Nanoscale Characterization and simulation of advanced CMOS and Emerging Devices variability

Resum

Durant les darreres dècades, els dispositius electrònics han esdevingut essencials per a la nostra societat i es poden trobar al nostre voltant en tots els aspectes de la nostra vida quotidiana. Un exponent paradigmàtic és l’Internet de les Coses (IoT), que va des dels electrodomèstics intel·ligents de casa nostra fins a aplicacions i dispositius sanitaris. Efectivament, això ha estat possible gràcies a l’avanç tecnològic en les tècniques de fabricació; cosa que ha permès, seguint la tendència de la Llei de Moore, nivells més grans d’integració. Això últim ha donat lloc al desenvolupament de diversos dispositius i/o tecnologies (per exemple: smartphones, realitat virtual, superordinadors…), que ha canviat la nostra forma de vida a tot el món i ha portat la humanitat a nivells de confort inimaginables fa unes dècades. Tot i això, el requisit de nivells d’integració encara més alts per mantenir-se al dia amb els de Moore està portant la tecnologia actual al seu límit fonamental, és a dir, la mida atòmica. És en aquest context que per salvar la llei de Moore, a més de l’escalat continu de les dimensions dels MOSFET, s’estan explorant noves estructures i materials (com a dispositius emergents), com els basats en grafè i/o materials orgànics. Tot i això, la variabilitat trobada en aquests dispositius i els problemes de fiabilitat s’han tornat cada vegada més importants amb cada node tecnològic i, especialment, amb els dispositius emergents. Finalment, és important assenyalar que les fonts de variabilitat i els mecanismes d’envelliment solen estar relacionats amb les propietats a nanoescala dels materials, per la qual cosa es requereixen eines a nanoescala per al seu anàlisi, com tècniques relacionades amb la microscòpia de força atòmica (AFM). Aquesta tesi està centrada en aquest tema. Hem desenvolupat/millorat diferents configuracions i/o metodologies per correlacionar fonts de variabilitat a nanoescala (observades amb tècniques relacionades amb AFM) o mecanismes d’envelliment amb el seu impacte en les característiques del nivell del dispositiu dels dispositius corresponents. En particular, s’han aplicat a MOSFET i dispositius emergents com ara grafé-FET i l’organic TFT. La tesi s’estructura de la manera següent; El Capítol 1 presenta els conceptes fonamentals per comprendre els resultats presentats a la tesi. Al Capítol 2, presentem detalladament les tècniques avançades de caracterització utilitzades al llarg d’aquesta tesi, com la microscòpia Kelvin Prove Force (KPFM) i la Microscòpia de Força Atòmica Conductiva (CAFM), que s’utilitzen per obtenir informació a nanoescala. El Capítol 3 està dedicat a l’avaluació de l’efecte de la policristalinitat dels metalls de comporta i els dielèctrics d’alta k sobre la variabilitat dels MOSFET, mitjançant la combinació de dades experimentals obtingudes a la nanoescala, amb CAFM i KPFM, i simulacions. Al Capítol 4, presentem una nova configuració experimental intel·ligent i flexible que combina mesures a nivell de dispositiu i nanoescala en dispositius completament processats, mitjançant l’ús d’un analitzador de paràmetres de semiconductors i CAFM, que s’aplica per avaluar tant a nivell de nanoescala com a nivell de dispositiu els efectes de tensió elèctrica en transistors basats en grafè. Finalment, al Capítol 5 presentem un estudi a nivell de dispositiu i KPFM de l’impacte de l’estrès elèctric a les propietats dels OTFT.

Data del Ajut	24 de nov. 2022
Idioma original	Espanyol
Supervisor	Marc Porti Pujal (Director/a)