‛body. Lg= 0,28 µm et W= 5 µm, d'après[17].
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1.2.2 Méthode analogique pour l'extraction des paramètres thermiques La température dans le canal est reliée à la puissance dissipée par la relation suivante : TcTamb=ZThIdsVds+Ids2(Rs+Rd) (11) ZThMOSFET. Ainsi, en connaissant la puissance fournie auest l'impédance thermique globale du MOSFET SOI partiellement déserté ainsi que sa résistance thermique, il est possible d'en déduire la température dans le canal, et donc d'évaluer l'excès de température induit par les effets d'auto-échauffement. À noter que la puissance thermique engendrée par les résistances d'accès par effet Joule peut être négligée devant la puissance globale générée dans le canal. Il existe plusieurs méthodes qui peuvent être utilisées afin d'évaluer le niveau de la température au sein d'un dispositif. Ces méthodes font appel à :  l'imagerie[22,23];  la mesure DC par génération d'impulsions I-V[24];  sondes thermiques des[25];  la mesure de la densité spectrale de bruit thermique en basses fréquences[19];  mesure de la conductance de sortie lagds[18,26-30]. La technique de mesure la plus simple à mettre en uvre, la plus fiable et compatible avec les bancs de mesure disponibles concerne l'évaluation de l'échauffement dynamique par l'estimation degds leen fonction de la fréquence. Cette méthode est développée à l'annexe VI d'après travail de B. M. Tenbroek[18]. L'estimation degds(f) pour différents points de polarisation statique retourne l'image de l'impédance thermique ZTh, définie à l'équation (11), en fonction de la puissance dissipée. Dans ce mémoire, cette méthode est étendue également à l'analyse thermique à partir de l'estimation degm(ffigure 6 illustre la dépendance de la), voir annexe VI. La température du canal estimée en fonction de la puissance dissipée. En se référant à l'équation(11), la pente de cette caractéristique permet d'évaluer la résistance thermique globale du dispositif. LorsqueVds inférieure à estVds,sat, le transistor fonctionne en régime linéaire. Le modèle du courant utilisé pour l'estimation de la température du canal n'étant plus le même, la caractéristique présentée à la figure 6 ne suit plus linéairement l'évolution de la puissance consomméePds[31]. Pour des polarisations élevées deVdset deVgs, les effets d'ionisation par impact apparaissent et élèvent la température moyenne du canal, voir le paragraphe sur l'ionisation par impact plus loin dans ce chapitre. nMOSFET SOI déserté à partiellement‛‛bodyconnectéeLg=0,12 µm & Nfx Wf=15 x 4 µm 150 Régime linéaire : mauvaise appréciation 100du modèle 50Vgs= 1,1Vgs= 1,2 Vgs= 0,8 Vgs= 0,4 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 VVgss=840=0,Pds(W) Vgs= 1,1 Vgs1,2 = RthFigure 6 : Variations de Tc-Tbma fonction de V engs de la et puissance consommée par un MOSFET SOI partiellement déserté avec la zone‛‛body connectée à la source.
Vgs= 1,2 Vgs= 1,1
Effets dus à une forte ionisation par impact
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CHAPITREIV
SO
1.2.3 La résistance thermique En régime permanent ouTdt=0source interne dans le matériau, le flux thermique, sans qui circule entre deux plans orthogonaux par rapport à un axeOx, voir figure 7, s'exprime selon : ℘ = −dSKTxd= −TKSAAT0 (12) A est la longueur du matériau,S sa surface. est K représente la conductivité thermique du matériau.T0est supérieure àTA. ATA Figure 7 : Représentation du flux thermique, dans un matériau, selon un axe Ox. Dans ce cas, il est possible de faire l'analogie entre le flux thermique soumis à une différence de température et le flux électrique soumis à une différence de potentiel. Pour cela, la notion de résistance calorifique ou thermique est introduite : Rth=KAS (13) De même qu'il existe la notion de conductance en électricité, l'inverse de la résistance thermique s'appelle la conductance thermique. Dans la littérature, il existe plusieurs expressions de la résistance thermique d'un MOSFET[5,32-37]. Celles-ci dévoilent un réseau de résistances où un flux thermique imposé circule depuis le canal jusqu'à l'extérieur de la tranche de silicium. La figure 8 résume les différents chemins possibles empruntés par le flux thermique au travers de la structure MOSFET SOI partiellement déserté. Les sources de chaleur sont également indiquées. En comparant les valeurs typiques de la conductivité thermique de chaque matériau constituant le MOSFET SOI, et données au chapitre I, les métallisations présentent une conductivité thermique plus forte que les oxydes. Par conséquent, les métallisations participent majoritairement à la dissipation de la chaleur.am am amS amam
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ch
Source thermique principale amSource thermique secondaire Flux principal Flux secondaire a Figure 8 : Illustration des chemins possibles empruntés par le flux thermique depuis les sources thermiques jusqu'à l'environnement extérieur.
