Le 26 mai 2019 auront lieu les prochaines élections européennes. À cette occasion, les principaux partis politiques belges (CD&V, cdH, DéFi, Ecolo, Groen, MR, N-VA, Open Vld, PS, PTB/ PVDA et sp.a) ont été contactés afin d'exposer leur vision et leurs priorités pour l’Union européenne. Le présent ouvrage offre donc au lecteur une photographie générale de la manière dont ces partis entrevoient l’Union européenne, et des projets qu’ils aimeraient lui assigner.
List of Figures xvii
List of Tables xxvii
List of Abbreviations xxxi
List of Symbols xxxiii
1 Introduction 1
1.1 History . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1.2 Timeline of Semiconductor Devices . . . . . . . . . . 1
1.3 Development of SOI MOSFET's . . . . . . . . . . . . 2
1.4 Why Novel Devices based on SOI Technology? . . . . 6
1.5 Multiple-gate devices . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
1.5.2 Why the move to multiple-gate devices? . . . . 12
1.5.3 Advantages of the multiple-gate structure . . . 13
1.5.3.1 Subthreshold Regime . . . . . . . . 13
1.5.3.2 Increased drain current . . . . . . . 15
1.5.3.3 Speed superiority . . . . . . . . . . 17
1.5.3.4 Volume inversion . . . . . . . . . . 17
1.6 PresentWork . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2 Numerical simulation tools 27
2.1 Numerical simulations . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
2.2 Monte-Carlo Simulation . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.3 Challenges and needs . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
2.4 Different numerical simulation tools . . . . . . . . . . 30
2.5 Numerical simulation: ATLAS Package . . . . . . . . 33
2.5.1 Theory of Carrier Statistics . . . . . . . . . . . 33
2.5.2 Transport model . . . . . . . . . . . . . . . . 34
2.5.2.1 Drift-diffusion model . . . . . . . . 35
2.5.2.2 Energy Balance model . . . . . . . . 36
2.5.3 Recombination and generation of carriers . . . 37
2.5.4 Impact Ionization . . . . . . . . . . . . . . . . 38
2.5.5 Interface charge . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5.6 Mobility . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
2.5.7 Self-heating . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
2.5.8 Carrier heating . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.6 Doping Profile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
2.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
3 Graded-Channel Single-Gate and Double-Gate SOI MOSFETs 47
3.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.2 Fabrication of Graded-Channel devices . . . . . . . . 50
3.3 Graded-Channel Single-Gate SOI MOSFET . . . . . . 54
3.3.1 Threshold voltage and Subthreshold-slope at Low- Vds . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3.3.2 Saturation Current . . . . . . . . . . . . . . . 57
3.3.3 Analog Characteristics . . . . . . . . . . . . . 59
3.4 Graded-Channel Double Gate devices . . . . . . . . . 63
3.4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
3.4.2 Analytical Modeling . . . . . . . . . . . . . . 66
3.4.3 Subthreshold Regime . . . . . . . . . . . . . . 68
3.4.4 Saturation Current . . . . . . . . . . . . . . . 69
3.4.5 Analog characteristics . . . . . . . . . . . . . 73
3.4.5.1 Gate transconductance . . . . . . . . 73
3.4.5.2 Transconductance-to-current ratio . . 75
3.4.5.3 Early voltage . . . . . . . . . . . . . 76
3.4.5.4 Voltage gain . . . . . . . . . . . . . 79
3.4.6 Graded-Channel architecture: Physics . . . . . 82
3.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
4 Planar Double-Gate SOI MOSFET with prepatterned cavities 89
4.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
4.2 Planar double-gate MOSFET fabrication techniques . . 90
4.2.1 Gate-All-Around by isotropic etch of buried oxide 90
4.2.2 CEA-LETI wafer bonding . . . . . . . . . . . 91
4.2.2.1 Non-self-aligned double-gate wafer bondingprocess . . . . . . . . . . . . . . 91
4.2.2.2 Self-aligned double-gate wafer bondingprocess . . . . . . . . . . . . . . 94
4.2.3 Double-gate devices fabricated based on the Siliconon- Nothing device . . . . . . . . . . . . . . . 96
4.3 Double-gate fabrication with prepatterned cavities and wafer bonding . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
4.4 Critical points . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101
4.4.1 Surface activation . . . . . . . . . . . . . . . . 103
4.4.2 Annealing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112
4.4.3 Cleanliness . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.4.4 TMAH etching . . . . . . . . . . . . . . . . . 114
4.4.5 Chemical vapor deposition of Polysilicon into buried cavities . . . . . . . . . . . . . . . . . 115
4.4.6 Alignment of top and bottom gates . . . . . . . 118
4.5 Electrical characterization of built planar DG MOSFETs 120
4.6 Silicon-on-Nothing . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
4.7 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135
5 Quasi Double-Gate SOI MOSFET 137
5.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137
5.2 Devices analyzed . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 140
5.3 Analog and Digital analysis . . . . . . . . . . . . . . . 142
5.3.1 Analysis of 30 nm Si thickness devices . . . . 142
5.3.2 Analysis of 20 nm Si thickness devices . . . . 149
5.4 Limitation of emulating a Quasi Double-gate . . . . . 155
5.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
6 Performance comparison of Multiple-gate MOS devices 165
6.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165
6.2 Numerical simulations of Multiple-gate MOSFETs . . 166
6.2.1 Subthreshold static performance . . . . . . . . 169
6.2.2 Analog static Analysis . . . . . . . . . . . . . 170
6.2.3 AC Analysis . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
6.2.3.1 Intrinsic capacitances . . . . . . . . 178
6.2.3.2 Parasitic capacitiances . . . . . . . . 178
6.3 Experimental results: FinFETs . . . . . . . . . . . . . 184
6.3.1 FinFET architectures . . . . . . . . . . . . . . 184
6.3.2 Measured DC characteristics . . . . . . . . . . 186
6.4 Conclusions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191
7 Conclusion 195
A Example of net list for 2-D Double-Gate SOI MOSFET numerical simulation 201
B Example of net list for a 3-D Double-Gate SOI MOSFET numerical simulation 207
Bibliography 212