ETUDE MICRO-ONDES DESMOSFET SOIPARTIELLEMENT DESERTESTous les modèles de résistance thermique reposent sur une étude 1D du flux thermique dans le MOSFET SOI. Cependant, pour une estimation correcte des courants thermiques, il est nécessaire de procéder à une analyse 2D. Dans ce cas, l'analyse s'effectue par une estimation numérique des flux thermiques à l'aide d'une analyse aux différences finies[38]. Parmi les modèles analytiques 1D de la résistance thermique d'un MOSFET SOI partiellement déserté, l'un d'eux lie la surface de la zone qui sépare le canal de la métallisation côté du drain, appeléeA, à la conductivité thermique de l'oxyde l'enterré[32]. L'expression cette résistance thermique s'écrit : box RTh=tKA (14) box avecA2W.1 la longueur de conduction thermique dans le drain. Cette valeur est mthdmthd s'exprime par :m1th=hKSitSi, oùhboxest le coefficient de transfert thermique entre le silicium d box et le substrat. L'équation (14) est une forme simplifiée de la résistance thermique donnée par Goodson[34]unitaire, suppose que les écarts de. Ce modèle, développé pour un MOSFET température à travers l'oxyde de grille et dans le canal sont négligeables. Par conséquent, la résistance thermique dépend fortement de l'épaisseur de l'oxyde enterré. Plus cette épaisseur est élevée[39], plus la résistance thermique s'accroît. Ceci se traduit par une élévation de la température du canal pour un flux thermique constant au travers de cet oxyde, voir figure 8. En outre, lorsque la largeur du MOSFET augmente, la valeur deRThdiminue. En effet, plus le transistor est large, et plus la section des métallisations des régions de source et de drain est importante. Cette section est illustrée à la figure 8. Au regard des équations (12) et (13), la résistance thermique diminue ce qui entraîne une température plus faible dans le canal. Une estimation du comportement de la résistance thermique en fonction de la largeur de grille, applicable pour des structures multi-doigts, est donnée par le modèle BSIM 4 SOI[40]: RTh=RWThW00(15) +Th RTh0résistance thermique normalisée par rapport à une largeur de grille minimaleest une WTh0. Cependant, l'expression (14) ne fait pas intervenir les variations de la température en fonction de la longueur du canal. Ce modèle conforte l'hypothèse énoncée au début de cette partie concernant la constance de la température en fonction de la longueur de la grille. Toutefois, les estimations des résistances thermiques pour différentes dimensions des MOSFET SOI partiellement désertés à‛‛body connectée remettent en cause cette hypothèse, voir figure 9. nMOSFET SOI partiellement déserté à‛‛bodyconnecté 3000 2500 2000 L=0,12µm L=0,24µm 1500 L=0,5µm L=2µm 1000 500  15x4 30x2 60x1fxW(µm) fFigure 9 : Variations de la résistance thermique en fonction des dimensions du transistor.  175
CHAPITREIVÀ la figure 9, la résistance thermique des MOSFET SOI partiellement désertés croît lorsque la longueur de grille diminue. Puis, pour une longueur de grille inférieure à 0,5 µm, la résistance thermique diminue en fonction de la longueur de grille. Pour expliquer ces effets, deux actions différentes participent à l'évolution de la résistance thermique globale en fonction de leur longueur de grille. À noter que l'épaisseur d'oxyde est considérée suffisamment faible pour que sa résistance thermique associée soit négligeable.
20000Å1800Å
 a) b) Figure 10 : Illustration des chemins empruntés par le flux thermique depuis les sources thermiques jusqu'à l'environnement extérieur pour un MOSFET SOI partiellement déserté a) à canal long et b) à canal court. Dans un premier temps, il faut considérer un MOSFET SOI partiellement déserté dont le canal est long et large, voir la figure 10-a. La métallisation du côté du drain se situe à proximité de la source de chaleur située dans le canal. Le flux thermique s'évacue de manière significative au travers de cette métallisation. L'épaisseur de la grille est de 1800Å. Comparativement à une longueur de grille de 2 µm, cette épaisseur correspond au 1/10ede la longueur de grille ce qui est illustré à la figure 10-a. En considérant que la source de chaleur se situe principalement dans le canal au niveau du drain, pour parvenir à la source du MOSFET SOI, le flux thermique devra traverser un matériau un peu plus conducteur que le polysicilicium de la grille, voir les valeurs des paramètres données au tableau 1, mais dont la longueur est beaucoup plus importante. Ainsi, le flux thermique va s'évacuer préférentiellement par la grille plutôt que par la source. Au niveau de la grille, sa surface importante assure l'évacuation d'une importante quantité de chaleur depuis son interface avec l'oxyde de grille jusqu'à la couche de siliciuration. Toutefois, si la longueur de la grille décroît, la surface de transfert de la grille va se réduire. Ceci implique une augmentation de la résistivité thermique en fonction de la longueur de grille.
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Tableau 1 : Valeurs des paramètres thermiques de différents matériaux données par Y. S. Touloukian[41-44].
ETUDE MICRO-ONDES DESMOSFET SOIPARTIELLEMENT DESERTESAinsi, pour des MOSFET SOI partiellement déserté à canal long et à partir de l'expression (15), la longueur de la grille intervient ainsi dans la définition de la résistance thermique globale du dispositif[17]: RTh0+LLRTh0 RTh=W+WTh0 (16) LRTh0est un coefficient obtenu à partir de la pente deRThen fonction de 1/Lg. Dans un second temps, la longueur de la grille devient suffisamment faible, entre 0,5 µm et 0,24 µm, pour que celle-ci permette à un flux thermique plus important de s'écouler par la source en direction de l'environnement extérieur. Ceci est illustré à la figure 10-b. Comme il a été indiqué précédemment, la réduction de la longueur de grille entraîne également une diminution de la surface de la grille, entraînant l'accroissement de la résistivité thermique locale de la grille, ce qui favorise la dissipation de la chaleur au travers de la source. Par conséquent, plus la source va se rapprocher du drain, plus la chaleur sera évacuée par son intermédiaire. La résistivité thermique va donc diminuer en fonction de la longueur de la grille. Ce comportement est illustré par l'intermédiaire des valeurs données à la figure 9, notamment pour les dispositifs dont la largeur d'un doigt est de 4 µm et le nombre de doigts est de 15. Cette théorie explique et confirme les résultats obtenus par M. Gani à l'aide de MOSFET SOI partiellement désertés en technologie 0,13 µm avec une structure multi-doigts[31]. Par une analyse segmentée du transistor, F. Yu et M.-C. Cheng[36,37,45] propose une estimation de la résistance thermique par rapport à la proximité des MOSFET SOI pour des applications numériques. Ainsi, lorsque les transistors sont connectés ensemble, les flux thermiques s'ajoutent. Dans ces articles, il est intéressant de noter que l'oxyde de champ assure une liaison thermique entre les dispositifs même s'ils sont éloignés. Par conséquent, pour des structures multi-doigts, comme celle dessinée à la figure 11-a, le flux thermique sera plus important au centre du dispositif qu'à ses extrémités. Les valeurs données à la figure 9 permettent d'évaluer l'impact de la structure multi-doigts sur la dissipation thermique. Pour une largeur de grille identique, un dispositif constitué de 60 doigts d'une largeur de 1 µm dissipe plus de chaleur qu'un dispositif de 15 doigts avec une largeur de doigt de 4 µm. Ce résultat est obtenu pour différentes valeurs de la longueur de grille. Siliciuration  Source Drain  Grille  SourceWfSens du flux thermique  Drain f  a) b) c) Figure 11 : a) Dessin au niveau des masques de la structure multi-doigts pour un MOSFET SOI partiellement déserté à‛‛body connecté. c) et b) Représentations schématiques d'une structure multi-doigts.En fait, au-delà de la zone active, le flux thermique issu du canal de chaque doigt, représenté par des flèches à la figure 11-b, s'échappe par le côté latéral de la zone active. C'est-à-dire que le flux thermique traverse un plan parallèle à la longueur de la grille et des métallisations de source et de drain comme il est indiqué à la figure 11-c par des flèches à traits discontinus. De plus, vu dans sa globalité, le MOSFET SOI présente une certaine puissance thermique en son sein. Ainsi, la  177